获奖项目名称:螺栓球空间网格结构智能设计与制造关键技术及工程应用

　　主要完成单位:上海交通大学、江苏恒久钢构股份有限公司、中冶赛迪上海工程技术有限公司、华东建筑设计研究院有限公司、交禾（上海）工程技术有限公司、上海迈途建筑技术有限公司

　　主要完成人:龚景海、陈瑞、董骁、厉广永、陈卿、吴族平、李海汀、刘承宗、杜东坡、周健、王强、张宜杰、陈荣庆、沈珊珊、蒋志宁

　　二、项目背景 

　　我国空间钢结构经多年发展已跻身世界大国行列，并得到广泛应用。但仍然存在两大问题：一是复杂空间钢结构建模繁琐、方案优选难、设计效率低且存在用钢量高、安全度低等隐患；二是应用广泛的螺栓球空间网格结构制造环节存在生产方式落后、加工精度不足、设计与制造信息交互不畅等问题。因此，亟需在空间结构智慧设计、螺栓球网格结构智能制造、设计制造一体化等方面进行深入系统的创新研究，助力我国实现从“空间结构大国”到“空间结构强国”的战略跃升。

　　三、创新成果 

　　1、首次提出了空间结构“曲面-区域-边界-参数-网格”正向建模策略，建立了基于边和子块的参数化正向建模方法，构建了“荷载模板+约束样式”的建模机制，实现了复杂空间结构的即时建模及批量模型的自动创建。

图1 基于“边”的参数化正向建模方法

图2 基于“子块”的参数化正向建模方法

　　2、自主研发了STCAD空间结构专用设计软件，构建了空间结构几何参数与力学特性协同驱动的参数化智慧设计体系，实现了多参数耦合的空间结构批量模型自动优化设计。

图3 几何参数与力学特性协同驱动的参数化智慧设计体系

图4 三心圆张弦桁架多参数耦合智慧优化设计（约1小时对比6778个模型）

  3、首创了螺栓球数控加工设备自身误差消除的智能加工融合技术，研发了首套螺栓球网格结构杆件全自动智能加工生产线，实现了设计与加工全流程模型共享与智能制造。

图5 螺栓球节点精细设计与数控加工一体化精准制造

图6 螺栓球空间网格结构杆件全自动智能化生产线

　　四、推广应用

　　项目成果已获国家授权专利72件、软件著作权19件，发表学术论文31篇。项目成果应用于上海冰雪世界屋盖、宝钢原料场、越南台塑原料场等80余项大型空间结构工程，社会、经济和环境效益显著，应用前景广阔。