2026年3月23日 星期一

[AutoTower] 斜率與基線

正確的斜率可以將空間中鐵塔側面 '攤平' 在地表或是 2D 繪圖面,以利於放樣出實際長度。

基線是鐵塔放樣的依據,一切尺寸都從這裡開始,基線一旦錯了就一切前功盡棄。


鐵塔設計資料

梯形有上寬、下寬、垂高、主柱彎曲點偏移距離,就可以計算出斜率。

若像是繼塔或塔腳,只知道梯形上寬和垂高,該如何計算出下寬和斜率? 

由基點的塔體部位屬性值,就可知道這個基點是UPPER、LOWER、幾米塔身或幾米繼塔!


問AI:

輸配電鐵塔的塔身是一個3D楔形體,然而在AutoCAD實施鐵塔放樣時需要把這個楔形體的立面側邊「放倒貼平」到地面,才能進行2D放樣。

我需要你幫我寫一個Autolisp DCL程式,可以輸入塔身資料,例如

頂部偏移

垂直高度

底部偏移

頂部寬度

底部寬度

鐵塔斜率(button)+(editbox)


程式產生之資料

        以下由程式產生之所有圖形物件皆放置於圖層「基線」。

基線名稱

一次斜率

基準點

中軸線

上寬線

下寬線

左斜線

右斜線


名稱唯一與多個名稱之間的關聯性

一個基線梯形一個唯一的名稱。

上塔身、下塔身、繼塔們與塔腳們都有其各自的基線梯形。

需要定義他們之間的關聯性。


作用基線

雖然有多個基線,但「作用」基線只有1個。


基線與 'Handle'

記住基線的每一根線的 Handle,有利於讓程式運算相對位置。 

變數 at$BLHandle

值    '(("基線名稱" "N/A")

          (" 一次斜率" "1000.438")

          ("基準點Handle"  "N/A")

          ("中軸線Handle"  "N/A")

          ("上寬線Handle"  "N/A")

          ("下寬線Handle"  "N/A")

          ("左斜線Handle"  "N/A")

          ("右斜線Handle"  "N/A"))


節號、節距與節型


多種高度的下塔身


多種高度的繼塔


多種高度的塔腳

塔腳的節型與塔身不同,需要另外處理。


鐵塔的戶口名簿

        鐵塔各部位的組合關係應該可以參考戶口名簿記載的方式來處理。上下位置可視為兄弟姊妹關係,內外位置可視為父母子女關係。

本人姓名

父母姓名

兄姊姓名

子女姓名

弟妹姓名


在圖塊屬性內有一欄位「關係」,其值為 "本人姓名,父母姓名,兄/姊姓名,子/女姓名,弟/妹姓名"

上述概念是否適合於用來表述塔體各部位之關係?


塔體圖塊  BlockName = "BasePoint_Body"   (圖層 = "基線")

屬性名稱       值    (圖層 = "Defpoints")

鐵塔名稱 = "PP-4JP"

塔體名稱 = "Lower"

接續自 = "Upper"

居內於 = "  "

低降垂距 = "  "

梯形資料 = "頂端寬度, 底端寬度, 垂直高度, 彎曲偏移, 一次斜, 二次斜"

基線Handle = "中軸線, 頂端線, 底端線, 左端線, 右端線"

節距 = "起始編號, 節距1, 節距2, 節距3, ..."

節型 = "   "

主柱規格 = "L90x7,L100x7..."

接續方式 = "(無),外搭,外搭,內搭,對接..."


塔腳圖塊  BlockName = "BasePoint_Foot"   (圖層 = "基線")

屬性名稱       值    (圖層 = "Defpoints")

鐵塔名稱 = "PP-4JP"

塔體名稱 = "10M FT"

接續自 = "  "

梯形資料 = "頂端寬度, 底端寬度, 垂直高度, 彎曲偏移, 一次斜, 二次斜"

左米數 = "3,4,5,6"

左基線Handle = "中軸線, 頂端線, 左端線, 右端線"

右米數 = "4,5,6,7,8"

右基線Handle = "中軸線, 頂端線, 右端線, 左端線"


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我們來一步步推導這個「放倒貼平」的幾何公式。為了方便討論,我們假設鐵塔的這個節間(Section)是一個正方形截面的對稱截角方錐體。

1. 定義已知變數(來自圖面上的資訊)

在看鐵塔的正視圖或側視圖時,我們通常能直接取得以下數據:

  • $H$:該節間的垂直高度 (Vertical Height)。

  • $W_b$:該節間的底部寬度 (Bottom Width)。

  • $W_t$:該節間的頂部寬度 (Top Width)。

從這些已知數據,我們可以先算出單側的水平內縮量 ($\Delta W$)

$$\Delta W = \frac{W_b - W_t}{2}$$

在傳統的正立面圖上,主腳材的投影斜率 ($m_{proj}$) 就是水平內縮量與垂直高度的比值:

$$m_{proj} = \frac{\Delta W}{H}$$


2. 計算關鍵轉換參數:斜面實高 ($H_s$)

這是「放倒貼平」最核心的一步。

鐵塔的側立面是一個向內傾斜的等腰梯形。當你把它以底邊為軸心,往下「放倒」並與地面平行時,這個梯形的底邊 $W_b$ 和頂邊 $W_t$ 長度都不會改變。唯一改變的是這個梯形的「高度」。

在 3D 空間中,這個面的實際高度(也就是沿著傾斜面量測的中心線長度,我們稱為斜高 $H_s$)會大於垂直高度 $H$。根據畢氏定理,斜面實高是由垂直高度與單側內縮量構成的:

$$H_s = \sqrt{H^2 + \Delta W^2}$$


3. 推導「放倒貼平」後的 2D 幾何公式

現在,我們已經把那個傾斜的 3D 側面,轉換成了一個平躺在 2D 平面上的等腰梯形。

在這個放平的梯形中:

  • 底邊寬度 = $W_b$

  • 頂邊寬度 = $W_t$

  • 梯形高度 = $H_s$

  • 單側水平內縮量 = $\Delta W$ (放平後,橫向的內縮量並未改變)

這時候,我們就可以推導出放樣所需要的實面斜率真實夾角了:

A. 實面放樣斜率 ($m_{true}$)

在 2D 放樣圖面上,主腳材的斜率變成了橫向內縮量與「斜高」的比值:

$$m_{true} = \frac{\Delta W}{H_s} = \frac{\Delta W}{\sqrt{H^2 + \Delta W^2}}$$

(你會發現,$m_{true}$ 必定小於立面圖上的 $m_{proj}$,這代表放倒後的主腳材看起來會「稍微沒那麼斜」)

B. 主腳材與垂直中心線的真實夾角 ($\theta_{true}$)

這決定了斜材與主材交會時的真實角度:

$$\theta_{true} = \arctan\left(\frac{\Delta W}{H_s}\right)$$

C. 主腳材與水平構件的真實夾角 ($\alpha_{true}$)

這通常用於角鋼端部的切角加工:

$$\alpha_{true} = \arctan\left(\frac{H_s}{\Delta W}\right)$$


💡 驗證:這樣推導出來的主腳材長度是對的嗎?

我們可以用 3D 空間的距離公式來驗證這個 2D 推導是否正確。

在 3D 空間中,鐵塔角落的主腳材會同時在 X 軸和 Y 軸內縮 $\Delta W$,並在 Z 軸上升 $H$。所以主腳材的 3D 空間實長 ($L_{3D}$) 為:

$$L_{3D} = \sqrt{\Delta W^2 + \Delta W^2 + H^2} = \sqrt{2\Delta W^2 + H^2}$$

現在看我們剛剛「放倒貼平」的 2D 梯形。這個梯形的斜邊(也就是主腳材)長度 ($L_{2D}$),是由水平內縮量 $\Delta W$ 和梯形高度 $H_s$ 構成的直角三角形斜邊:

$$L_{2D} = \sqrt{\Delta W^2 + H_s^2}$$

把前面推導的 $H_s = \sqrt{H^2 + \Delta W^2}$ 代入:

$$L_{2D} = \sqrt{\Delta W^2 + (H^2 + \Delta W^2)} = \sqrt{2\Delta W^2 + H^2}$$

$L_{2D} = L_{3D}$

數學完美地吻合了。這證明了只要把原本立面圖的高度 $H$ 替換成斜高 $H_s$,畫出來的 2D 梯形,其斜邊長度就是主腳材真正的長度,而在這個 2D 梯形裡面畫出的任何斜材(Diagonal members),量出來的長度與角度,也都會是百分之百準確的加工實長與實角。

有了這些公式,下一步無論你是要在 AutoCAD 裡手動輸入相對座標畫圖,還是準備寫 Python 腳本讓它自動讀取 $W_b$$W_t$$H$ 然後生成 2D 展開圖,邏輯都已經打通了!


2026年3月22日 星期日

[AutoTower] 關於螺栓

 

定義

怎樣的圖形物件,才能被程式識別為螺栓?

註冊的螺栓圖塊

位於特定圖層內?


螺栓規格(公制與英制)


螺栓數量與長度


引線


腳踏釘




[AutoTower] 關於鐵板

 

鐵板的外觀沒有固定的形狀,需等待設計放樣後才能裁切出板型。


定義


鐵板規格



鐵板厚度



鐵板編號

因材料表將鐵板編號與扁鐵編號放在一起,所以這兩者需要同時討論。


型板

鐵板上有螺栓孔,在製作型板時,須把螺栓比例回復為1:1。





2026年3月21日 星期六

2026年3月20日 星期五

[AutoTower] 快速增強鐵塔設計部門的實力

欲速則不達,採六階段式增強。


階段一 -- 實施標準化

目標:實施標準化,以達到快速畫出標準一致的圖面與報表。

基本數據 -- 例如鋼鐵規格、鐵塔放樣準則...等。

基本圖形 -- 標準圖紙、常用圖塊...等。


階段二 -- 加快繪製詳細圖與裝建圖的速度

繪製角鋼

放置螺栓

處理鐵板

快速出圖


階段三 -- 統計數量與製作材料表

AutoCAD 數量傳到 Excel 材料表。


階段四 -- 放樣與繪圖自動化

基線

塔身主柱

斜材

橫擔

塔腳


階段五 -- 加強 AutoCAD 與 Excel 的溝通

VisualLISP

C#

Python


階段六 -- 應力圖

AutoCAD 與 Excel 資料雙向維護。

[AutoTower] 如何寫一套基於 AutoCAD 的 AutoTower 鐵塔繪圖軟體

大原則是,依據現有資料與需求量身打造。


鋼材基本資料

    角鋼 -- 等邊角鋼與不等邊角鋼。

    鐵板 -- 材料表需注意不同材質。

    螺栓 -- 公制 M16、M20、M22、M24 等;英制 5/8"、3/4"、7/8"、1" 等。

    腳踏釘


鐵塔基本資料

    電壓

    型式

    部位

    高度與寬度

    節距

    彎曲點


鐵塔規範


設計資料

    基線

    主柱

    塔身

    橫擔

    繼塔

    塔腳


輸出需求

    應力圖

    詳細圖

    裝建圖

    Excel材料表


實作順序

1. 繪圖單位與比例,圖紙與圖框。

2. 斜率三角形與基線梯形。

3. 放置螺栓。

4. 放置主柱。

5. 放置斜材角鋼。



[AutoTower] 編號之管理

 編號之管理會牽涉到材料表,需謹慎為之。


編號類型

    角鋼

    型板


編號球外觀

圓形

雙圓

雙圓一實一虛

上半圓實線+下半圓虛線



編號之維護

    新建 -- 編號球外型、圖層、累增編號、前置符。

    修改 -- 插入或變更編號

    刪除