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

註冊的圖塊

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




[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