基于Restation的海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)鋼筋3D可視化應(yīng)用

文 | 閭澤洋

Restation是華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司基于Microstation開(kāi)發(fā)的三維配筋軟件，一般用于大型水電項(xiàng)目的配筋設(shè)計(jì)，具有直觀方便的優(yōu)點(diǎn)。本文以某海上風(fēng)電工程的高樁承臺(tái)為例，討論Restation在風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)鋼筋3D可視化中的應(yīng)用。

工程簡(jiǎn)介

該海上風(fēng)電工程場(chǎng)址位于上海市南匯區(qū)海域，北距南匯嘴岸線(xiàn)約5km。其中26臺(tái)風(fēng)電機(jī)組單機(jī)容量為3.6MW。風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)采用高樁混凝土承臺(tái)群樁方案，混凝土承臺(tái)頂面高程5.0m，底面高程0.5m，承臺(tái)底面設(shè)置封底混凝土。承臺(tái)分為上下兩部分，下部圓柱體，上部為圓臺(tái)體?；炷脸信_(tái)采用現(xiàn)場(chǎng)澆筑的高性能鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。每個(gè)承臺(tái)下設(shè)置8根鋼管樁，鋼管樁采用斜樁，在承臺(tái)底部均勻布置。風(fēng)電機(jī)組塔筒的過(guò)渡段埋入承臺(tái)，并通過(guò)連接件與鋼管樁焊接固定。在承臺(tái)的側(cè)面布置有靠船、防撞設(shè)施，承臺(tái)上方設(shè)置了鋼結(jié)構(gòu)平臺(tái)，如圖1所示。

運(yùn)用Restation實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)鋼筋3D可視化的流程

一、對(duì)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)模型進(jìn)行分析并構(gòu)造配筋體

首先要有選擇地忽略次要幾何特征，構(gòu)造配筋體。風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的側(cè)面有很多預(yù)埋件，需要在風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)挖除，破壞了風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)側(cè)表面的完整性和規(guī)則性，并形成了許多零碎的面，不利于Restation識(shí)別配筋面。對(duì)于鋼管樁伸入承臺(tái)部分，由于Restation可以識(shí)別開(kāi)孔的底面，在開(kāi)孔處截?cái)嗖⒆詣?dòng)實(shí)現(xiàn)鋼筋錨固，就可以不忽略，只需要預(yù)先挖除這部分。

海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)并不是單純的混凝土結(jié)構(gòu)，其中包含塔筒過(guò)渡段、連接件、鋼管樁等鋼結(jié)構(gòu)。這些鋼結(jié)構(gòu)使砼承臺(tái)形成了更多的混凝土內(nèi)部表面，為實(shí)現(xiàn)混凝土與鋼結(jié)構(gòu)的共同作用，在這些混凝土內(nèi)部表面也需要配筋。具體的方法是構(gòu)造以鋼結(jié)構(gòu)表面為邊界的配筋體。如圖2所示，藍(lán)色為連接件，綠色為連接件的內(nèi)表面構(gòu)造的配筋體。

對(duì)于只有一個(gè)面上有約束的，可以通過(guò)提取面調(diào)整面的尺寸，用面增厚為體的方法構(gòu)造配筋體。如圖3所示，藍(lán)色為連接件，綠色為通過(guò)提取連接件外表面并構(gòu)造的配筋體。

圖1 高樁承臺(tái)3D模型

圖2 構(gòu)造配筋體（a）

構(gòu)造配筋體（b）

對(duì)于鋼管樁樁周的鋼筋，開(kāi)孔的內(nèi)表面是以橢圓為母線(xiàn)形成的面，不是Restation容易識(shí)別的圓柱面，經(jīng)過(guò)試驗(yàn)后，最終采用了構(gòu)造圓柱形配筋體的方法。如圖3所示兩個(gè)圓柱形灰色配筋體。

二、運(yùn)用Restation實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)配筋與鋼筋組局部修改

運(yùn)用Restation實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)配筋比較關(guān)鍵的是確定配筋路徑。比較常用的是按坐標(biāo)系和按邊配筋。坐標(biāo)系通常為直角坐標(biāo)系，僅適合規(guī)則形狀的配筋面，對(duì)風(fēng)電機(jī)組承臺(tái)而言，可以用在承臺(tái)側(cè)表面的圓柱面、圓錐面和承臺(tái)頂面，也可以用在構(gòu)造出來(lái)的圓柱體和長(zhǎng)方體上。按邊配筋可以用在有圓弧的配筋面，適用范圍比按坐標(biāo)系配筋更廣。其他方式如按線(xiàn)配筋用得較少，對(duì)于底面鋼筋，由于采用三向配筋，即鋼筋間隔60°布置，并不適用按坐標(biāo)系配筋，也沒(méi)有半徑可以作為邊識(shí)別，需要先構(gòu)造輔助線(xiàn)。

Restation對(duì)于同一（組）配筋面不支持按相近的配筋路徑多次配筋，在同一（組）配筋面上的2種鋼筋需要運(yùn)用APM復(fù)制的方法。如圖4所示，首先生成紅色鋼筋，再運(yùn)用APM復(fù)制，然后旋轉(zhuǎn)并截短得到紫色鋼筋。

風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)承臺(tái)中的架立鋼筋，不是表面鋼筋，經(jīng)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)也不能通過(guò)修改拉筋方法得到，最終使用自定義的方法：先按畫(huà)一組smartline，再將smartline定義為鋼筋組。這種方法借助MicroStation平臺(tái)的精確繪圖功能，實(shí)際操作并不繁瑣。如圖5、圖6所示。

對(duì)于Restation配筋后的成果有時(shí)需要進(jìn)行局部的修改，如相鄰面的鋼筋合并，鋼筋錨固方向的調(diào)整等。如圖7所示，該圖為頂視圖，圖中藍(lán)色線(xiàn)條為塔筒的過(guò)渡段及法蘭，綠色線(xiàn)條表示構(gòu)造的圓柱形配筋體，紅色線(xiàn)條為基礎(chǔ)環(huán)外鋼筋（穿過(guò)法蘭孔），通過(guò)鋼筋組旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)鋼筋位置與法蘭孔位置精確重合；通過(guò)調(diào)整鋼筋錨固方向，實(shí)現(xiàn)鋼筋徑向向外錨固。

三、與AutoCAD二維鋼筋圖表達(dá)效果比較

常用的AutoCAD二維鋼筋圖制圖與讀圖是分開(kāi)的，先由設(shè)計(jì)工程師按照配筋需求，利用工程制圖方法，將空間鋼筋布置按投影規(guī)則在平面上表現(xiàn)出來(lái)；再由施工人員用相反的過(guò)程將平面圖配筋轉(zhuǎn)化為空間配筋。Restation軟件借助Microstation的平臺(tái)，將設(shè)計(jì)師的空間鋼筋布置要求直接以三維空間的方式展示出來(lái)；只在需要時(shí)，用Microstation切圖工具實(shí)現(xiàn)從三維空間到二維平面的轉(zhuǎn)換。

圖4 鋼筋A(yù)PM復(fù)制、修改

圖5 自定義鋼筋方式形成鋼筋組（a）

圖6 自定義鋼筋方式形成鋼筋組（b）

圖7 3D鋼筋的局部修改

Restation相比而言更加直觀，減少了復(fù)雜的人工轉(zhuǎn)化過(guò)程，可以直觀地看到配筋的效果。比如連接件內(nèi)側(cè)的鋼筋布置，在使用AutoCAD制圖、讀圖時(shí)均是難點(diǎn)，只有很小的幅面，表達(dá)的內(nèi)容卻很多，制圖時(shí)經(jīng)常會(huì)混淆，讀圖時(shí)AutoCAD二維鋼筋圖需要有經(jīng)驗(yàn)的工程師進(jìn)行講解（圖8），而在Restation模型中，就一目了然（圖9），鋼筋的形狀、尺寸所受限的邊界都很清晰，與實(shí)際施工的效果（圖10）更相近。

圖8 連接件附近鋼筋A(yù)utoCAD二維圖

圖9 連接件附近鋼筋3D模型

圖10 連接件附近鋼筋施工照片

設(shè)計(jì)人員在建好三維配筋模型后，能實(shí)現(xiàn)與其他構(gòu)件的碰撞檢查，并可用于指導(dǎo)施工放樣，減少現(xiàn)場(chǎng)的鋼筋調(diào)整或切割。比如過(guò)渡段內(nèi)Z形鋼筋所受閥坑和集水坑影響，在AutoCAD二維制圖時(shí)，在剖面圖中被忽略掉了（實(shí)際上也難以準(zhǔn)確表達(dá)出來(lái)），而在Restation三維配筋時(shí)很容易發(fā)現(xiàn)這個(gè)小問(wèn)題，并將有關(guān)鋼筋截?cái)啵ㄩy坑和集水坑下表面另配有鋼筋，所以這里選擇截?cái)噤摻疃皇钦{(diào)整幾根受影響的鋼筋的局部尺寸），如圖11所示。圖12為現(xiàn)場(chǎng)Z形鋼筋實(shí)際照片，可以作為鋼筋3D可視化對(duì)施工指導(dǎo)意義的旁證。

圖11 配筋的碰撞檢查（a）

圖12 配筋的碰撞檢查（b）

當(dāng)然，Restation風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)鋼筋3D可視化效果與AutoCAD二維鋼筋圖表達(dá)效果相比也有某種程度的不足，由于軟件功能的限制，非規(guī)則的配筋面配筋有時(shí)會(huì)失敗，部分鋼筋的空間表達(dá)需要變通處理。如圖9中矩形封閉鋼筋，是通過(guò)控制錨固鋼筋沿伸到面形成的，鋼筋不能再次折彎錨固或是伸出200mm錨固，不能表達(dá)鋼筋伸出交點(diǎn)200mm的效果（圖10）。這樣的錨固要求顯然在AutoCAD中可以清楚標(biāo)示（圖8）。

結(jié)語(yǔ)

（1）運(yùn)用Restation軟件，通過(guò)合理構(gòu)造配筋體，選用合適的配筋方法并對(duì)鋼筋（組）修改，可以有效地實(shí)現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)鋼筋3D可視化。

（2）風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)鋼筋3D可視化直接以三維空間的方式展示配筋成果，直觀方便，減少了人工思維轉(zhuǎn)化的工作量，并能實(shí)現(xiàn)部件間的碰撞檢查，對(duì)施工具有更好的指導(dǎo)意義，相對(duì)于AutoCAD二維鋼筋圖表達(dá)效果有明顯的優(yōu)勢(shì)。

（3）受Restation軟件功能的限制，部分鋼筋3D可視化效果與設(shè)計(jì)意圖仍有差別，實(shí)際使用中應(yīng)當(dāng)注意并避免由此帶來(lái)的不良影響。

（4）混凝土結(jié)構(gòu)配筋的三維設(shè)計(jì)取代二維設(shè)計(jì)是大勢(shì)所趨，在顯示技術(shù)和手段進(jìn)步的背景下，對(duì)于工程設(shè)計(jì)的表達(dá)有必要突破“紙”的概念，借助計(jì)算機(jī)或其他設(shè)備（比如全息投影），發(fā)揮出鋼筋3D可視化的優(yōu)點(diǎn)。

（5）海上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)的Restation 3D可視化難度略高于陸上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)。本文所提到的方法和技巧也可以在陸上風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)及箱變基礎(chǔ)上獲得實(shí)質(zhì)性的應(yīng)用，并形成標(biāo)準(zhǔn)化模板，進(jìn)一步提高效率。