三維鋼筋出圖技術(shù)在水電工程中的應(yīng)用

文伏靈， 黃志澎， 馮 奕

(中國電建集團(tuán)成都勘測設(shè)計研究院有限公司， 成都 610072)

0 前 言

長期以來，水電工程具有大量鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)形式復(fù)雜多樣，鋼筋圖工作量大、設(shè)計過程繁瑣、容易出錯等問題長期困擾著工程設(shè)計人員，二維設(shè)計模式下，校核人員依靠復(fù)核圖紙困難，工作效率低。

BIM技術(shù)的發(fā)展為三維鋼筋設(shè)計提供了可能。由于水電水利行業(yè)的混凝土結(jié)構(gòu)大體積、非標(biāo)準(zhǔn)等特點，建筑行業(yè)的三維結(jié)構(gòu)鋼筋軟件難以適用，需要針對性地開發(fā)水電工程三維鋼筋設(shè)計的工具和軟件。

1 RebarSmart系統(tǒng)方案

RebarSmart鋼筋三維數(shù)字化設(shè)計系統(tǒng)，是基于國際領(lǐng)先的三維設(shè)計軟件平臺CATIA，利用CAA二次開發(fā)接口，以面向三維布筋、鋼筋下料施工、數(shù)字交付為出發(fā)點，從頂層進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，結(jié)合大體積混凝土結(jié)構(gòu)的特點，開發(fā)了三維布筋、三維校審、快速出圖、鋼筋報表自動統(tǒng)計、模型/圖紙/工程量的關(guān)聯(lián)更新等功能，以點帶面，逐步研究，打通三維布筋到二維出圖、工程量統(tǒng)計的設(shè)計流程，實現(xiàn)設(shè)計成果的數(shù)字交付，該系統(tǒng)的主要功能模塊如圖1所示。

2 RebarSmart三維鋼筋出圖

2.1 鋼筋設(shè)計二維出圖方式

一種方式是在傳統(tǒng)的二維設(shè)計軟件上(AutoCAD等)，利用二次開發(fā)技術(shù)進(jìn)行繪制工具的定制開發(fā)，設(shè)計人員通過想象建立三維結(jié)構(gòu)的模型，參考混凝土配筋規(guī)范，進(jìn)行鋼筋布置，需要大量的計算、繪制由設(shè)計人員通過軟件交互的方式“一筆一劃”的畫出鋼筋的平面圖、剖面圖。

圖1 RebarSmart系統(tǒng)功能示意

另一種方式是在三維軟件基礎(chǔ)上，設(shè)計人員完成混凝土結(jié)構(gòu)的建模，利用三維鋼筋設(shè)計工具進(jìn)行鋼筋布置，通過在典型斷面與關(guān)鍵部位剖切三維鋼筋模型，投影至二維平面，形成鋼筋平面圖、剖面圖，如圖2所示。

該方案雖已不需要設(shè)計人員進(jìn)行過多的干預(yù)和抽象化處理，提高了設(shè)計效率，但是交付施工藍(lán)圖時，現(xiàn)場施工人員仍需要通過空間想象還原設(shè)計人員的配筋方案。

2.2 RebarSmart鋼筋設(shè)計三維出圖方式

RebarSmart系統(tǒng)以面向三維布筋、鋼筋下料施工、數(shù)字交付為出發(fā)點，從頂層進(jìn)行系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計，結(jié)合土木水利大體積混凝土結(jié)構(gòu)的特點，實現(xiàn)了“三維布筋、三維校審、自動標(biāo)注、工程量統(tǒng)計、數(shù)字交付”的完整流程，首先設(shè)計人員利用三維布筋模塊完成混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋布置，校核人員借助三維校審模塊對鋼筋的布置、鋼筋樣式、鋼筋量進(jìn)行復(fù)核，通過校核后，生成混凝土結(jié)構(gòu)與三維鋼筋模型的三維軸測圖，利用鋼筋出圖模塊，完成三維鋼筋圖標(biāo)注、鋼筋表生成與工程量統(tǒng)計。

圖2 傳統(tǒng)二維平面鋼筋示意

鋼筋三維圖可準(zhǔn)確清晰表達(dá)鋼筋設(shè)計方案，圖面簡潔，對于需要多個剖面、幾張圖紙才能表達(dá)完整的混凝土鋼筋布置方案，鋼筋三維圖只需要不同角度的鋼筋三維圖即可表達(dá)清楚，且在現(xiàn)場的施工人員可通過鋼筋三維圖直接理解鋼筋布置方案，快速制定施工方法與工序，加快工程進(jìn)度，如圖3所示。

圖3 三維鋼筋示意

3 工程應(yīng)用

以某工程貼坡導(dǎo)墻鋼筋圖為例，敘述Rebar-Smart鋼筋三維出圖的應(yīng)用情況。

3.1 工程基本情況

該水電站貼坡導(dǎo)墻為右岸布置。導(dǎo)墻為圓弧面結(jié)構(gòu)，尺寸半徑R=94.45 m，尺寸為12.54 m×5.5 m×11 m(長×寬×高)，采用二維布筋剖切面較多，如圖4所示。

3.2 三維鋼筋設(shè)計

RebarSmart系統(tǒng)可通過組合不同布筋命令實現(xiàn)對水工結(jié)構(gòu)的布筋，對于較為復(fù)雜或有特殊布筋要求的布筋面，可通過內(nèi)部組合命令或自定義鋼筋等功能完成鋼筋布置，例如結(jié)構(gòu)貼坡面由于存在一定的坡比與弧度，其水平鋼筋要求垂直間距為20 cm，如圖5所示。

圖4 貼坡導(dǎo)墻三維模型

圖5 RebarSmart三維鋼筋創(chuàng)建

利用RebarSmart系統(tǒng)三維鋼配筋模塊進(jìn)行配筋設(shè)計。選擇需要布置鋼筋的結(jié)構(gòu)面，根據(jù)結(jié)構(gòu)計算制定配筋參數(shù)，輸入保護(hù)層厚度、鋼筋直徑、間距、鋼筋等級、錨固長度，最后生成鋼筋實體模型(見圖6)。

圖6 三維鋼筋實體模型

3.3 鋼筋編號管理

RebarSmart鋼筋設(shè)計系統(tǒng)的編號管理功能，可實現(xiàn)鋼筋組編號的增、刪、改等功能，并可根據(jù)修改鋼筋組編號，實現(xiàn)后續(xù)編號自動遞延更新。貼坡導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)鋼筋布置完成后，將該結(jié)構(gòu)按照貼坡與導(dǎo)水墻分部位進(jìn)行編號，如圖7所示。

3.4 鋼筋三維校審

利用RebarSmart鋼筋設(shè)計系統(tǒng)，將貼坡導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)中的所有鋼筋組顯示首尾根鋼筋，校審人員在平臺上使用視圖管理工具，輔助鋼筋信息查詢功能對結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵部位配筋方案進(jìn)行檢查，提高校審人員效率，如圖8所示。

圖7 RebarSmart鋼筋編號管理

圖8 RebarSmart鋼筋三維校審信息查詢

3.5 鋼筋三維出圖

在完成鋼筋校審后，抽取貼坡導(dǎo)墻的結(jié)構(gòu)線，創(chuàng)建三維鋼筋軸測圖，對于鋼筋布置較為復(fù)雜的導(dǎo)水墻結(jié)構(gòu)單獨(dú)生成局部三維鋼筋軸測圖，在工程圖模塊下，利用RebarSmart鋼筋系統(tǒng)的點筋組、線筋組標(biāo)注功能自動統(tǒng)計該組鋼筋的根數(shù)、直徑、間距等信息，完成鋼筋的標(biāo)注，如圖9所示。

圖9 RebarSmart三維鋼筋標(biāo)注

利用RebarSmart鋼筋設(shè)計系統(tǒng)，追溯并統(tǒng)計三維鋼筋模型信息，一鍵自動生成鋼筋表、材料表以及鋼筋明細(xì)表，包含鋼筋型式圖、尺寸標(biāo)注、鋼筋長度以及長度差值△L等信息，其統(tǒng)計的信息準(zhǔn)確，極大地減少了設(shè)計人員的統(tǒng)計與校核工作量，如圖10所示。

最終，利用RebarSmart鋼筋設(shè)計系統(tǒng)完成的貼坡導(dǎo)墻三維鋼筋圖如圖11所示。

鋼筋表

圖10 RebarSmart鋼筋表在自動統(tǒng)計

圖11 貼坡導(dǎo)墻三維鋼筋示意

3.6 鋼筋三維模型與二維工程圖紙關(guān)聯(lián)更新

RebarSmart鋼筋設(shè)計系統(tǒng)在利用CATIA更新機(jī)制的基礎(chǔ)上，解決了三維模型或布筋方案發(fā)生修改后二維圖紙無法同步的重大難題。當(dāng)貼坡導(dǎo)墻三維模型編輯后，三維鋼筋模型自動完成更新，二維圖中鋼筋標(biāo)注和鋼筋表追溯三維模型中的鋼筋信息完成同步更新，如圖12所示。

圖12 鋼筋三維模型與二維圖關(guān)聯(lián)更新

4 結(jié) 論

本文以某工程貼坡導(dǎo)墻結(jié)構(gòu)為實例，闡述了RebarSmart軟件在實際工程項目中鋼筋圖設(shè)計的應(yīng)用，通過直觀簡便的三維鋼筋布置，極大地簡化了鋼筋設(shè)計過程中的空間思維，配合三維鋼筋校審工具，提高了校核審查人員工作效率，利用三維模型與工程圖的關(guān)聯(lián)更新機(jī)制，解決了配筋方案反復(fù)變更后帶來的“改圖、重復(fù)統(tǒng)計工程量”的難題。

本文提出了結(jié)合傳統(tǒng)二維工程圖，以創(chuàng)新的三維鋼筋圖表達(dá)水工結(jié)構(gòu)的配筋方案，該方法圖面簡潔、鋼筋表達(dá)清晰，工程量統(tǒng)計準(zhǔn)確，無需經(jīng)過大腦想象重構(gòu)鋼筋模型，直接指導(dǎo)現(xiàn)場人員進(jìn)行施工。通過在實際工程設(shè)計的成功應(yīng)用，減少“錯、漏、缺”等錯誤和返工浪費(fèi)，提高了設(shè)計質(zhì)量和設(shè)計效率，縮短了設(shè)計周期。