基于Revit二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)三維鋼筋算量

(中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

1 引言

鋼筋工程是土建工程中的重要組成部分，鋼筋工程造價(jià)是土建工程成本的主要來(lái)源之一，鋼筋成本控制具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)鋼筋算量主要方式分為手工算量、廣聯(lián)達(dá)、魯班等軟件鋼筋算量。傳統(tǒng)的手工算量是根據(jù)CAD圖紙人工讀取配筋信息，應(yīng)用Excel軟件進(jìn)行鋼筋算量，需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，而且對(duì)算量人員掌握鋼筋圖集、規(guī)范程度要求高，且手工計(jì)算過(guò)程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)非常容易出錯(cuò)。廣聯(lián)達(dá)、魯班等軟件算量可以提取CAD的圖層，讀取配筋信息，算量效率比手工算量得到很大的提高，但是這種方式需要建立廣聯(lián)達(dá)或者魯班算量模型，而且對(duì)于復(fù)雜的異形構(gòu)件，由于圖形引擎的限制，無(wú)法建立精確的三維模型，只能用常規(guī)的幾何體近似代替算量，導(dǎo)致算量結(jié)果不夠精確。

基于BIM的二次開(kāi)發(fā)為我們帶來(lái)了新的解決辦法。Revit以其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)交互、信息管理、協(xié)同工作等功能成為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上使用最多、普及最廣的BIM軟件。Revit提供了API，通過(guò)調(diào)用，開(kāi)發(fā)者可以根據(jù)自己的需要對(duì)Revit的功能用途進(jìn)行擴(kuò)展。因此，基于Revit的二次開(kāi)發(fā)，成為滿足國(guó)內(nèi)BIM應(yīng)用的最好選擇之一。國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)成果是以CAD圖紙交付的，常規(guī)的人工翻模工作效率低下，尤其是由于鋼筋工程節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、涉及規(guī)范多，市場(chǎng)上幾乎沒(méi)有基于Revit的鋼筋三維精確翻模的軟件產(chǎn)品，再加上Revit軟件自身圖形顯示受限，目前BIM 在鋼筋工程中的應(yīng)用往往只做一些主要復(fù)雜節(jié)點(diǎn)鋼筋三維展示，不做全項(xiàng)目鋼筋建模，這直接導(dǎo)致了BIM技術(shù)在鋼筋工程應(yīng)用無(wú)法進(jìn)一步開(kāi)展，發(fā)揮不出BIM在鋼筋工程中的應(yīng)用價(jià)值。在這樣的情況下，可以研發(fā)基于Revit的三維鋼筋算量軟件，在已有Revit模型的基礎(chǔ)上，不需要重復(fù)建立算量模型，直接可以將配筋信息讀取并寫(xiě)入對(duì)應(yīng)的構(gòu)件中，做到“一模多用”，既提高了算量效率，又可以解決復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)的鋼筋建模，從而保證算量結(jié)果更加準(zhǔn)確，更接近現(xiàn)場(chǎng)鋼筋實(shí)際用量[1-3]。

本文在基于Revit二次開(kāi)發(fā)解決方案的基礎(chǔ)上，主要介紹基于CAD圖紙快速識(shí)別、讀取配筋信息并寫(xiě)入Revit構(gòu)件中，并闡述技術(shù)路線和研發(fā)過(guò)程。

2 構(gòu)件配筋信息自動(dòng)讀取與寫(xiě)入

2.1 結(jié)構(gòu)配筋信息源需求分析

《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》系列圖紙(11G101或16G101)中梁、板、柱、墻和基礎(chǔ)構(gòu)件配筋信息分為集中標(biāo)注、原位標(biāo)注、構(gòu)件配筋明細(xì)表。集中標(biāo)注為構(gòu)件的通用信息，原位標(biāo)注為構(gòu)件的局部信息。例如圖1所示為結(jié)構(gòu)施工圖中框架梁的集中標(biāo)注和原位標(biāo)注[4]。

圖1 結(jié)構(gòu)梁的平法標(biāo)注

構(gòu)件的配筋信息表是按照構(gòu)件的編號(hào)名稱對(duì)配筋情況做出具體說(shuō)明。例如圖2所示為結(jié)構(gòu)施工圖中為梁配筋明細(xì)表。

圖2 梁配筋明細(xì)表

此外，結(jié)構(gòu)施工圖中鋼筋的配筋信息情況還包括圖紙說(shuō)明中的配筋說(shuō)明和配筋詳圖。因此，鋼筋的集中標(biāo)注、原位標(biāo)注和配筋明細(xì)表是讀取結(jié)構(gòu)配筋的主要信息源。

2.2 自動(dòng)讀取鋼筋的集中標(biāo)注和原位標(biāo)注

基于Revit的BIM鋼筋算量軟件根據(jù)CAD結(jié)構(gòu)配筋圖中配筋相關(guān)信息位于不同的圖層來(lái)自動(dòng)讀取配筋信息，主要包括構(gòu)件平面投影輪廓線、集中標(biāo)注線和原位標(biāo)注線。通過(guò)將CAD結(jié)構(gòu)配筋平面圖鏈接到BIM模型中，以BIM模型平面圖為基準(zhǔn)，通過(guò)對(duì)應(yīng)構(gòu)件的輪廓線將BIM模型與CAD圖紙?jiān)诮Y(jié)構(gòu)平面中對(duì)齊。選取構(gòu)件輪廓圖層和標(biāo)注圖層，分析和整理讀取的配筋信息，確保信息讀取準(zhǔn)確有效。最后將配筋信息寫(xiě)入構(gòu)件的Revit屬性參數(shù)中。其技術(shù)路線如圖3所示[5]。

在此，以梁構(gòu)件為例闡述自動(dòng)讀取鋼筋的集中標(biāo)注和原位標(biāo)注過(guò)程。首先打開(kāi)BIM模型，將CAD圖紙鏈接到Revit中，將CAD與BIM模型對(duì)齊，保證兩者平面位置關(guān)系一致。讀取CAD構(gòu)件邊線圖層、標(biāo)注和引線圖層，確定樓層平面，如圖4所示。讀取結(jié)構(gòu)梁配筋結(jié)果如圖5所示，包括梁的類型名、族類型名、箍筋、肢數(shù)、上部通長(zhǎng)筋、下部通長(zhǎng)筋、構(gòu)造或抗扭鋼筋、支座負(fù)筋，并將配筋信息寫(xiě)入結(jié)構(gòu)梁構(gòu)件的屬性中。

圖3 鋼筋集中標(biāo)注、原位標(biāo)準(zhǔn)信息讀取技術(shù)路線

圖4 讀取設(shè)置面板

圖5 結(jié)構(gòu)梁配筋讀取結(jié)果

其中，支座負(fù)筋由于梁有多跨，涵蓋了左側(cè)支座負(fù)筋、右側(cè)支座負(fù)筋、箍筋等情況，數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，因此采用復(fù)合數(shù)據(jù)形式來(lái)記錄配筋信息，如圖6所示。

圖6 支座負(fù)筋配筋信息記錄圖

2.3 自動(dòng)讀取配筋明細(xì)表

基于Revit的BIM鋼筋算量軟件通過(guò)讀取鋼筋明細(xì)表中表格線、表格文字內(nèi)容，將CAD中構(gòu)件編號(hào)名稱與BIM模型中構(gòu)件族類型名稱一一對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)匹配，將對(duì)應(yīng)的配筋信息寫(xiě)入構(gòu)件的Revit屬性參數(shù)中。其技術(shù)路線如圖7所示。

圖7 鋼筋明細(xì)表信息提取技術(shù)路線

首先，在Revit模型中鏈接CAD圖紙鋼筋明細(xì)表，明確需要配筋的構(gòu)件樓層，可以同時(shí)選中多個(gè)樓層。然后將鋼筋明細(xì)表圖元分解成表格的橫線、縱線和文字，作為讀取數(shù)據(jù)源。讀取表格橫縱線和文字信息，得到表格中行列準(zhǔn)確的位置信息、編號(hào)名稱、具體配筋信息。在此，以某項(xiàng)目地下一層剪力墻上洞口連梁明細(xì)表為例，如圖8所示。

圖8 剪力墻上洞口連梁明細(xì)表

讀取鋼筋明細(xì)表后，Revit模型中的連梁構(gòu)件與之對(duì)應(yīng)，配筋信息傳遞到Revit構(gòu)件屬性中，具體如圖9所示，讀取了梁的編號(hào)、類型、上部縱筋、下部縱筋、箍筋、腰筋信息。

圖9 連梁配筋明細(xì)表讀取結(jié)果

3 快速創(chuàng)建三維鋼筋與鋼筋校核

現(xiàn)階段，所有BIM軟件基本都無(wú)法將整個(gè)工程的鋼筋創(chuàng)建出來(lái)指導(dǎo)施工和工程量計(jì)算。主要原因是我國(guó)結(jié)構(gòu)施工圖基本都是參與平面表示方法，鋼筋的節(jié)點(diǎn)類型多、樣式復(fù)雜，現(xiàn)有軟件只能逐根創(chuàng)建鋼筋，效率低。

為此，在開(kāi)發(fā)本系統(tǒng)時(shí)，將《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》(包含11G101和16G101兩部)平法圖集內(nèi)置到系統(tǒng)中。本系統(tǒng)共計(jì)包含259種鋼筋節(jié)點(diǎn)類型和634種具體節(jié)點(diǎn)工程做法。系統(tǒng)根據(jù)構(gòu)件類型、所處位置和相交構(gòu)件連接方式等因素自動(dòng)判斷各構(gòu)件節(jié)點(diǎn)類型和鋼筋節(jié)點(diǎn)樣式所對(duì)應(yīng)的平法圖集構(gòu)造做法，包含了鋼筋彎鉤類型和長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度、搭接長(zhǎng)度等信息設(shè)置，如圖10所示。每個(gè)節(jié)點(diǎn)類型均可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇默認(rèn)的圖集構(gòu)造做法[6-8]。

圖10 鋼筋節(jié)點(diǎn)做法設(shè)置

在Revit模型中選擇該構(gòu)件，創(chuàng)建三維鋼筋，彈出“創(chuàng)建三維鋼筋”設(shè)置窗口，如圖11所示。在“創(chuàng)建三維鋼筋”設(shè)置窗口中可以對(duì)想要?jiǎng)?chuàng)建的鋼筋種類進(jìn)行勾選，軟件默認(rèn)為全部創(chuàng)建。點(diǎn)擊確定后，軟件將對(duì)構(gòu)件創(chuàng)建三維鋼筋，效果如圖12所示[9]。

圖11 創(chuàng)建三維鋼筋設(shè)置面板

圖12 三維鋼筋顯示圖

由于Revit軟件自身圖形顯示受限，項(xiàng)目文件無(wú)法全部創(chuàng)建三維鋼筋，因此我們一般只對(duì)特殊構(gòu)件和鋼筋節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建三維鋼筋，但是配筋信息可以全部寫(xiě)入模型中，為實(shí)現(xiàn)鋼筋算量提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。創(chuàng)建三維鋼筋可以形象地顯示構(gòu)件內(nèi)部的鋼筋構(gòu)造，便于直觀地核查構(gòu)件的配筋信息和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式。

4 快速鋼筋算量及生成報(bào)表

快速鋼筋算量對(duì)整個(gè)模型所有構(gòu)件關(guān)聯(lián)的配筋信息根據(jù)鋼筋類型、鋼筋等級(jí)、直徑來(lái)進(jìn)行長(zhǎng)度、重量計(jì)算。計(jì)算匯總根據(jù)樓層、算量類型、鋼筋級(jí)別、鋼筋直徑對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總。點(diǎn)擊計(jì)算匯總后彈出計(jì)算匯總頁(yè)面，如圖13所示[10-11]。

本系統(tǒng)支持快速過(guò)濾和高級(jí)過(guò)濾兩種方式對(duì)匯總結(jié)果進(jìn)行篩選查看，可以選擇任意類型構(gòu)件、任意樓層、任意鋼筋級(jí)別、任意鋼筋直徑，如圖14所示。以某項(xiàng)目1F的柱為例，匯總結(jié)果篩選如圖15所示[12]。

圖13 計(jì)算匯總面板

圖14 快速過(guò)濾選擇

圖15 快速過(guò)濾結(jié)果

計(jì)算完成后，生成工程上常用的鋼筋報(bào)表，報(bào)表支持導(dǎo)出、打印等常用功能。在“鋼筋算量”菜單中選擇“報(bào)表”。報(bào)表形式多樣，我們可以根據(jù)自己需要來(lái)選擇查看，可以按樓層、構(gòu)件大類、算量類型、鋼筋類型、鋼筋直徑等進(jìn)行匯總查看，如圖16所示，可以快速獲得自己重點(diǎn)關(guān)注的數(shù)據(jù)。

圖16 報(bào)表面板

4 工程實(shí)踐

本文以中興通訊智能制造基地項(xiàng)目為鋼筋算量樣例進(jìn)行工程實(shí)踐，以廣聯(lián)達(dá)算量為行業(yè)的金標(biāo)準(zhǔn)，用BIM算量系統(tǒng)結(jié)果與廣聯(lián)達(dá)算量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。這里選取二層結(jié)構(gòu)軸線1-10交A-E范圍的梁柱鋼筋量為例進(jìn)行介紹，廣聯(lián)達(dá)鋼筋量為90.568t，八局算量系統(tǒng)鋼筋量為91.076t，相差率為0.56%。選取二層框架梁KLx-1鋼筋算量對(duì)比分析，整體誤差為0.3%，如圖17所示。通過(guò)分別對(duì)框架梁KLx-1上部通長(zhǎng)筋、下部縱筋、支座負(fù)筋、箍筋、抗扭鋼筋進(jìn)行鋼筋算量分析，發(fā)現(xiàn)誤差在于箍筋彎鉤長(zhǎng)度，廣聯(lián)達(dá)鋼筋為11.9d，八局算量系統(tǒng)為12.89d。箍筋為HRB400，根據(jù)規(guī)范要求彎鉤計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)為12.89d，因此，這里八局計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。選取二層框架柱KZ-1進(jìn)行鋼筋算量對(duì)比，總體誤差為0.99%，如圖18所示。通過(guò)分別對(duì)框架柱KZ-1縱筋、箍筋進(jìn)行鋼筋算量對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)誤差在于箍筋工程量，由于本項(xiàng)目采用機(jī)械連接，不需考慮縱筋搭接區(qū)箍筋加密，因此這里八局算量系統(tǒng)有待優(yōu)化。

圖17 二層框架梁KLx-1鋼筋算量對(duì)比

圖18 二層框架柱KZ-1鋼筋算量對(duì)比

5 結(jié)論

綜上所述，本系統(tǒng)基于Revit的二次開(kāi)發(fā)，實(shí)現(xiàn)三維鋼筋快速算量，拓展了BIM在鋼筋工程中的應(yīng)用，為鋼筋深化與優(yōu)化、鋼筋下料、鋼筋算量與成本控制等提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，極大地挖掘了BIM在鋼筋工程中的應(yīng)用價(jià)值。一方面，在BIM鋼筋算量方面取得了突破和進(jìn)步，另一方面本系統(tǒng)也存在一定的局限性和提升的空間。由于鋼筋節(jié)點(diǎn)復(fù)雜多變，我們目前積累的節(jié)點(diǎn)還需要不斷豐富，以便提高工作效率。雖然系統(tǒng)允許用戶自定義圖形樣式，增加了鋼筋建模的開(kāi)放性和靈活性，然而導(dǎo)致一些構(gòu)件無(wú)法準(zhǔn)確分析出其幾何數(shù)據(jù)。此外，本系統(tǒng)的計(jì)算內(nèi)核也是依托于Revit平臺(tái)，其處理圖形的數(shù)據(jù)比較慢，也不允許使用多線程，導(dǎo)致本系統(tǒng)在計(jì)算速度上等待時(shí)間稍長(zhǎng)。