ReStation軟件板墻模型抽圖技術(shù)研究

鐘 翔 ，王國(guó)光 ，3，楊建城

1.中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江 杭州 311122

2.浙江華東工程數(shù)字技術(shù)有限公司，浙江 杭州 311122

3.浙江省工程數(shù)字化技術(shù)研究中心，浙江 杭州 311122

建筑信息模型（Building Information Modeling,BIM）是建筑工程行業(yè)開(kāi)展三維協(xié)同設(shè)計(jì)所運(yùn)用的主要技術(shù)，當(dāng)前在國(guó)內(nèi)正處于深化應(yīng)用的階段。中國(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司自2004年開(kāi)始三維協(xié)同設(shè)計(jì)技術(shù)研究與應(yīng)用，針對(duì)結(jié)構(gòu)專業(yè)的鋼筋圖設(shè)計(jì)問(wèn)題，基于Bentley MicroStation基礎(chǔ)平臺(tái)，于2010年啟動(dòng)了混凝土三維配筋設(shè)計(jì)系統(tǒng)ReStation的研究開(kāi)發(fā)工作。目前該系統(tǒng)已具備自動(dòng)生成三維鋼筋、鋼筋報(bào)表、抽圖標(biāo)注、與CAE軟件對(duì)接等強(qiáng)大功能[1]，在水利水電、工民建、軌道交通等行業(yè)都得到了廣泛應(yīng)用。

文章重點(diǎn)介紹了ReStation軟件的板墻模型抽圖技術(shù)，在已有的鋼筋模型抽圖、自動(dòng)標(biāo)注、智能更新[2]等功能基礎(chǔ)上，針對(duì)樓板墻體出圖進(jìn)一步定制和改進(jìn)，研發(fā)出了一套同時(shí)適用于板墻標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和非標(biāo)構(gòu)件的剖切及平法抽圖的簡(jiǎn)潔高效的解決方案，以滿足設(shè)計(jì)高效率出圖的要求。

1 需求分析

目前，樓板墻體的三維設(shè)計(jì)及出圖正處于發(fā)展階段，設(shè)計(jì)流程已經(jīng)由使用傳統(tǒng)的CAD軟件進(jìn)行二維制圖轉(zhuǎn)變?yōu)椴捎肂entley OpenBuildings Designer、Revit等三維設(shè)計(jì)軟件來(lái)創(chuàng)建三維結(jié)構(gòu)模型并生成符合要求的結(jié)構(gòu)圖紙。

獲得結(jié)構(gòu)圖紙后，對(duì)于表達(dá)結(jié)構(gòu)構(gòu)件配筋的需求，Revit軟件提供了一套三維鋼筋的建模方法，但與目前結(jié)構(gòu)專業(yè)廣泛采用的平面整體表示方法（以下簡(jiǎn)稱結(jié)構(gòu)平法）并不兼容，難以滿足結(jié)構(gòu)平法表達(dá)的需求[3]。針對(duì)該問(wèn)題，GSRevit等軟件通過(guò)二次開(kāi)發(fā)的方式改進(jìn)了鋼筋出圖功能，但目前僅支持板梁墻柱等標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件為主的結(jié)構(gòu)模型，對(duì)于電梯井、地鐵出入口側(cè)墻等非標(biāo)混凝土構(gòu)件的支持情況則并不理想。

綜合來(lái)看，樓板墻體模型的抽圖功能研發(fā)，主要存在以下問(wèn)題及開(kāi)發(fā)需求：

（1）已有的抽圖技術(shù)解決方案不徹底，在使用三維模型生成結(jié)構(gòu)圖的基礎(chǔ)上仍需要設(shè)計(jì)人員手工繪制鋼筋及標(biāo)注來(lái)完成鋼筋圖。

（2）三維設(shè)計(jì)軟件不支持樓板墻體鋼筋圖采用結(jié)構(gòu)平法表示，且二次開(kāi)發(fā)插件支持不佳，生成的圖紙難以滿足要求。

（3）部分項(xiàng)目的異形混凝土結(jié)構(gòu)也需要生成結(jié)構(gòu)平法鋼筋圖紙，軟件需支持非標(biāo)混凝土構(gòu)件三維配筋，并在抽圖中進(jìn)行特殊處理。

2 板墻抽圖技術(shù)方案

針對(duì)以上實(shí)際問(wèn)題和開(kāi)發(fā)需求，ReStation結(jié)合大體積混凝土結(jié)構(gòu)三維配筋出圖功能研發(fā)的成熟經(jīng)驗(yàn)，研發(fā)出了一套板墻抽圖的綜合技術(shù)方案，包括建模與配筋、抽圖前處理、剖切抽圖或平法抽圖、圖紙修改等關(guān)鍵步驟，作業(yè)流程如圖1所示。

圖1 板墻抽圖作業(yè)流程

2.1 抽圖前處理

ReStation的板墻抽圖前處理工作包括顯示樣式設(shè)置、接駁器處理和構(gòu)件統(tǒng)一化處理等部分。

（1）顯示樣式設(shè)置。ReStation使用顯示分組技術(shù)來(lái)幫助用戶自由設(shè)置板墻抽圖圖紙中的鋼筋根數(shù)、位置等顯示樣式，實(shí)現(xiàn)諸如中間顯示2根、首尾顯示3根等需求，并將設(shè)置保存到模型文件中，后續(xù)執(zhí)行抽圖時(shí)會(huì)讀取相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)調(diào)整圖紙中鋼筋的顯示情況。

（2）接駁器處理。板墻鋼筋圖紙中，部分構(gòu)件的混凝土澆筑時(shí)間較晚，對(duì)伸入這些構(gòu)件的鋼筋，會(huì)在邊界上使用接駁器這一特殊符號(hào)進(jìn)行標(biāo)識(shí)。ReStation提供了接駁器處理工具來(lái)幫助用戶處理這種特殊情況，效果如圖2所示。

圖2 圖紙中伸入后澆墻的鋼筋的接駁器表示（單位：mm）

（3）構(gòu)件統(tǒng)一化處理。對(duì)于非標(biāo)混凝土構(gòu)件，ReStation會(huì)提取構(gòu)件和鋼筋的幾何信息，識(shí)別需要處理的非標(biāo)構(gòu)件，再根據(jù)鋼筋錨固段信息，將鋼筋識(shí)別為樓板或墻體的鋼筋，提取并補(bǔ)充后續(xù)板墻抽圖中所需的數(shù)據(jù)，和標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件中的鋼筋進(jìn)行統(tǒng)一處理。

2.2 剖切抽圖

板墻的剖切抽圖用于表示構(gòu)件在指定位置上沿剖面的鋼筋（以下簡(jiǎn)稱線筋）和垂直于剖面的鋼筋（以下簡(jiǎn)稱點(diǎn)筋）的布置方式及鋼筋參數(shù)，如圖3所示。

圖3 剖切抽圖實(shí)際圖紙（單位：mm）

在處理板墻剖切抽圖時(shí)，ReStation主要分為篩選提取鋼筋信息、繪制鋼筋及標(biāo)注符號(hào)以及圖面處理三個(gè)步驟。

（1）篩選提取鋼筋信息。ReStation在執(zhí)行抽圖時(shí)會(huì)根據(jù)抽圖幾何參數(shù)對(duì)模型中的板墻構(gòu)件進(jìn)行篩選，剔除不需要處理的板墻構(gòu)件，從而提高抽圖速度，防止在圖紙中出現(xiàn)無(wú)關(guān)構(gòu)件的鋼筋及標(biāo)注。然后，ReStation會(huì)提取范圍內(nèi)三維鋼筋的數(shù)據(jù)，并根據(jù)鋼筋的走向?qū)⑵渥R(shí)別為點(diǎn)筋或者線筋，各自進(jìn)行分組和排序，為后續(xù)處理做好準(zhǔn)備。

（2）繪制鋼筋及標(biāo)注符號(hào)。開(kāi)始繪制鋼筋及標(biāo)注符號(hào)后，對(duì)于線筋，ReStation會(huì)選取分組中最接近抽圖平面位置的鋼筋，調(diào)整鋼筋參數(shù)，確保圖紙中的線筋符號(hào)既符合用戶的美觀要求，也能準(zhǔn)確體現(xiàn)鋼筋的實(shí)際形狀；對(duì)于點(diǎn)筋，ReStation會(huì)根據(jù)用戶設(shè)置，決定一組鋼筋的顯示規(guī)則，調(diào)整點(diǎn)筋在構(gòu)件中的深度，并確保其和線筋的內(nèi)外布置關(guān)系符合實(shí)際情況。當(dāng)構(gòu)件需要繪制多組點(diǎn)筋時(shí)，ReStation會(huì)確保繪制的點(diǎn)筋符號(hào)和構(gòu)件另一側(cè)對(duì)齊，以確保圖紙的美觀和簡(jiǎn)潔。

（3）圖面處理。完成鋼筋和標(biāo)注的繪制后，ReStation會(huì)對(duì)圖紙進(jìn)行檢查，當(dāng)部分線筋的錨固和其他線筋重疊而難以辨認(rèn)時(shí)，會(huì)在錨固端點(diǎn)添加截?cái)喾?hào)以便用戶識(shí)別。然后，根據(jù)用戶設(shè)置，必要時(shí)在剖切圖紙周圍添加其他圖紙的編號(hào)名稱以標(biāo)識(shí)其在當(dāng)前圖紙中的位置。

2.3 平法抽圖

樓墻平法抽圖是一種以一層樓板或一面墻體為單位進(jìn)行整體繪制，將板上下層（墻內(nèi)外側(cè)）的鋼筋參數(shù)及布置方式進(jìn)行整體表示的鋼筋圖紙繪制方法，其效果如圖4所示。

圖4 平法抽圖實(shí)際圖紙（單位：mm）

在處理板墻平法抽圖時(shí)，ReStation也分為篩選提取鋼筋信息、繪制鋼筋及標(biāo)注符號(hào)以及圖面處理三個(gè)步驟，其中圖面處理步驟和剖切抽圖基本相同，這里不再詳細(xì)敘述。

（1）篩選提取鋼筋信息。ReStation和剖切抽圖一樣篩選目標(biāo)鋼筋，然后會(huì)將鋼筋分為上層（外側(cè)）和下層（內(nèi)側(cè)）兩種類型，再根據(jù)幾何數(shù)據(jù)進(jìn)一步分組，并準(zhǔn)備好需要的數(shù)據(jù)。

（2）繪制鋼筋及標(biāo)注符號(hào)。對(duì)每組鋼筋，ReStation會(huì)挑選靠近中間的鋼筋進(jìn)行繪制。為防止鋼筋繪制時(shí)發(fā)生重疊，處理時(shí)會(huì)記錄已使用的鋼筋繪制位置，必須調(diào)整繪制時(shí)距離三維鋼筋實(shí)際位置的偏移距離。同時(shí)ReStation可根據(jù)設(shè)置為繪制的鋼筋添加表示布筋區(qū)域的范圍標(biāo)注。

2.4 圖紙修改

在執(zhí)行抽圖操作后，用戶根據(jù)實(shí)際情況可能需要對(duì)圖紙進(jìn)行進(jìn)一步的修改及美化。ReStation在已有的配套修改工具的基礎(chǔ)上，根據(jù)板墻出圖圖紙的實(shí)際情況，為用戶提供標(biāo)注對(duì)齊、板下層鋼筋樣式單獨(dú)定制等功能。

3 應(yīng)用效果

ReStation的板墻抽圖功能測(cè)試的依托工程為福州市地鐵一號(hào)線某站工程，在該項(xiàng)目中共完成圖紙35張，共計(jì)10～14d，預(yù)計(jì)通過(guò)改進(jìn)和熟悉軟件可提高效率30%，即完成單個(gè)標(biāo)準(zhǔn)車站全部結(jié)構(gòu)配筋抽圖工作只需7～10d[3]。其中，出入口位置的頂板、底板及側(cè)墻均為非標(biāo)混凝土構(gòu)件。其三維配筋及出圖成果如圖5～圖7所示。

圖5 某地鐵站3號(hào)出入口配筋模型

圖6 某地鐵站3號(hào)出入口非標(biāo)側(cè)墻鋼筋圖（單位：mm）

圖7 某地鐵站3號(hào)出入口板墻剖切圖（單位：mm）

由此可知，ReStation的樓板墻體三維配筋出圖流程相比傳統(tǒng)制圖方式具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）用戶在抽圖時(shí)能在三維模型中對(duì)鋼筋布置情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢查，便于用戶檢查、發(fā)現(xiàn)三維模型設(shè)計(jì)時(shí)的錯(cuò)誤，有效提高出圖效率，降低錯(cuò)誤率；

（2）抽圖中提供了操作記憶功能，能減少修改過(guò)程中的重復(fù)操作量以及出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性；

（3）可以處理非標(biāo)混凝土構(gòu)件，減少后續(xù)人工修改、繪圖的工作量。

不過(guò)，該出圖流程目前也存在一定問(wèn)題，如自動(dòng)生成的圖紙標(biāo)注整齊美觀程度尚未達(dá)到手工繪制的同等水平，需要用戶進(jìn)行少量調(diào)整修改，以及操作指引不夠充分，影響新手使用軟件時(shí)的效率等，這也是后續(xù)研發(fā)中改進(jìn)的目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章闡述了ReStation混凝土三維配筋設(shè)計(jì)系統(tǒng)在實(shí)現(xiàn)樓板墻體抽圖時(shí)遇到的技術(shù)挑戰(zhàn)以及具體的解決方案。使用ReStation進(jìn)行板墻模型的三維配筋及抽圖，在確保出圖速度的基礎(chǔ)上顯著減少了錯(cuò)誤數(shù)量，提高了設(shè)計(jì)人員的工作效率。目前，該方案已經(jīng)在地鐵、廠房設(shè)計(jì)等領(lǐng)域得到了推廣和使用，促進(jìn)了三維數(shù)字化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。