“閱圖式”鋼筋混凝土梁圖形算量數據模型探索★

王興吉

目前，基于電子版建筑圖紙的識別方法[1，4-7］主要包括模板匹配、條件判別、約束網絡、屬性關聯圖和規則獲取等，這些方法具有現實的指導意義，但都存在一些弱點，如識別規則不具有普遍意義、識別成功率不高，而且多數識別方法未考慮后續工種所需信息等等，即存在算量軟件計算范圍問題。同時，識別方法也存在工程量自動計算“可信賴”的問題，因為識別方法識別構成未開放，預算人員對算量軟件持有很大的抵制和懷疑心理[2］。

針對預算人員抵制和懷疑心理問題，作者提出“閱圖式”圖形工程量算量技術[3］概念。“閱圖式”圖形算量所追求的目標:計算過程直觀可視、條理清晰、非人工記憶、可修改、符合造價員工作習慣、低門檻使用、適用范圍寬、便于多次校對審核和自主知識產權。

“閱圖式”圖形算量系統需要表達如下數據信息:1)CAD圖元信息;2)已識別的CAD圖元信息;3)CAD圖元集組信息;4)三維構配件信息;5)二、三維構配件對應信息;6)三維構配件間約束信息;7)計算規則;8)工程量計算信息;9)通用信息(系統變量、層和軸線信息);10)知識庫(通用構配件、字庫和Hatch庫)。

1 梁構配件

梁按結構承重方式不同大致分為兩類:圈梁和柱承重體系梁。梁的截面形式有:矩形、L形、倒L形、T形、倒T形、十字形、花籃形等。由于裝配式預制板樓板禁用，L形、倒T形、十字形、花籃形梁現在很少出現，所以不再討論這類截面梁。

1.1 圈梁圖紙表達與構造

在砌塊墻體承重體系中，每道承重墻體每層都有圈梁。圈梁的寬度一般同墻體厚度，而且同現澆樓蓋一道澆筑，形成整體。結構施工圖表達圈梁時，僅表示圈梁的位置及其編號，配筋及斷面尺寸在結構設計說明中給定或用圈梁截面配筋詳圖給出。圈梁之間的搭接關系類似于圖1，需要關注類似于圖1b)，c)的圈梁搭接形式，因為在圈梁搭接處需要增植鋼筋。

圖1 圈梁搭接形式

墻體承重體系中也存在懸挑梁。

圈梁工程量主要有:混凝土工程量、鋼筋用量和模板用量。圈梁混凝土工程量是從梁底算至板底作為梁的高度乘梁寬再乘梁凈長。

1.2 框架梁圖紙表達與構造

梁的工程量主要有:混凝土工程量、鋼筋用量和模板用量。計算梁混凝土工程量時梁高是從梁底算至板底。

梁類型有:樓層框架梁、屋面框架梁、框支梁、非框架梁、懸挑梁和井字梁。梁少數情況下是簡支梁，大多數情況下是連續梁，連續梁需要考慮負彎矩鋼筋。

梁的截面形狀如前所述，也有少數梁會加腋、變梁高或變梁寬，梁頂標高不同也會出現，因此需要關注它們的構造鋼筋。梁的配筋用截面注寫或平面注寫表示方式。

梁在平面布置圖中以雙虛線條或一實線一虛線表示，后者表示邊梁。梁正彎矩鋼筋必須錨固于柱體支座內，錨固長度不小于la，laE;負彎矩鋼筋一般會按Ln/3或Ln/4長截斷，少數成為貫通筋(或稱為通長筋)。梁的每跨兩端幾乎都有加密箍筋，箍筋形式也分為2肢箍筋及其以上的復合箍筋。

梁按受力傳遞方式可分為主梁和次梁。次梁與主梁交接處次梁兩側的主梁需加加密箍筋或吊筋。梁高超過一定高度時，需要在梁兩側加腹筋。腹筋間按構造要求在施工時要加一定量的拉結筋。

井字梁，平表法規則用單虛線或實線表達，而且是一組，相互垂直交接，被同類梁分成若干跨，但此跨為“虛”跨，一根井字梁配筋按實跨(兩端支座)劃分，即一端擱置在框架梁上，另一端也擱置在框架梁上才為一跨。板配筋是按“虛”跨圍成的區域配筋。

1.3 梁構配件信息結構

梁同樣需要構筑已識別的CAD圖元信息、CAD圖元集組信息、三維構配件信息、二維與三維構配件對應信息和三維構配件間約束信息。

梁體數據結構、梁跨數據結構、主梁與次梁關系數據結構和2D梁實體圖元與3D梁對應關系數據結構分別見表1～表4。

表1 梁體數據結構

支座類型取值:0—無支座、1—正交矩形柱、2—斜交矩形柱、3—圓形柱、10—正交梁、11—斜交梁(如圖2所示)、20—正交混凝土墻、21—斜交混凝土墻、31—砌塊墻或磚柱、90～99—同跨不同形狀梁，依次使用，相當于數據指針，把它們鏈接起來形成一跨梁。

梁中心線半徑為零時，表示長方體梁。

表2 梁跨數據結構

表3 主梁與次梁關系數據結構

表4 2D梁實體圖元與3D梁對應關系數據結構

梁左端上部配筋、梁左端下部配筋取值為@時，其梁右端上部配筋和梁右端下部配筋表示本跨左、中、右截面配筋相同且用其值。

本跨梁左板與右板區分:梁的|Δy/Δx|≥1，從y值小的端點至y值大的端點，左為左板，其右為右板;梁的|Δy/Δx|＜1，從 x值大的端點至x值小的端點，其左為右板，右為左板。

梁雙線條類型用兩位數xx表示，其值為00，01或10，11。0為虛線，1為實線。實線表示樓板的邊界線。個位數x為右邊線條，十位數x為左邊線條。左右邊線區分同前。

圖2 主次梁斜交箍筋構造

次梁處構造筋類型取值:0—無構造配筋、1—加密箍筋、2—吊筋。次梁跨1與跨2的區分:主梁的|Δy/Δx|≥1，從y值小的端點至y值大的端點，其左為次梁跨1，右為次梁跨2;主梁的，從x值大的端點至x值小的端點，其左為次梁跨1，右為次梁跨2。

次梁處構造筋類型取值為-1時，梁上下約束的是柱體，因而次梁跨1和2句柄指向柱句柄;同樣取值為-2時，梁上下是混凝土墻體。

2 梁構配件識別算法

幾個假定:

1)剪力墻墻梁畫在其相應的層上，而且最好識別在梁識別之前;

2)井字梁及其配筋畫在各自相應的層上;

3)梁水平配筋標注與垂直配筋標注畫在各自相應的層上;

4)梁上附加配筋畫在其相應的層上;

5)梁上柱必須用LZ編號。

2D梁平面表達法識別算法:

1)依據圖紙句柄選取相應的梁線布置圖層和梁筋配置層;

2)I不大于水平軸線符號最小者，Imin≤I，Imax不大于水平軸線符號最大者;

3)以I水平軸線圖元實體為基準，上下各偏移700構成梁線選擇基帶Baseband;

4)從梁線布置圖層選擇完全包含于基帶Baseband中的實體圖元形成集合A，按x值、y值升序排序集合A;從梁線布置和井字梁圖層選擇相交于且非包含于基帶Baseband中的實體圖元形成集合B和Bj，按x值、y值升序排序集合B和Bj;

5)從柱布置圖層選擇相交于基帶Baseband中的實體圖元形成集合C，按x值、y值升序排序集合C;

從剪力墻布置圖層選擇相交于基帶Baseband中的實體圖元形成集合D，按x值、y值升序排序集合D;

6)從水平配筋標注層中選擇與Baseband相交或包含其中的標注引導線，從標注引導線遠離梁端附近取出集中標注;

算出標注引導線指向的梁跨雙線的垂直Y值(Yb1，Yb2);

7)J1不大于垂直軸線符號最小者、Jmin≤J1，J2不大于垂直軸線符號次小者(J1后續軸線符號)、Jmax不大于垂直軸線符號最大者;

8)集中標注梁跨度有“A”或“B”標識時，從集合A中取出其Y值小于Jmin軸線Y值的梁實體圖元，從其最小的X值開始組對梁線，取其梁上部、下部和箍筋配筋信息;

從附加配筋層判斷該跨有無次梁擱置此跨;

如有次梁與此跨梁相交，從集合B和Bj判斷并確定與此跨梁相交的次梁端點坐標，以便以后待此次梁識別時更新之間的約束關系;

從集合C和集合D(剪力墻識別在梁之前)中尋找支座類型，并構成約束關系;

9)從集合A中取出其Y值大于J1軸線Y值和小于軸線Y值的梁實體圖元;

如果無梁實體圖元時，從集合A中取出其Y值大于J1軸線Y值和與J2軸線相交的梁實體圖元，若為空，轉xxx;J2≤J2后續軸線符號，轉9);

10)從其最小的X值開始組對梁線;

從集合C和集合D(剪力墻識別在梁之前)中尋找左支座類型，并構成約束關系;

如無支座時，判斷次梁是否為次梁;如為次梁，設置左支座類型，更新約束關系;如為非次梁而且前(或左)跨梁線型為直線、斜率一致，將本跨歸并于前跨中，否則視為同跨不同段的梁;

從集合C和集合D(剪力墻識別在梁之前)中尋找右支座類型，并構成約束關系;

如無支座時，判斷次梁是否為次梁;如為次梁，設置右支座類型，更新約束關系;如為非次梁，可視為本跨有不同段的梁;

取其梁下中部配筋信息;如無，判斷有無集中標注信息;再無集中標注時，待以后更新;更新已識別的但沒有設置配筋信息的梁相應配筋;

取其梁上中部配筋信息;如有，更新已識別的但沒有設置配筋信息的梁相應配筋;

如無梁上中部配筋信息，取其梁上左部配筋信息(如無，待以后更新)，根據支座更新此跨的前跨梁右上部配筋信息;更新已識別的但沒有設置配筋信息的梁相應配筋;

如無梁上中部配筋信息，取其梁上右部配筋信息(如無，待以后更新);更新已識別的但沒有設置配筋信息的梁相應配筋;

取其本跨箍筋配筋信息;更新已識別的但沒有設置配筋信息的梁相應配筋;

11)創建3D梁數據、與2D墻體圖元對應數據結構、約束部件數據結構并填寫有關數據;

12)如有次梁與此跨梁相交，從集合B和Bj判斷并確定與此跨梁相交的次梁端點坐標，以便以后待此次梁識別時更新之間的約束關系;

13)J1≤J2，J2≤J2后續軸線符號;如果 J2≤Jmax，轉 9);

14)集中標注梁跨度有“A”或“B”標識時，從集合A中取出其Y值大于Jmax軸線Y值的梁實體圖元，識別過程同8);

15)I≤I后續軸線符號;如果I≤Imax，轉4);

16)垂直方向梁識別類同2)～15)步驟;

17)類似于12)～16)步驟識別井字梁;

18)按水平、垂直方向識別不在軸線上但在兩軸線之間的梁;

19)按水平、垂直方向識別小于或大于水平軸線、垂直軸線的沒被識別的梁。

說明:1)梁截面標注法識別方法類似于梁平面表達法識別算法，不同之處在于提出梁配筋信息時先提出截面配筋圖的索引號，再根據索引號尋找本張圖紙中的截面配筋詳圖，依據截面配筋詳圖獲取配筋信息。識別配筋詳圖時，應該設置識別區域即“靶區”;2)圈梁的識別比梁識別簡單，但必須區分出圈梁之間的構造關系。

3 結論與討論

建筑構配件種類繁多，信息量巨大而且多次冗余。二維所表達的構配件三視圖關聯度不是很高，需要語義理解。一個成熟的算法必須建立在相應的數據結構之上。描述表達能夠反映建筑構配件內在屬性而且便于按工程量清單計價的計量規則計算工程量時提取數據的數據結構，實非易事。本文核心內容就是探索其數據結構，在此基礎上對有關算法作簡單的描述，數據結構及其算法有待進一步的探索和優化。

以上論述的數據結構，在構成構配件之間的約束關系時算法比較復雜，也是難題。因此，作者認為建立統一的中間數據結構標準，將給社會帶來無限的益處，任重道遠，需要大家共同努力。

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