基于Restation的海上風電機組基礎鋼筋3D可視化應用

文 | 閭澤洋

Restation是華東勘測設計研究院有限公司基于Microstation開發的三維配筋軟件，一般用于大型水電項目的配筋設計，具有直觀方便的優點。本文以某海上風電工程的高樁承臺為例，討論Restation在風電機組基礎鋼筋3D可視化中的應用。

工程簡介

該海上風電工程場址位于上海市南匯區海域，北距南匯嘴岸線約5km。其中26臺風電機組單機容量為3.6MW。風電機組基礎采用高樁混凝土承臺群樁方案，混凝土承臺頂面高程5.0m，底面高程0.5m，承臺底面設置封底混凝土。承臺分為上下兩部分，下部圓柱體，上部為圓臺體。混凝土承臺采用現場澆筑的高性能鋼筋混凝土結構。每個承臺下設置8根鋼管樁，鋼管樁采用斜樁，在承臺底部均勻布置。風電機組塔筒的過渡段埋入承臺，并通過連接件與鋼管樁焊接固定。在承臺的側面布置有靠船、防撞設施，承臺上方設置了鋼結構平臺，如圖1所示。

運用Restation實現風電機組基礎鋼筋3D可視化的流程

一、對風電機組基礎模型進行分析并構造配筋體

首先要有選擇地忽略次要幾何特征，構造配筋體。風電機組基礎的側面有很多預埋件，需要在風電機組基礎挖除，破壞了風電機組基礎側表面的完整性和規則性，并形成了許多零碎的面，不利于Restation識別配筋面。對于鋼管樁伸入承臺部分，由于Restation可以識別開孔的底面，在開孔處截斷并自動實現鋼筋錨固，就可以不忽略，只需要預先挖除這部分。

海上風電機組基礎并不是單純的混凝土結構，其中包含塔筒過渡段、連接件、鋼管樁等鋼結構。這些鋼結構使砼承臺形成了更多的混凝土內部表面，為實現混凝土與鋼結構的共同作用，在這些混凝土內部表面也需要配筋。具體的方法是構造以鋼結構表面為邊界的配筋體。如圖2所示，藍色為連接件，綠色為連接件的內表面構造的配筋體。

對于只有一個面上有約束的，可以通過提取面調整面的尺寸，用面增厚為體的方法構造配筋體。如圖3所示，藍色為連接件，綠色為通過提取連接件外表面并構造的配筋體。

圖1 高樁承臺3D模型

圖2 構造配筋體（a）

構造配筋體（b）

對于鋼管樁樁周的鋼筋，開孔的內表面是以橢圓為母線形成的面，不是Restation容易識別的圓柱面，經過試驗后，最終采用了構造圓柱形配筋體的方法。如圖3所示兩個圓柱形灰色配筋體。

二、運用Restation實現基礎配筋與鋼筋組局部修改

運用Restation實現基礎配筋比較關鍵的是確定配筋路徑。比較常用的是按坐標系和按邊配筋。坐標系通常為直角坐標系，僅適合規則形狀的配筋面，對風電機組承臺而言，可以用在承臺側表面的圓柱面、圓錐面和承臺頂面，也可以用在構造出來的圓柱體和長方體上。按邊配筋可以用在有圓弧的配筋面，適用范圍比按坐標系配筋更廣。其他方式如按線配筋用得較少，對于底面鋼筋，由于采用三向配筋，即鋼筋間隔60°布置，并不適用按坐標系配筋，也沒有半徑可以作為邊識別，需要先構造輔助線。

Restation對于同一（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種鋼筋需要運用APM復制的方法。如圖4所示，首先生成紅色鋼筋，再運用APM復制，然后旋轉并截短得到紫色鋼筋。

風電機組基礎承臺中的架立鋼筋，不是表面鋼筋，經試驗發現也不能通過修改拉筋方法得到，最終使用自定義的方法：先按畫一組smartline，再將smartline定義為鋼筋組。這種方法借助MicroStation平臺的精確繪圖功能，實際操作并不繁瑣。如圖5、圖6所示。

對于Restation配筋后的成果有時需要進行局部的修改，如相鄰面的鋼筋合并，鋼筋錨固方向的調整等。如圖7所示，該圖為頂視圖，圖中藍色線條為塔筒的過渡段及法蘭，綠色線條表示構造的圓柱形配筋體，紅色線條為基礎環外鋼筋（穿過法蘭孔），通過鋼筋組旋轉實現鋼筋位置與法蘭孔位置精確重合；通過調整鋼筋錨固方向，實現鋼筋徑向向外錨固。

三、與AutoCAD二維鋼筋圖表達效果比較

常用的AutoCAD二維鋼筋圖制圖與讀圖是分開的，先由設計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則在平面上表現出來；再由施工人員用相反的過程將平面圖配筋轉化為空間配筋。Restation軟件借助Microstation的平臺，將設計師的空間鋼筋布置要求直接以三維空間的方式展示出來；只在需要時，用Microstation切圖工具實現從三維空間到二維平面的轉換。

圖4 鋼筋APM復制、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，減少了復雜的人工轉化過程，可以直觀地看到配筋的效果。比如連接件內側的鋼筋布置，在使用AutoCAD制圖、讀圖時均是難點，只有很小的幅面，表達的內容卻很多，制圖時經常會混淆，讀圖時AutoCAD二維鋼筋圖需要有經驗的工程師進行講解（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，與實際施工的效果（圖10）更相近。

圖8 連接件附近鋼筋AutoCAD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

設計人員在建好三維配筋模型后，能實現與其他構件的碰撞檢查，并可用于指導施工放樣，減少現場的鋼筋調整或切割。比如過渡段內Z形鋼筋所受閥坑和集水坑影響，在AutoCAD二維制圖時，在剖面圖中被忽略掉了（實際上也難以準確表達出來），而在Restation三維配筋時很容易發現這個小問題，并將有關鋼筋截斷（閥坑和集水坑下表面另配有鋼筋，所以這里選擇截斷鋼筋而不是調整幾根受影響的鋼筋的局部尺寸），如圖11所示。圖12為現場Z形鋼筋實際照片，可以作為鋼筋3D可視化對施工指導意義的旁證。

圖11 配筋的碰撞檢查（a）

圖12 配筋的碰撞檢查（b）

當然，Restation風電機組基礎鋼筋3D可視化效果與AutoCAD二維鋼筋圖表達效果相比也有某種程度的不足，由于軟件功能的限制，非規則的配筋面配筋有時會失敗，部分鋼筋的空間表達需要變通處理。如圖9中矩形封閉鋼筋，是通過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，不能表達鋼筋伸出交點200mm的效果（圖10）。這樣的錨固要求顯然在AutoCAD中可以清楚標示（圖8）。

結語

（1）運用Restation軟件，通過合理構造配筋體，選用合適的配筋方法并對鋼筋（組）修改，可以有效地實現風電機組基礎鋼筋3D可視化。

（2）風電機組基礎鋼筋3D可視化直接以三維空間的方式展示配筋成果，直觀方便，減少了人工思維轉化的工作量，并能實現部件間的碰撞檢查，對施工具有更好的指導意義，相對于AutoCAD二維鋼筋圖表達效果有明顯的優勢。

（3）受Restation軟件功能的限制，部分鋼筋3D可視化效果與設計意圖仍有差別，實際使用中應當注意并避免由此帶來的不良影響。

（4）混凝土結構配筋的三維設計取代二維設計是大勢所趨，在顯示技術和手段進步的背景下，對于工程設計的表達有必要突破“紙”的概念，借助計算機或其他設備（比如全息投影），發揮出鋼筋3D可視化的優點。

（5）海上風電機組基礎的Restation 3D可視化難度略高于陸上風電機組基礎。本文所提到的方法和技巧也可以在陸上風電機組基礎及箱變基礎上獲得實質性的應用，并形成標準化模板，進一步提高效率。