三維鋼筋出圖技術在水電工程中的應用

文伏靈， 黃志澎， 馮 奕

(中國電建集團成都勘測設計研究院有限公司， 成都 610072)

0 前 言

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

BIM技術的發展為三維鋼筋設計提供了可能。由于水電水利行業的混凝土結構大體積、非標準等特點，建筑行業的三維結構鋼筋軟件難以適用，需要針對性地開發水電工程三維鋼筋設計的工具和軟件。

1 RebarSmart系統方案

RebarSmart鋼筋三維數字化設計系統，是基于國際領先的三維設計軟件平臺CATIA，利用CAA二次開發接口，以面向三維布筋、鋼筋下料施工、數字交付為出發點，從頂層進行系統架構設計，結合大體積混凝土結構的特點，開發了三維布筋、三維校審、快速出圖、鋼筋報表自動統計、模型/圖紙/工程量的關聯更新等功能，以點帶面，逐步研究，打通三維布筋到二維出圖、工程量統計的設計流程，實現設計成果的數字交付，該系統的主要功能模塊如圖1所示。

2 RebarSmart三維鋼筋出圖

2.1 鋼筋設計二維出圖方式

一種方式是在傳統的二維設計軟件上(AutoCAD等)，利用二次開發技術進行繪制工具的定制開發，設計人員通過想象建立三維結構的模型，參考混凝土配筋規范，進行鋼筋布置，需要大量的計算、繪制由設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系統功能示意

另一種方式是在三維軟件基礎上，設計人員完成混凝土結構的建模，利用三維鋼筋設計工具進行鋼筋布置，通過在典型斷面與關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計人員進行過多的干預和抽象化處理，提高了設計效率，但是交付施工藍圖時，現場施工人員仍需要通過空間想象還原設計人員的配筋方案。

2.2 RebarSmart鋼筋設計三維出圖方式

RebarSmart系統以面向三維布筋、鋼筋下料施工、數字交付為出發點，從頂層進行系統架構設計，結合土木水利大體積混凝土結構的特點，實現了“三維布筋、三維校審、自動標注、工程量統計、數字交付”的完整流程，首先設計人員利用三維布筋模塊完成混凝土結構的鋼筋布置，校核人員借助三維校審模塊對鋼筋的布置、鋼筋樣式、鋼筋量進行復核，通過校核后，生成混凝土結構與三維鋼筋模型的三維軸測圖，利用鋼筋出圖模塊，完成三維鋼筋圖標注、鋼筋表生成與工程量統計。

圖2 傳統二維平面鋼筋示意

鋼筋三維圖可準確清晰表達鋼筋設計方案，圖面簡潔，對于需要多個剖面、幾張圖紙才能表達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清楚，且在現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，加快工程進度，如圖3所示。

圖3 三維鋼筋示意

3 工程應用

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

3.1 工程基本情況

該水電站貼坡導墻為右岸布置。導墻為圓弧面結構，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 三維鋼筋設計

RebarSmart系統可通過組合不同布筋命令實現對水工結構的布筋，對于較為復雜或有特殊布筋要求的布筋面，可通過內部組合命令或自定義鋼筋等功能完成鋼筋布置，例如結構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 貼坡導墻三維模型

圖5 RebarSmart三維鋼筋創建

利用RebarSmart系統三維鋼配筋模塊進行配筋設計。選擇需要布置鋼筋的結構面，根據結構計算制定配筋參數，輸入保護層厚度、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鋼筋設計系統的編號管理功能，可實現鋼筋組編號的增、刪、改等功能，并可根據修改鋼筋組編號，實現后續編號自動遞延更新。貼坡導墻結構鋼筋布置完成后，將該結構按照貼坡與導水墻分部位進行編號，如圖7所示。

3.4 鋼筋三維校審

利用RebarSmart鋼筋設計系統，將貼坡導墻結構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構的關鍵部位配筋方案進行檢查，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，抽取貼坡導墻的結構線，創建三維鋼筋軸測圖，對于鋼筋布置較為復雜的導水墻結構單獨生成局部三維鋼筋軸測圖，在工程圖模塊下，利用RebarSmart鋼筋系統的點筋組、線筋組標注功能自動統計該組鋼筋的根數、直徑、間距等信息，完成鋼筋的標注，如圖9所示。

圖9 RebarSmart三維鋼筋標注

利用RebarSmart鋼筋設計系統，追溯并統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表，包含鋼筋型式圖、尺寸標注、鋼筋長度以及長度差值△L等信息，其統計的信息準確，極大地減少了設計人員的統計與校核工作量，如圖10所示。

最終，利用RebarSmart鋼筋設計系統完成的貼坡導墻三維鋼筋圖如圖11所示。

鋼筋表

圖10 RebarSmart鋼筋表在自動統計

圖11 貼坡導墻三維鋼筋示意

3.6 鋼筋三維模型與二維工程圖紙關聯更新

RebarSmart鋼筋設計系統在利用CATIA更新機制的基礎上，解決了三維模型或布筋方案發生修改后二維圖紙無法同步的重大難題。當貼坡導墻三維模型編輯后，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聯更新

4 結 論

本文以某工程貼坡導墻結構為實例，闡述了RebarSmart軟件在實際工程項目中鋼筋圖設計的應用，通過直觀簡便的三維鋼筋布置，極大地簡化了鋼筋設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聯更新機制，解決了配筋方案反復變更后帶來的“改圖、重復統計工程量”的難題。

本文提出了結合傳統二維工程圖，以創新的三維鋼筋圖表達水工結構的配筋方案，該方法圖面簡潔、鋼筋表達清晰，工程量統計準確，無需經過大腦想象重構鋼筋模型，直接指導現場人員進行施工。通過在實際工程設計的成功應用，減少“錯、漏、缺”等錯誤和返工浪費，提高了設計質量和設計效率，縮短了設計周期。