裝配式墻板BIM模型鋼筋自動生成程序的開發(fā)

施丁平 孫 豐

(上海浦東建筑設(shè)計研究院有限公司，上海 201204)

1 概述

裝配式建筑與現(xiàn)澆式建筑在技術(shù)環(huán)節(jié)上有著很大的不同，即裝配式建筑除了傳統(tǒng)的設(shè)計與施工環(huán)節(jié)外，還有制造環(huán)節(jié)[1]。正因為如此，裝配式建筑對于構(gòu)件的加工精度、加工準確性有著很高的要求，才能保證后期的正常施工與安裝[2]。

當(dāng)前，在我國的裝配式建筑市場，構(gòu)件的設(shè)計錯誤、加工錯誤、加工的精準度等問題，確實在干擾著我國裝配式的推廣。因此，在構(gòu)件進場前，如何保證每個構(gòu)件都是精準的，是我國裝配式建筑發(fā)展必須解決的問題[3]。

隨著BIM技術(shù)在工程領(lǐng)域應(yīng)用的逐漸深入，將BIM技術(shù)與裝配式結(jié)合，將BIM技術(shù)的信息化與裝配式的制造進行結(jié)合，無疑將為裝配式制造的準確性提供有力的抓手。BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式的制造，一是在設(shè)計或深化設(shè)計階段，保證構(gòu)件的準確性[4]，二是在構(gòu)件制造的過程中，保證制作的準確性[5]。

因此，將當(dāng)前的裝配式建筑的各個構(gòu)件BIM化，建立各個構(gòu)件的BIM模型，為后期的制作加工提供數(shù)據(jù)，加工廠可以直接從BIM模型提取加工數(shù)據(jù)，從而有效保障模型制作的準確性，并可在設(shè)計階段檢查裝配式構(gòu)件的連接是否正確，保證施工的順利完成[6]。

將BIM技術(shù)應(yīng)用于裝配式建筑的基礎(chǔ)，是準確的BIM模型。只有快速、準確地建立裝配式建筑的BIM模型，才能真正實現(xiàn)裝配式建筑的信息化加工制造[7]。

但是，裝配式建筑的BIM模型非常復(fù)雜，特別是其中的鋼筋模型，如果采用手工建模，不僅工作量大，時間長，而且位置難以精確。因此迫切需要開發(fā)一套能夠自動建立裝配式墻板鋼筋BIM模型的程序，實現(xiàn)設(shè)計人員只需輸入鋼筋的參數(shù)，即可自動建立該墻板鋼筋的BIM模型，從而大大提高裝配式墻板的建模速度[8,9]。

2 程序功能

本文基于Revit API的二次開發(fā)接口，對Revit軟件進行二次開發(fā)，實現(xiàn)了梁縱筋、梁箍筋和拉筋、窗下墻鋼筋、構(gòu)造柱縱筋、構(gòu)造柱箍筋、構(gòu)造柱拉筋、套筒進行自動建模。

3 程序架構(gòu)

整個程序主要包含三部分：族類型的選擇、鋼筋與套筒的建模。其中族類型選擇是進行墻板的形狀的建模與參數(shù)的讀取與保存，鋼筋部分是進行各種鋼筋的實體建模，套筒是進行套筒的建模。

程序的架構(gòu)如圖1所示。

4 鋼筋實體建模

在裝配式墻板的BIM建模中，實體鋼筋的建模是最主要的部分，也是最復(fù)雜的內(nèi)容。

裝配式墻板主要包括梁鋼筋、窗下墻鋼筋、構(gòu)造柱鋼筋。各個鋼筋按其形狀又可分為縱筋、箍筋、拉筋。各種鋼筋形狀均可使用Revit API中的鋼筋建模命令完成建模。

Revit API中的鋼筋建模有三種命令，分別為：CreateFromRebarShape,CreateFromCurve和CreateFromCurvesAndShape。其中CreateFromRebarShape是依據(jù)鋼筋形狀進行建模，即Revit中已有該鋼筋的形狀，則直接調(diào)用該鋼筋形狀即可進行建模。CreateFromCurve是依據(jù)路徑曲線進行鋼筋建模。CreateFromCurvesAndShape的功能與CreateFromCurve功能幾乎相同，僅僅是CreateFromCurvesAndShape在建立鋼筋時，如果在文檔中沒有該鋼筋形狀時，則可以建立鋼筋形狀。

在本程序中，對于縱筋采用CreateFromCurves建模，對于箍筋、拉筋則使用CreateFromRebarShape進行鋼筋的實體建模。

使用CreateFromRebarShape進行鋼筋建模，需要使用如下的四個函數(shù)，即首先使用CreateFromRebarShape建立鋼筋，然后使用ScaleToBox設(shè)定鋼筋所在的區(qū)域，再使用get_Parameter獲得鋼筋的各個參數(shù)，最后使用Parameter.Set命令設(shè)定鋼筋的參數(shù)，CreateFromRebarShape建模流程如圖2所示。

使用CreateFromCurves建模則需計算鋼筋的起點和中心，由此組成線段，然后將該線段加入曲線Curves集合，最后使用CreateFromCurves命令建立鋼筋。由于Curves是一個集合，因此可以放置多根線段，而且線段可以是直線，也可以為曲線，因此可以生成各種形狀的鋼筋，CreateFromCurves建模流程見圖3。

構(gòu)造柱縱筋、梁的縱筋CreateFromCurves建模是比較方便的，二者的建模方法基本相同。因此下文僅以構(gòu)造柱縱筋為例，論述其建模方法。對于構(gòu)造柱縱筋，由于其包含正反兩面，因此可以分為兩次建模。對于每個面，程序首先計算鋼筋的總數(shù)，然后對每根鋼筋進行遍歷循環(huán)，每根單獨創(chuàng)建。

對于每一根鋼筋，由于其位于三維空間內(nèi)，所以需要確定三個方向的位置，即高度方向、墻板厚度方向、墻板水平縱向。在墻板厚度方向，根據(jù)墻板的厚度方向的保護層厚度，確定鋼筋在厚度方向的位置。在高度方向，則需根據(jù)高度方向的保護層厚度、鋼筋是否有套筒、鋼筋上部是否伸出，計算高度方向的鋼筋的起點和終點的位置。而在水平縱向位置，則需考慮水平縱向的保護層厚度、各個鋼筋的間距，分別計算每根鋼筋在水平縱向的位置；流程見圖4。

拉筋與箍筋的布置方法基本相同，即分別計算拉筋的起始與終點的位置，然后調(diào)用CreateFromRebarShape命令，進行鋼筋的建模，但與縱筋不同，拉筋和箍筋需要根據(jù)布置距離，計算器間距，從而設(shè)置鋼筋的布置參數(shù)，即Revit中鋼筋的布置規(guī)則，其流程見圖5。

5 程序的實現(xiàn)與應(yīng)用

根據(jù)程序的設(shè)計框架，本文開發(fā)了裝配式墻板BIM模型各個組成部分的鋼筋BIM模型自動生成程序，只需輸入各個部分的鋼筋根數(shù)、直徑、間距等參數(shù)，程序即可實現(xiàn)墻板中縱筋、箍筋、拉筋BIM模型的建立。本文編程工具采用Visual Studio 2017，編程語言為C#。

以拉筋為例，由于拉筋在墻板中是包含多列的，因此程序首先根據(jù)墻板的寬度，計算拉筋的列數(shù)，然后對每一列拉筋，計算該列鋼筋的起始位置，并計算包裹該列鋼筋的長方體的位置，即該列鋼筋在墻板中的三維空間中所占的位置，計算時，需要考慮保護層厚度，最后設(shè)置鋼筋的布置規(guī)則為“間距數(shù)量”，該參數(shù)在Revit API中值為3，設(shè)置鋼筋的數(shù)量與間距，即可生成拉筋，其代碼如下：

int hN=(int)(UT.Foot2mm(wallPro.dc1B/cxlsh))-1;

//計算鋼筋數(shù)量

double temp= (wallPro.ctH1 - UT.mm2Foot(2*c)-UT.mm2Foot(cxhd*2))/UT.mm2Foot(cxlsv);//計算鋼筋間距

int vN = (int)temp+1;

XYZ xVec = XYZ.BasisX;

XYZ yVec = XYZ.BasisY;

//對所有鋼筋進行循環(huán)建立

for (int i = 0; i < hN; i++)

{

//計算鋼筋起始位置

XYZ original = new XYZ(wallPro.location.X +wallPro .aB-UT .mm2Foot(cxvd+cxld)+(i+1) * UT .mm2Foot(cxlsh),

wallPro.location.Y - 0.5 * wallPro.qb + UT.mm2Foot(c),

wallPro.z + UT.mm2Foot(c));

//建立鋼筋

Rebar cxlj = Rebar.CreateFromRebarShape(doc, cxlShape36 , cxlType, m_column, original, xVec, yVec);

//設(shè)置包括鋼筋的長方體的區(qū)域

cxlj.ScaleToBox(original, new XYZ(0, wallPro.qb - UT.mm2Foot(c) * 2, 0), new XYZ(1, 0, 0));

Parameter cxljlRLayout = cxlj.get_Parameter(BuiltInParameter.REBAR_ELEM_LAYOUT_RULE);

cxljlRLayout.Set(3);//設(shè)置鋼筋布置規(guī)則

Parameter cxljNum = cxlj.get_Parameter(BuiltInParameter.REBAR_ELEM_QUANTITY_OF_BARS);

cxljNum.Set(vN ); //設(shè)置鋼筋數(shù)量

Parameter cxljSpan = cxlj.get_Parameter(BuiltInParameter.REBAR_ELEM_BAR_SPACING);

cxljSpan.Set(UT.mm2Foot(cxlsv)); //設(shè)置鋼筋間距

}

程序界面見圖6。

針對上海市浦東新區(qū)某裝配式保障房的裝配深化圖紙，本文使用本程序進行了裝配式墻板的鋼筋建模，成功實現(xiàn)了該項目的墻板鋼筋模型自動生成，其中的雙洞口外墻墻板的鋼筋BIM模型效果見圖7。

6 結(jié)語

本文研究了自動生成裝配式墻板鋼筋BIM模型的程序開發(fā)方法，為快速生成裝配式墻板鋼筋模型提出了有效解決途徑，實現(xiàn)了如下功能：

1)研究了Revit API中各種鋼筋的生成方法，提出了各種鋼筋生成的程序架構(gòu)。

2)實現(xiàn)了裝配式墻板中縱筋、拉筋、箍筋等的BIM模型自動生成，可根據(jù)鋼筋參數(shù)，自動生成墻板縱筋。

3)使用本文程序?qū)ρb配式保障房的墻板進行了鋼筋的BIM模型自動生成，驗證了本文方法的可行性。