BIM技術在預制T梁鋼筋設計優化中的應用

陳剛

作者簡介：

陳 剛（1974—），高級工程師，主要從事高速公路及鐵路建設項目工程管理工作。

摘要：路橋工程中預制T梁施工工藝現已非常成熟，但T梁的二維設計圖紙未考慮具體施工過程中鋼筋與鋼筋、鋼筋與波紋管之間的干擾問題，由此給T梁施工帶來了諸多不便。而且鋼筋安裝過程中往往存在工人為了方便施工擅自減少鋼筋、切斷鋼筋或是波紋管位置安裝不準確等問題。為解決這些問題，文章采用BIM技術對T梁設計進行優化，根據設計圖紙采用Reivt軟件對預制T梁、鋼筋及波紋管進行三維建模，在Navisworks軟件中進行碰撞檢查，根據碰撞檢查結果對預制T梁鋼筋進行調整，并得出調整后的鋼筋設計圖紙。優化后的設計圖紙能顯著減少施工過程中的鋼筋安裝問題。

關鍵詞：預制T梁;鋼筋;波紋;三維建模;碰撞檢查;優化

中國分類號：U445.47+2A301123

0 引言

BIM技術目前在國內推廣已有十余年，其應用價值已經得到了廣泛的認可，尤其是在房建工程領域的應用已經比較成熟，在三維圖紙會審、碰撞檢查、管綜優化方面已形成可復制推廣的成熟應用。但是在路橋施工領域，BIM技術的探索及應用才剛起步，目前雖然已有許多單位開始在路橋領域開展BIM技術應用研究，但大多數未涉及工程項目的一項重要組成構件，即鋼筋。由于二維圖紙對鋼筋的空間關系表達并不準確，在實際施工中往往出現鋼筋打架、無法繼續安裝等問題。而采用BIM技術對鋼筋進行三維建模優化、試安裝、碰撞檢查，將大大降低鋼筋安裝過程中的難度，對提高工程建設項目工作效率、節約施工成本、降低經濟風險等都將起到積極作用。

1 工程概況

劍河至榕江高速公路14標段起訖樁號為K101+150～K109+889，全長8.74 km。本項目共有橋梁5座/2 206.5 m，預制T梁550片。其中30 m T梁385片、40 m T梁165片。本文以30 m標準T梁為例，采用Revit軟件對T梁混凝土、鋼筋、波紋管進行精細化三維建模，采用Navisworks軟件對模型進行碰撞檢測，最后得出優化調整后的施工圖。

2 三維建模

2.1 T梁三維建模

本項目共有6種形式的標準T梁，分別是：設80伸縮縫中梁、設80伸縮縫邊梁、設160伸縮縫中梁、設160伸縮縫邊梁、中跨中梁以及中跨邊梁。本次設計優化選用30 m標準中跨中梁進行建模，建模之前需要仔細審讀施工圖，理解圖中的混凝土結構幾何尺寸、預應力鋼束布置以及普通鋼筋布置信息。T梁三維模型的結構尺寸按圖紙設計尺寸1∶1進行建模。T梁半立面尺寸如圖1所示。

在Revit軟件中采用公制結構框架族模板進行建模，通過拉伸、放樣、融合等命令分別建出T梁的肋板、翼板、橫隔板、齒塊等構件，通過連接命令將這些構件組合成一個整體。建好后的T梁混凝土三維模型如圖2所示。

2.2 鋼筋、波紋管建模

鋼筋建模之前首先將T梁族模型載入項目文件中，在項目文件中建立結構鋼筋。嚴格按照設計圖紙中給定的鋼筋編號、形狀、直徑、尺寸、間距及位置等信息進行鋼筋建模。在設置好保護層厚度后，等截面處的鋼筋可通過鋼筋集的方式直接創建，無須再進行手動調整。需要注意的是部分變截面處的鋼筋繪制出來后需要進行手動調整，如梁肋變截面處馬蹄筋、負彎矩齒板箍筋等。T梁整體鋼筋模型如圖3所示。

波紋管建模采用公制體量族模板。首先根據T梁預應力鋼束布置圖求出每一根波紋管相對于T梁中心的x、y、z坐標（坐標原點取T梁肋板底面中心處，梁長方向每1 m設一個點），將坐標制成Excel表格。再利用Dynamo插件讀取表格數據，采用樣條曲線連接各點，在族文件中生成波紋管的中心線，該中心線為波紋管設計中心線擬合的樣條曲線。然后設置垂直于波紋管中心線的工作平面，在工作平面上以波紋管外徑為直徑繪制圓形放樣輪廓，利用生成的形狀命令生成該波紋管的三維模型。最后將波紋管族文件載入項目文件中，插入點為項目文件中的T梁底面中心點。由此得到波紋管位置準確的T梁三維模型。如圖4所示。

3 碰撞檢查、調整

3.1 碰撞檢查

在Navisworks軟件中進行碰撞檢查，并將全部T梁、鋼筋、波紋管模型導入Navisworks軟件中。在進行碰撞檢查之前應首先設置好碰撞檢查規則（本文只討論鋼筋與波紋管間的碰撞）：碰撞類型設置為“硬碰撞（保守）”，公差設置為0.01 m，其依據為波紋管在梁高方向的安裝誤差為±10 mm，因此10 mm以內的碰撞可以通過改變波紋管位置來調整，而這種變動在規范要求的誤差容許范圍內，故不作考慮。

運行碰撞檢查后的結果顯示波紋管與鋼筋總的碰撞點合計有209處，其中波紋管N1與鋼筋碰撞點49處，波紋管N2與鋼筋碰撞點35處，波紋管N3與鋼筋碰撞點27處，波紋管-N1與鋼筋碰撞點41處，波紋管-N2與鋼筋碰撞點57處。

3.2 鋼筋調整

根據碰撞檢查結果可將這些碰撞分成兩大類：（1）適當調整鋼筋位置即可避免的碰撞;（2）適當調整位置也無法避免，只能通過改變鋼筋形狀來避免的碰撞。

第一類碰撞主要是直線形鋼筋與波紋管的碰撞，如橫隔板直線筋、梁肋勾筋等，這類碰撞可按照設計圖紙中的說明在鋼筋安裝過程中適當挪動鋼筋的位置以避免，因此在模型中作適當的移動即可避免碰撞。

第二類碰撞主要是發生在馬蹄筋、梁肋箍筋、齒板箍筋等閉合形狀的鋼筋中。此類型鋼筋即使挪動位置也無法有效地避免與波紋管的沖突，因此要調整鋼筋形狀。如該鋼筋為梁肋7號筋，鋼筋直徑為12 mm，該鋼筋一共有28根與波紋管產生碰撞。調整方式為將兩側的斜線段鋼筋的角度減小到可以從波紋管下方穿過以避免碰撞，其調整后的三維模型如圖5所示。

其余鋼筋與波紋管的碰撞均可按上述的兩種方式進行調整。將全部的碰撞調整完畢后再對鋼筋和波紋管進行碰撞檢查，檢查后的結果顯示碰撞點數量為0。

4 出圖

在所有的碰撞點校核調整完畢后即可對調整后的鋼筋重新出施工圖。對于第一類只需適當移動位置的鋼筋可在施工過程中適當調整，鋼筋形狀并不發生變化，無須再另出施工圖。本次只對第二類需要改變鋼筋形狀來避免碰撞的鋼筋出優化后的施工圖。利用Revit軟件的出圖功能，在模型中存在變更的鋼筋處作相應的剖面，設置適當的剖面視圖比例，在剖面中對各鋼筋的型號及細部尺寸進行標注，在立面圖中對鋼筋位置及間距進行標注，然后將各視圖添加到圖紙中，最后添加文字說明。

5 結語

傳統的二維圖紙設計方式在表達預制T梁鋼筋與波紋管、鋼筋自身之間的關系上往往在存在局限，如未考慮鋼筋的直徑及彎曲半徑對鋼筋位置產生的影響、未考慮波紋管與鋼筋的沖突等，在圖紙會審階段也往往未考慮這些沖突帶來的影響。利用BIM技術在Revit軟件中將混凝土、鋼筋及波紋管等集成在一起，以三維可視化的方式將其空間關系表達清楚，再利用Navisworks軟件的碰撞校核功能對產生沖突的構件進行檢測，最后進行優化調整。此項應用為路橋結構工程領域圖紙會審及設計優化提供了一種新思路及新方法，在施工過程中能大大減少返工、提高工程質量、節約工期，最終帶來的是項目經濟效益的提升。

參考文獻：

[1]曾紹武，張學鋼.BIM技術在預制T梁施工中的應用[J].施工技術，2017（6）：46-49.

[2]張為和.基于BIM的夜郎河雙線特大橋施工應用方案研究[J].鐵道標準設計，2015（3）：82-86.

[3]王 [HTXH1]珺，張人友.BIM三維與四維建模實例[J].工業建筑，2012，42（7）：179-182.

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