三維配筋技術(shù)在界牌樞紐中的應(yīng)用

李彧瑋，張海麗，衛(wèi) 慧，滕 彥，楊新軍

（1.上?？睖y(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海 200434；2.長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，湖北，武漢 430010）

0 引言

對(duì)于水利工程項(xiàng)目來(lái)說(shuō)，水工建筑物是工程的核心設(shè)計(jì)內(nèi)容之一。進(jìn)入施工圖設(shè)計(jì)階段后，除需對(duì)可研與初設(shè)的建筑物結(jié)構(gòu)圖進(jìn)行改進(jìn)和深化外，還需進(jìn)行鋼筋圖的繪制。對(duì)于規(guī)則的框架結(jié)構(gòu)，如副廠房上部結(jié)構(gòu)、啟閉機(jī)排架等來(lái)說(shuō)，利用PKPM結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件及平法出圖可以化繁為簡(jiǎn)，大幅提高設(shè)計(jì)效率。然而，水工建筑物主要還是由異形構(gòu)件組成，體形復(fù)雜多變，如水閘墩墻、底板、泵站流道等，這些結(jié)構(gòu)的鋼筋布置情況很難利用有限的參數(shù)來(lái)描述，仍需采用傳統(tǒng)的鋼筋圖進(jìn)行表達(dá)：設(shè)計(jì)人員需在大腦中構(gòu)思結(jié)構(gòu)的真實(shí)樣子，再在二維圖紙上依次繪制結(jié)構(gòu)輪廓線、點(diǎn)鋼筋、線鋼筋、并對(duì)不同型號(hào)的鋼筋依次進(jìn)行標(biāo)注，最后再一一對(duì)應(yīng)編制鋼筋表，這不僅占用設(shè)計(jì)人員大量的時(shí)間和精力,且圖紙常常由于人為疏忽出現(xiàn)錯(cuò)誤[1-2]。

隨著水利行業(yè)BIM應(yīng)用技術(shù)的不斷推進(jìn)，水工建筑物已經(jīng)能較好的實(shí)現(xiàn)三維設(shè)計(jì)，利用結(jié)構(gòu)模型開(kāi)展三維配筋，不僅能提高出圖效率、保證配筋的規(guī)范性和準(zhǔn)確性，更能把設(shè)計(jì)人員從繁瑣的制圖工作中解放出來(lái)，使其更多地投入到結(jié)構(gòu)布置的優(yōu)化當(dāng)中，對(duì)于工程整體設(shè)計(jì)質(zhì)量的提高有重要意義。本文以界牌樞紐節(jié)制閘為例，在節(jié)制閘三維模型的基礎(chǔ)上引入三維配筋系統(tǒng)VISUALFL，通過(guò)三維可視化配筋以及鋼筋智能抽圖快速準(zhǔn)確地繪制鋼筋圖，大幅提高了鋼筋圖的出圖效率，可為其他類(lèi)似工程提供參考。

1 工程概況

界牌水利樞紐為太湖流域北排長(zhǎng)江的骨干防洪工程——新孟河延伸拓浚工程最大的配套樞紐工程，是整個(gè)河道延伸托浚工程的北大門(mén)，工程由一座總裝機(jī)300 m3/s的雙向泵站、一座VI級(jí)船閘以及一座閘孔總凈寬80 m的節(jié)制閘組成。其中，節(jié)制閘采用塢式整體結(jié)構(gòu)，兩側(cè)邊孔采用兩孔一聯(lián)，共2聯(lián)，中孔采用一孔一聯(lián)，共1聯(lián)。節(jié)制閘共5孔，閘孔凈寬均為16 m，閘孔總凈寬80 m。兩側(cè)兩孔一聯(lián)的底板順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)23 m，垂直水流向?qū)?6.2 m，底板頂面高程-3.0 m，閘墩內(nèi)河側(cè)頂高程為7.5 m、外河側(cè)頂高程10.10 m；中間一孔一聯(lián)除底板垂直水流向?qū)挒?8.4 m外，其余尺寸、高程均與兩孔一聯(lián)相同。詳見(jiàn)圖1。

圖1 界牌樞紐節(jié)制閘邊孔軸側(cè)圖及剖視圖（單位：m）

2 三維配筋系統(tǒng)及原理介紹

2.1 三維配筋系統(tǒng)

VISUALFL是基于三維結(jié)構(gòu)模型的自動(dòng)配筋出圖系統(tǒng)，其優(yōu)點(diǎn)包括：可導(dǎo)入當(dāng)前主流平臺(tái)創(chuàng)建的三維結(jié)構(gòu)模型，兼容性強(qiáng)。同時(shí)能在系統(tǒng)內(nèi)對(duì)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行編輯修改，避免模型重復(fù)導(dǎo)入。②采用參數(shù)化及可視化配筋技術(shù)，可準(zhǔn)確快速地批量生成鋼筋組及其子鋼筋。鋼筋編輯修改方便快捷，鋼筋形式、編號(hào)實(shí)時(shí)更新。③通過(guò)鋼筋形式計(jì)算，自動(dòng)對(duì)鋼筋進(jìn)行分組和編號(hào)統(tǒng)計(jì)，據(jù)此輸出鋼筋表和材料表。④結(jié)合AUTOCAD出圖插件，通過(guò)智能抽圖一鍵輸出帶鋼筋標(biāo)注的二維鋼筋布置圖。

2.2 三維配筋原理

對(duì)于水工大體積混凝土結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，混凝土的抗壓能力較強(qiáng)但抗拉能力較弱，因此需要在混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)預(yù)留一定保護(hù)層厚度，沿結(jié)構(gòu)表面的縱橫兩個(gè)方向分別布置受拉鋼筋和構(gòu)造鋼筋，并在必要時(shí)配以其他功能的鋼筋，如插筋、加強(qiáng)筋等。三維配筋在水工三維結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，通過(guò)縱橫方向兩個(gè)簇面剖切模型，切出的線為原始鋼筋線，鋼筋線貼結(jié)構(gòu)表面，通過(guò)指定鋼筋線的鋼筋等級(jí)、直徑、保護(hù)層厚度、間距、錨固及彎折等參數(shù)可批量創(chuàng)建鋼筋模型[3-4]。

3 三維配筋過(guò)程

3.1 三維配筋基本流程

采用三維配筋系統(tǒng)VISUALFL，結(jié)合界牌樞紐節(jié)制閘邊孔模型進(jìn)行配筋應(yīng)用，基本工作流程如圖2所示。

圖2 VISUALFL三維配筋系統(tǒng)基本流程

3.2 模型預(yù)處理及檢查

在開(kāi)展三維配筋前，應(yīng)將模型中的工作及檢修門(mén)底檻和門(mén)槽處的二期混凝土按布爾運(yùn)算扣減，以便于配筋時(shí)鋼筋在二期混凝土處自動(dòng)斷開(kāi)彎折。此外，應(yīng)仔細(xì)對(duì)模型進(jìn)行檢查，確保各結(jié)構(gòu)尺寸的正確以及各結(jié)構(gòu)面的平整。

3.3 定義止水及模型分塊

將模型導(dǎo)入VISUALFL配筋系統(tǒng)后，通過(guò)偏移結(jié)構(gòu)邊線的方法定義節(jié)制閘邊孔的水平和垂直止水，同時(shí)指定鋼筋遇止水的彎折形式、彎折角度、錨固長(zhǎng)度和開(kāi)口高度等參數(shù)。此外，為便于配筋管理，避免重復(fù)配筋，將模型按配筋部位劃分為墩墻、底板、門(mén)槽、牛腿、檢修孔、齒槽、工作和檢修門(mén)底檻等，見(jiàn)圖3。

3.4 設(shè)定配筋參數(shù)

通過(guò)VISUALFL系統(tǒng)內(nèi)的面配筋模塊指定要配筋的結(jié)構(gòu)面，同時(shí)確定控制布筋方向的引導(dǎo)線和約束布筋范圍的起始點(diǎn)；設(shè)定鋼筋等級(jí)、直徑、間距、保護(hù)層厚度、錨固和彎折等參數(shù)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)生成鋼筋模型，并將相鄰?fù)吞?hào)的鋼筋編為鋼筋組，將單根鋼筋按彎折點(diǎn)分為不同鋼筋段。見(jiàn)圖4。

圖3 鋼筋遇止水彎折和模型分塊圖

3.5 鋼筋編輯修改

在配筋完成后，可根據(jù)需要對(duì)鋼筋組和鋼筋段進(jìn)行編輯修改。VISUALFL的鋼筋修改功能十分強(qiáng)大，可對(duì)鋼筋進(jìn)行復(fù)制、旋轉(zhuǎn)、延伸、剪裁、修改錨固長(zhǎng)度和保護(hù)層厚度等。在修改過(guò)程中，可以靈活地組合利用各修改命令，從而使鋼筋滿(mǎn)足要求。修改完成后，可通過(guò)系統(tǒng)的剖切功能檢查結(jié)構(gòu)是否有漏配筋或者重復(fù)配筋的情況。對(duì)于相同類(lèi)型但尺寸不同的鋼筋可進(jìn)行鋼筋歸組合并，減少鋼筋編號(hào)數(shù)量。

3.6 定義剖切平面及抽圖

鋼筋編輯修改完成后，定義剖切平面、投影面、三維軸側(cè)鋼筋圖視角以及要輸出的鋼筋組，同時(shí)指定出圖比例，利用AUTOCAD出圖插件讀取相關(guān)信息并自動(dòng)生成鋼筋圖，鋼筋圖自帶鋼筋標(biāo)注、鋼筋表和材料表。之后，手動(dòng)調(diào)整鋼筋標(biāo)注位置，添加結(jié)構(gòu)尺寸標(biāo)注、高程、圖紙說(shuō)明和圖框等信息成圖，見(jiàn)圖5。

圖4 節(jié)制閘邊孔三維鋼筋圖

圖5 定義剖面及智能抽圖

3.7 應(yīng)用總結(jié)

通過(guò)本次應(yīng)用發(fā)現(xiàn)，三維配筋大大簡(jiǎn)化了配筋流程，提高了配筋效率，但設(shè)計(jì)人員在使用配筋系統(tǒng)時(shí)還應(yīng)注意一些問(wèn)題，現(xiàn)提供幾條建議：

①建模時(shí)一定要保證結(jié)構(gòu)尺寸的正確，這是配筋結(jié)果正確的前提。在將模型導(dǎo)入VISUALFL時(shí)，應(yīng)選擇建模時(shí)采用的尺寸單位。

②配筋前應(yīng)對(duì)結(jié)構(gòu)按配筋部位進(jìn)行系統(tǒng)劃分，這樣既可以避免重復(fù)配筋，也可在配筋完成后根據(jù)配筋部位單獨(dú)顯示和編輯鋼筋。

③配筋前可以先定義好所需的鋼筋樣式，這樣就不需要在每次配筋時(shí)都重復(fù)輸入鋼筋等級(jí)、間距、直徑等參數(shù)，從而提高配筋效率。此外，在配筋時(shí)要注意配筋順序問(wèn)題，對(duì)于水閘、泵站等結(jié)構(gòu)，應(yīng)按照施工順序從下至上依次配筋，避免漏配鋼筋。

④二維出圖時(shí)，若需將多個(gè)結(jié)構(gòu)面上的鋼筋投影到一個(gè)面上顯示，必須在VISUALFL中先定義一個(gè)基準(zhǔn)投影面，再定義其它補(bǔ)充投影面，這樣在平面圖上方可顯示完整的結(jié)構(gòu)線以及其它結(jié)構(gòu)面上的鋼筋。

4 存在不足和建議

相較于傳統(tǒng)的鋼筋出圖方式，三維配筋優(yōu)勢(shì)明顯，但仍然有一些內(nèi)容亟待改善：①在二維出圖時(shí)，若結(jié)構(gòu)剖面上抽出的鋼筋型號(hào)較多，就會(huì)出現(xiàn)鋼筋標(biāo)注扎堆的現(xiàn)象。對(duì)鋼筋標(biāo)注的調(diào)整占用了配筋流程的大部分時(shí)間。因此，建議進(jìn)一步優(yōu)化鋼筋標(biāo)注排列算法，減少手動(dòng)調(diào)整工作量，②對(duì)于一些常規(guī)結(jié)構(gòu)形式，如擋土墻、箱涵等，系統(tǒng)應(yīng)具備全參數(shù)化配筋功能，通過(guò)輸入結(jié)構(gòu)尺寸自動(dòng)生成鋼筋模型，實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)配筋。

5 結(jié)語(yǔ)

三維配筋技術(shù)為設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)可視化、參數(shù)化的配筋平臺(tái)[5]。配筋過(guò)程中，結(jié)構(gòu)模型的信息明確清晰，鋼筋信息又可對(duì)應(yīng)分批、類(lèi)型，參數(shù)化輸入，避免了設(shè)計(jì)人員大量繁瑣重復(fù)的機(jī)械勞動(dòng)。通過(guò)自定義剖面，配筋系統(tǒng)智能抽圖，鋼筋表和材料表自動(dòng)生成，成果準(zhǔn)確、可靠、高效，同樣減輕了校審人員的工作負(fù)擔(dān)。因此，三維配筋技術(shù)具有很好的應(yīng)用推廣價(jià)值。