三維配筋在水電站廠房中的應(yīng)用

廖騰耀

(新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000)

在水利水電工程設(shè)計中，特別水電站廠房設(shè)計，由于其涉及專業(yè)多、結(jié)構(gòu)布置復(fù)雜，在進入技施圖設(shè)計階段后，所需繪制鋼筋圖的工作量大。中國建筑科學(xué)研究院開發(fā)的PKPM軟件大幅度提高了水電站廠房上部框架、板、梁等規(guī)則構(gòu)件的出圖效率，已使用多年，是廠房專業(yè)結(jié)構(gòu)設(shè)計人員的必備工具；但對于水電站廠房下部如風(fēng)罩、蝸殼、尾水管等大體積異形結(jié)構(gòu)，采用傳統(tǒng)二維制圖方式繪制鋼筋圖時，設(shè)計人員需先構(gòu)思出結(jié)構(gòu)體的樣子，在二維平面上繪制結(jié)構(gòu)線，再繪制表示鋼筋的圓圈和鋼筋線，添加鋼筋標(biāo)注，依次編號，編制鋼筋表，尋找各個視圖的對應(yīng)關(guān)系，然后再一次次修改，工作量大、過程機械繁瑣、耗時甚多，需要極強的空間想象能力和耐心，且易出錯。對于一個結(jié)構(gòu)設(shè)計師來說，應(yīng)該將主要的精力放在方案布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計上，而我們卻不得已把大量的時間和精力放在了“數(shù)鋼筋、算鋼筋和畫鋼筋”這種機械繁瑣的制圖過程中。Autodesk公司開發(fā)的Revit系列軟件，除可以建立建筑物的三維模型外，也有三維配筋功能，但主要是板、梁、柱等規(guī)則構(gòu)件，對于水工大體積異形結(jié)構(gòu)效果不太理想，需進行二次開發(fā)。在實際生產(chǎn)中如何提高水工大體積異形結(jié)構(gòu)鋼筋圖的質(zhì)量和效率，是一直困擾并急需解決的問題。

1 “水工三維配筋軟件”的特點及適用性

“水工三維配筋軟件”(以下簡稱VisualFL)是為解決上述問題，在三維平臺上開發(fā)的二、三維一體化設(shè)計系統(tǒng)。在軟件操作方面，VisualFL軟件包含“三維配筋軟件bin”和“AutoCAD鋼筋圖插件”兩部分?！叭S配筋軟件bin”的用戶操作界面主要有菜單、工具欄、左側(cè)特征管理樹、右邊圖形區(qū)和最下面命令行和狀態(tài)欄，如圖1所示。它可導(dǎo)入用AutoCAD、Inventor、Revit等軟件生成.sat或.stp格式的三維模型文件。設(shè)計人員通過調(diào)用合適的配筋命令在三維模型上布設(shè)鋼筋，鋼筋的空間布置狀況可在右邊圖形區(qū)檢查瀏覽，配置鋼筋的規(guī)格參數(shù)在下方狀態(tài)欄顯示，配置鋼筋形式和過程可在左側(cè)特征管理樹中管理并可根據(jù)設(shè)計意圖修改鋼筋信息，三維配筋完成后，可根據(jù)工程需要在任意位置定義剖切面同時生成工程圖信息。最后通過“AutoCAD鋼筋圖插件”在AutoCAD中讀取工程圖信息并自動生成“帶標(biāo)注的二維鋼筋圖”和“鋼筋統(tǒng)計表”，經(jīng)設(shè)計人員布局調(diào)整后可形成鋼筋圖，軟件操作界面簡潔，概念清晰，使用方便，易于上手。在設(shè)計理念上，它從通用的三維模型入手，依據(jù)結(jié)構(gòu)體面的幾何布設(shè)鋼筋，非常適合水工建筑物形狀復(fù)雜多變的特點；在視覺上，它采用三維可視化設(shè)計，結(jié)構(gòu)和鋼筋的空間布置一清二楚，有效減少了設(shè)計中拐角、隱蔽部位鋼筋缺、漏、碰等不合理情況，并保證鋼筋詳圖設(shè)計中結(jié)構(gòu)與鋼筋信息的正確性。從而徹底將設(shè)計人員從繁瑣的“數(shù)鋼筋、算鋼筋和畫鋼筋”制圖過程中解脫出來，將主要的精力放在方案布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計上，提高了設(shè)計產(chǎn)品的質(zhì)量和工作效率。

圖1 三維配筋軟件用戶界面

2 “水工三維配筋軟件”在廠房水下大體積異形結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用

以水電站廠房水下結(jié)構(gòu)尾水管擴散段為例，尾水管擴散段過流面為空間曲面，其結(jié)構(gòu)沿水流方向剖切的橫截面尺寸都不同。其結(jié)構(gòu)表面垂直于水流方向的環(huán)向受力鋼筋和順?biāo)鞣较虻姆植间摻钚问骄鶠榍€，并且在實際中各相鄰鋼筋的形式及尺寸均不同，采用傳統(tǒng)二維配筋時，往往需簡化處理，選擇若干典型剖面，通過平面、剖面投影計算鋼筋的長度，這種方式很難準(zhǔn)確、真實地反映出尾水管復(fù)雜多變的鋼筋形式。

VisualFL軟件可以解決以上問題，在三維模型的基礎(chǔ)上，通過“面配筋”命令，選擇尾水管過流面為配筋面，再選擇垂直水流方向任意平面為參考面，最后輸入需要配置鋼筋的規(guī)格，就能布置出垂直于水流方向的環(huán)向受力鋼筋，如圖2所示。

圖2 “面配筋”布置尾水管環(huán)向受力鋼筋

順?biāo)鞣较虻姆植间摻羁梢岳谩颁摻钆浣睢泵钔瓿刹贾?，其原理是利用已布置好的原始鋼筋，?chuàng)建新的分布向鋼筋。選擇已經(jīng)布置好的環(huán)向受力鋼筋，再選擇切線反向與已布置好的原始鋼筋垂直，最后輸入需要配置鋼筋的規(guī)格，就能布置出順?biāo)鞣较虻姆植间摻?，如圖3所示。

圖3 “面配筋”布置尾水管分布鋼筋

通過VisualFL軟件，可快捷、準(zhǔn)確對廠房水下大體積異形結(jié)構(gòu)進行三維配筋，在可視化的三維圖形區(qū)可以檢查鋼筋的空間布置狀況，如圖4所示；最后還能自動生成二維鋼筋圖、統(tǒng)計鋼筋統(tǒng)計表，大大簡化了配筋過程，避免了低層次機械勞動，節(jié)省了人力物力，有效縮短了設(shè)計周期。該軟件已在新疆水利水電勘測設(shè)計研究院推廣使用多年，有效提高了圖紙產(chǎn)品的質(zhì)量和出圖的效率。

圖4 尾水管鋼筋空間布置狀況

3 “水工三維配筋軟件”在實際工程應(yīng)用中的經(jīng)驗

通過近年來對VisualFL軟件的使用，在軟件操作方面總結(jié)出了一些技巧心得，現(xiàn)提出一些注意事項供大家參考。

(1)在配筋前，校、審需提前介入確保導(dǎo)入VisualFL軟件中的模型布置合理，尺寸準(zhǔn)確，避免后期重復(fù)工作。同時需了解各結(jié)構(gòu)和配筋要求，并對結(jié)構(gòu)體進行適當(dāng)劃分和規(guī)劃，將其分成不同的部件，并按部件依次布筋，然后利用軟件提供的鋼筋布設(shè)和編輯工具，把鋼筋準(zhǔn)確地布置到結(jié)構(gòu)體上，盡量一個部件配完再轉(zhuǎn)下一個，切忌東配一個西配一個。

(2)在配筋前，建議先定義鋼筋參數(shù)的樣式，通過樣式設(shè)置鋼筋型號、直徑、內(nèi)外層、間距、保護層、端頭特征等信息。這樣在每次布筋時，不要重復(fù)輸入鋼筋參數(shù)，從而提高配筋效率。

(3)在配筋時要注意配筋順序問題，應(yīng)按照施工順序從下至上依次配筋，充分利用軟件所提供的可視化三維平臺對結(jié)構(gòu)的拐角、隱蔽部位重點關(guān)注，避免漏配或重復(fù)配置鋼筋。

(4)每次布置完鋼筋后，還須對鋼筋進行仔細(xì)檢查，保證鋼筋單元掛在合適的部件節(jié)點上。選取特征樹上面節(jié)點后，可以查看結(jié)構(gòu)面上鋼筋布置情況，檢查是否布滿了，或有無漏筋、重復(fù)布置鋼筋等，并刪除不需要的鋼筋，或編輯鋼筋使之符合設(shè)計要求。

(5)在三維配筋工作完成后，不必急于生成二維鋼筋，應(yīng)先進行校、審工作，保證配置鋼筋的規(guī)格及形式滿足結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，避免后期重復(fù)修改工作。

4 存在的問題與建議

VisualFL軟件較傳統(tǒng)二維配筋方式，其應(yīng)用的價值有目共睹，但為了更高效、更快捷、更準(zhǔn)確的完成鋼筋圖設(shè)計，提出以下幾點建議。

(1)VisualFL軟件提供了模型替換功能，可以用新幾何模型替換當(dāng)前配筋文檔中的幾何模型，但有時模型替換后，個別未做修改結(jié)構(gòu)面的鋼筋會“丟失”，需重新將鋼筋拾取到結(jié)構(gòu)面上，所以替換完模型需要重新檢查所有結(jié)構(gòu)面的鋼筋情況，建議改進模型“替換”后軟件的穩(wěn)定性。

(2)對于廠房鋼筋圖來說，為滿足各專業(yè)的要求，往往很多部位結(jié)構(gòu)復(fù)雜并且鋼筋形式多樣，使用VisualFL軟件生成這些部位剖面圖時，會出現(xiàn)鋼筋重疊等情況，需要人工調(diào)整圖紙布局的工作量較大。

(3)前面已提到在三維配筋結(jié)束后就應(yīng)進行校、審工作，避免生成二維鋼筋圖后出現(xiàn)較大的錯誤，造成工作反復(fù)。但即使這樣，在生成鋼筋圖和鋼筋表并加入標(biāo)注和調(diào)整布局后，仍然會發(fā)現(xiàn)一些小錯誤，這時再重新調(diào)整三維配筋，重復(fù)工作量較大。建議軟件在CAD中生成鋼筋表的同時再生成與鋼筋表對應(yīng)可供修改的Excel文件，便于出圖后局部鋼筋的修改及鋼筋量統(tǒng)計。

5 結(jié)語

VisualFL軟件是以在三維平臺為基礎(chǔ)開發(fā)的二、三維一體化設(shè)計系統(tǒng)，可以導(dǎo)入任意結(jié)構(gòu)型式的三維模型，并自動生成“鋼筋圖”和“鋼筋表”。其操作簡潔，使用方便，易于上手，經(jīng)實際生產(chǎn)檢驗其成果準(zhǔn)確，提高了生產(chǎn)效率及設(shè)計產(chǎn)品質(zhì)量，將設(shè)計人員從繁瑣的“鋼筋圖”中解脫出來；其可視化三維平臺和特征管理樹中的鋼筋信息，也可以更好地幫助校、審人員檢查鋼筋信息及其空間布置狀況，有效節(jié)省了人工成本。但在模型修改替換后軟件穩(wěn)定問題、復(fù)雜結(jié)構(gòu)部位鋼筋成圖布局、自動生成的鋼筋表信息提取等方面需進一步研發(fā)和改進，使其更好地適用于水工大體積異形結(jié)構(gòu)三維配筋，更有效地提高生產(chǎn)力。