基于Revit軟件的盤扣式腳手架快速建模插件研究

孫文靜

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

某橋梁全長(zhǎng)130.65m，主跨為64m系桿拱橋，橋下最小凈空5.56m。主梁采用單箱雙室預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面，跨中及端部梁高均為1.9m，梁端及中橫隔板設(shè)過人孔。梁部頂板寬12m，底板寬9.56m。該橋梁具有預(yù)埋件數(shù)量多、定位精度高、操作空間小、跨等級(jí)路安全風(fēng)險(xiǎn)高、工期要求異常緊張等特點(diǎn)，為保證施工鋪架節(jié)點(diǎn)工期，同時(shí)確保施工質(zhì)量和安全，需要對(duì)該橋梁各方面進(jìn)行精細(xì)化管理。為此，項(xiàng)目部組建BIM團(tuán)隊(duì)進(jìn)行該大橋BIM應(yīng)用。

2 研發(fā)目標(biāo)

傳統(tǒng)腳手架繪制工程量大，修改煩瑣，人工計(jì)算容易出錯(cuò)，存在許多重復(fù)性、冗余性的工作，而且沒有有效的手段對(duì)既定的族進(jìn)行批量的參數(shù)化布設(shè)等。此次研發(fā)主要是根據(jù)結(jié)構(gòu)尺寸、規(guī)范和設(shè)計(jì)要求，對(duì)重型盤扣式腳手架進(jìn)行大規(guī)模的批量布設(shè)，并統(tǒng)計(jì)桿件的工程量，從而節(jié)約人力，提高統(tǒng)計(jì)工作的準(zhǔn)確性。

2.1 提升建模精度、節(jié)省建模時(shí)間

運(yùn)用二次開發(fā)插件進(jìn)行一鍵自動(dòng)化腳手架布設(shè)，可根據(jù)高程的變化，精確地計(jì)算頂?shù)淄械拈L(zhǎng)度并布設(shè)，同時(shí)對(duì)小型零件的布置更加精細(xì)，節(jié)省大量的建模時(shí)間，使得原本2～3d的受力計(jì)算及建模時(shí)間簡(jiǎn)化到1h以內(nèi)，提高建模精度和效率。

2.2 提升支架體系的合理性

運(yùn)用二次開發(fā)插件自動(dòng)進(jìn)行受力計(jì)算，為技術(shù)人員節(jié)省了大量的計(jì)算時(shí)間，能快速得到合理的腳手架布設(shè)圖紙及工程量。

2.3 統(tǒng)計(jì)桿件工程量，輔助技術(shù)交底

根據(jù)配桿自動(dòng)生成各類桿件工程量表。按桿件長(zhǎng)度和類型著色，使得配桿方案更加直觀地展現(xiàn)給操作人員，輔助技術(shù)交底。

3 技術(shù)研發(fā)

3.1 研發(fā)路線

（1）確定研發(fā)平臺(tái)及方式。Revit軟件提供了C#、VB、C++等編程語言的API，C#語言面向?qū)ο?，調(diào)用類庫的編程形式更適合插件的研發(fā)。該項(xiàng)目軟件BIM軟件版本選定為2016版，編程平臺(tái)采用微軟提供的Visual Studio 2017（.Net框架4.6.1）。

（2）制定研發(fā)內(nèi)容。①學(xué)習(xí)盤扣式腳手架制作規(guī)范，根據(jù)盤扣式腳手架制定規(guī)范創(chuàng)建架構(gòu)方案并進(jìn)行拆解測(cè)試，同時(shí)試驗(yàn)可行性。②研究混凝土厚度與支架縱橫距以及梁下凈空與支架配桿的數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，將邏輯關(guān)系通過C#編程語言輸入Revit中。③運(yùn)用Revit軟件數(shù)據(jù)架構(gòu)及C#編程語言創(chuàng)建窗體，運(yùn)用控件提取Excel表格數(shù)據(jù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、分類以及運(yùn)算，根據(jù)規(guī)范要求進(jìn)行參數(shù)化族類型的創(chuàng)建及族實(shí)例的生成。

3.2 應(yīng)用軟件

Revit二次開發(fā)主要是應(yīng)用Visual Studio設(shè)計(jì)解決方案并開發(fā)，針對(duì)項(xiàng)目的需求，設(shè)計(jì)自己的架構(gòu)體系，更加直觀地進(jìn)行編程設(shè)計(jì)，使程序的可讀性、可延展性及可維護(hù)性大大提高。

3.3 研發(fā)過程

此次開發(fā)主要采用的開發(fā)語言為C#語言，內(nèi)部計(jì)算及布設(shè)原理全部遵循《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術(shù)規(guī)程》（JGJ 231—2010）。采用了Win-Form窗體技術(shù)，在簡(jiǎn)單易懂的應(yīng)用窗體上進(jìn)一步編寫程序，使操作流程盡可能簡(jiǎn)單化。

（1）配桿原理。根據(jù)調(diào)查和規(guī)范要求，重型盤扣式腳手豎桿長(zhǎng)度分為3m、2.5m、2m、1.5m、1m、0.5m共6種，主次龍骨采用16#工字鋼和10#槽鋼，模板面板為15mm厚竹膠板，底托下布置50mm厚度的木墊板，再根據(jù)頂撐絲扣外露長(zhǎng)度不超過550mm及底托外露長(zhǎng)度不超過650mm的原則，合理分配每列豎桿的桿長(zhǎng)。在應(yīng)用過程中，若勾選受力分析選項(xiàng)，即可根據(jù)底板和頂板厚度、腹板高度自動(dòng)進(jìn)行受力計(jì)算，并根據(jù)底板、腹板、翼緣板寬度和相應(yīng)位置的混凝土厚度自動(dòng)配桿。計(jì)算原理：現(xiàn)澆梁板單位面積內(nèi)的荷載除了混凝土厚度是變量，其余人員、設(shè)備、混凝土澆筑等荷載均為常量。理論上可以在明確腳手架的長(zhǎng)細(xì)比（計(jì)算穩(wěn)定性）、直徑、壁厚、材質(zhì)（計(jì)算強(qiáng)度）的前提下，計(jì)算出單根腳手架可以支撐不同厚度的混凝土面積，再通過整體分析，對(duì)桿件間距進(jìn)行校核。根據(jù)規(guī)范要求，重型盤扣式腳手架的規(guī)格和計(jì)算參數(shù)為鋼管直徑60mm、壁厚3mm（偏安全考慮），材質(zhì)為Q345，考慮70%富余量計(jì)算應(yīng)力250MPa，計(jì)算長(zhǎng)度1.5m，兩端鉸接（偏安全考慮）。重型盤扣式腳手架橫桿長(zhǎng)度為固定幾個(gè)數(shù)值，通過計(jì)算得出不同混凝土厚度范圍的立桿間距。根據(jù)計(jì)算分析出所有種類的情況，結(jié)合實(shí)際情況，將腹板處橫桿數(shù)量向上取整，底板處橫桿數(shù)量向上取整，翼緣板處橫桿數(shù)量向下取整，定制合理的橫距縱距并生成合適的腳手架模型。

（2）計(jì)算公式。桿總長(zhǎng)（含頂?shù)淄校?Excel高差-50mm分配梁-15mm竹膠板；3m桿數(shù)量=總長(zhǎng)度向下取整÷3；2.5m桿數(shù)量=取“桿總長(zhǎng)-3m桿總長(zhǎng)”的0.5m整數(shù)倍長(zhǎng)度÷2.5，所得數(shù)字向下取整；2m桿數(shù)量=取“桿總長(zhǎng)-3m桿總長(zhǎng)-2.5m桿總長(zhǎng)”的0.5m整數(shù)倍長(zhǎng)度÷2，所得數(shù)字向下取整，依次類推。最后復(fù)核：桿總長(zhǎng)-配桿長(zhǎng)度不得大于50cm，如不滿足要求則增加0.5m調(diào)節(jié)桿。

（3）旋轉(zhuǎn)。因?yàn)樯赡Ｐ蜑榧榷〝?shù)據(jù)計(jì)算坐標(biāo)后生成，所有初次生成均平行于坐標(biāo)軸方向，在與實(shí)際工程不相同的情況下可以使用勾選窗體中的旋轉(zhuǎn)按鈕旋轉(zhuǎn)一定角度后與梁方向一致。

（4）選擇軸網(wǎng)交點(diǎn)。選擇軸網(wǎng)交點(diǎn)的主要作用是確定布設(shè)起點(diǎn)及旋轉(zhuǎn)方向，第一次選點(diǎn)為確定布設(shè)起點(diǎn)，第二次選點(diǎn)為確定旋轉(zhuǎn)方向，原理為根據(jù)兩次選點(diǎn)的連線與坐標(biāo)軸的夾角確定旋轉(zhuǎn)角度后旋轉(zhuǎn)。

（5）讀取Excel表。讀取Excel主要采用的是Excel.dll中的接口直接抓取sheet 1中的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)有既定格式的要求。當(dāng)不使用受力分析時(shí)，A列必須為橫向數(shù)桿間距，B列必須為縱向數(shù)桿間距，C列必須為每列對(duì)應(yīng)的梁下凈空；當(dāng)使用受力分析時(shí)，需要填入底板頂板厚度、腹板厚度、底板寬度、腹板寬度和翼緣板寬度，并在C列輸入相應(yīng)的高度。

（6）自動(dòng)生成。腳手桿等重復(fù)性的生成工作，主要是根據(jù)既定規(guī)范及樣式，根據(jù)循環(huán)、遍歷、迭代等方式生成，原則是嚴(yán)格遵守技術(shù)規(guī)范，按照布設(shè)的最簡(jiǎn)原則，生成既滿足穩(wěn)定性要求又節(jié)省桿件的方案。

（7）著色。由于腳手桿顏色一致，無法直接辨別不同桿的長(zhǎng)度和位置，所以加入了對(duì)不同腳手桿的著色功能，具體顏色對(duì)應(yīng)情況：3m為紅色，2.5m為黃色，2m為綠色，1.5m為橘黃色，1.2m為藍(lán)色，1m為灰色，0.9m為紫色，0.6m為粉色，0.5m為黑色。

（8）解決方案架構(gòu)。此次開發(fā)架構(gòu)清晰明了，對(duì)每種不同的桿件及不同的步驟（例如旋轉(zhuǎn)、選點(diǎn)等）都有簡(jiǎn)明的介紹及區(qū)分，便于今后根據(jù)不同的需求對(duì)其修改和維護(hù)。

4 研發(fā)成果

目前已經(jīng)完成了既可以根據(jù)已知的橫縱間距及高差數(shù)據(jù)進(jìn)行腳手架的自動(dòng)布設(shè)，也可以根據(jù)底板頂板厚度、腹板高度以及底板、腹板、翼緣板的寬度進(jìn)行受力分析計(jì)算后布設(shè)。

4.1 使用方法

（1）根據(jù)橫縱距及凈空布設(shè)。首先需要根據(jù)計(jì)算好的數(shù)桿間距及高差，在Excel中輸入數(shù)據(jù)，其中A列為X軸方向豎桿間距，B列為Y軸方向豎桿間距，C列為每列對(duì)應(yīng)的高差。在窗體中選擇Excel路徑及包含所有參數(shù)化族的文件夾路徑，并在Level Name中輸入起點(diǎn)參照平面的名稱，并根據(jù)需求選擇是否需要旋轉(zhuǎn)。在任意參照平面內(nèi)選擇布設(shè)起點(diǎn)及旋轉(zhuǎn)方向點(diǎn)，即可等待生成結(jié)束。（2）根據(jù)梁部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)及凈空進(jìn)行受力分析后計(jì)算。在Excel中輸入相應(yīng)數(shù)據(jù)，勾選受力分析選項(xiàng)，然后選擇路徑和是否旋轉(zhuǎn)，單擊開始。

4.2 效果展示

在Revit中生成支架布置三維效果圖，如圖1所示。

4.3 工程量統(tǒng)計(jì)

圖1 Revit中生成支架布置三維效果圖

配桿完成后可以利用Revit自動(dòng)提取工程量的功能，自動(dòng)生成不同類型腳手桿工程量，將表格導(dǎo)入Excel中匯總整理。實(shí)際施工使用的桿件與Revit提取的工程量統(tǒng)計(jì)相符。

5 研發(fā)價(jià)值

通過研發(fā)，已經(jīng)基本完成支架桿件一鍵配置，并生成工程量統(tǒng)計(jì)表。該項(xiàng)研發(fā)具有以下意義：（1）通過二次開發(fā)結(jié)合Excel可以快速對(duì)腳手架進(jìn)行一鍵繪制、出圖、算量，減少了技術(shù)人員的工作量，也避免了人為因素造成的統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤。（2）對(duì)于梁底凈空較大、梁面較寬的變截面梁，該插件較手工繪圖計(jì)算效率可提高10倍。（3）在編程中可以將設(shè)計(jì)和規(guī)范要求編入程序中，更準(zhǔn)確合理地出圖。（4）支架預(yù)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)存在對(duì)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況考慮不周的現(xiàn)象，修改方案后要重新配桿并計(jì)算工程量，增加技術(shù)人員負(fù)擔(dān)，通過二次開發(fā)插件，僅需要調(diào)整部分參數(shù)就可以重新出圖算量。（5）只需要根據(jù)梁部結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，即可自動(dòng)進(jìn)行受力計(jì)算，并實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的配桿及布設(shè)。（6）人工配桿準(zhǔn)確性差，需要人員反復(fù)核對(duì)，偶爾還會(huì)發(fā)生頂托外露長(zhǎng)度超標(biāo)的現(xiàn)象。該插件不僅可以精確統(tǒng)計(jì)桿件工程量，在計(jì)算時(shí)也考慮頂?shù)淄械耐饴堕L(zhǎng)度范圍，準(zhǔn)確性極高。（7）出圖時(shí)根據(jù)桿件長(zhǎng)度不同按不同顏色出圖，直觀展示各類型桿件所布置的位置，便于技術(shù)人員交底。

6 展望

市場(chǎng)上的腳手架布置插件尚不能計(jì)算配桿長(zhǎng)度，只能出配桿的效果圖，也無法將受力計(jì)算融入Revit中。此次對(duì)受力計(jì)算和配桿出圖進(jìn)行開發(fā)，極大地提高了工作效率，避免了人為原因出現(xiàn)錯(cuò)誤，其對(duì)于項(xiàng)目技術(shù)、質(zhì)量和成本管理意義較大，具有較高的應(yīng)用及推廣價(jià)值。

目前所開發(fā)的插件尚存在受力計(jì)算的通用性稍顯欠缺、不能識(shí)別梁板底面和原地面等不完善的問題，且對(duì)于變截面梁，目前不能在模型中直接提取各部位厚度進(jìn)行受力計(jì)算，需要根據(jù)梁高分段輸入長(zhǎng)度和結(jié)構(gòu)參數(shù)，在出圖前需要在Excel中手動(dòng)輸入梁下凈空。這些問題在后續(xù)開發(fā)中將會(huì)繼續(xù)研究和完善。