BIM技術(shù)在預(yù)制T梁鋼筋設(shè)計優(yōu)化中的應(yīng)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(shè)項目工程管理工作。

摘要：路橋工程中預(yù)制T梁施工工藝現(xiàn)已非常成熟，但T梁的二維設(shè)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(zhǔn)確等問題。為解決這些問題，文章采用BIM技術(shù)對T梁設(shè)計進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)設(shè)計圖紙采用Reivt軟件對預(yù)制T梁、鋼筋及波紋管進(jìn)行三維建模，在Navisworks軟件中進(jìn)行碰撞檢查，根據(jù)碰撞檢查結(jié)果對預(yù)制T梁鋼筋進(jìn)行調(diào)整，并得出調(diào)整后的鋼筋設(shè)計圖紙。優(yōu)化后的設(shè)計圖紙能顯著減少施工過程中的鋼筋安裝問題。

關(guān)鍵詞：預(yù)制T梁;鋼筋;波紋;三維建模;碰撞檢查;優(yōu)化

中國分類號：U445.47+2A301123

0 引言

BIM技術(shù)目前在國內(nèi)推廣已有十余年，其應(yīng)用價值已經(jīng)得到了廣泛的認(rèn)可，尤其是在房建工程領(lǐng)域的應(yīng)用已經(jīng)比較成熟，在三維圖紙會審、碰撞檢查、管綜優(yōu)化方面已形成可復(fù)制推廣的成熟應(yīng)用。但是在路橋施工領(lǐng)域，BIM技術(shù)的探索及應(yīng)用才剛起步，目前雖然已有許多單位開始在路橋領(lǐng)域開展BIM技術(shù)應(yīng)用研究，但大多數(shù)未涉及工程項目的一項重要組成構(gòu)件，即鋼筋。由于二維圖紙對鋼筋的空間關(guān)系表達(dá)并不準(zhǔn)確，在實際施工中往往出現(xiàn)鋼筋打架、無法繼續(xù)安裝等問題。而采用BIM技術(shù)對鋼筋進(jìn)行三維建模優(yōu)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(shè)項目工作效率、節(jié)約施工成本、降低經(jīng)濟風(fēng)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(biāo)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(yù)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(biāo)準(zhǔn)T梁為例，采用Revit軟件對T梁混凝土、鋼筋、波紋管進(jìn)行精細(xì)化三維建模，采用Navisworks軟件對模型進(jìn)行碰撞檢測，最后得出優(yōu)化調(diào)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(biāo)準(zhǔn)T梁，分別是：設(shè)80伸縮縫中梁、設(shè)80伸縮縫邊梁、設(shè)160伸縮縫中梁、設(shè)160伸縮縫邊梁、中跨中梁以及中跨邊梁。本次設(shè)計優(yōu)化選用30 m標(biāo)準(zhǔn)中跨中梁進(jìn)行建模，建模之前需要仔細(xì)審讀施工圖，理解圖中的混凝土結(jié)構(gòu)幾何尺寸、預(yù)應(yīng)力鋼束布置以及普通鋼筋布置信息。T梁三維模型的結(jié)構(gòu)尺寸按圖紙設(shè)計尺寸1∶1進(jìn)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(jié)構(gòu)框架族模板進(jìn)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(gòu)件，通過連接命令將這些構(gòu)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(jié)構(gòu)鋼筋。嚴(yán)格按照設(shè)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(jìn)行鋼筋建模。在設(shè)置好保護(hù)層厚度后，等截面處的鋼筋可通過鋼筋集的方式直接創(chuàng)建，無須再進(jìn)行手動調(diào)整。需要注意的是部分變截面處的鋼筋繪制出來后需要進(jìn)行手動調(diào)整，如梁肋變截面處馬蹄筋、負(fù)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(jù)T梁預(yù)應(yīng)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(biāo)（坐標(biāo)原點取T梁肋板底面中心處，梁長方向每1 m設(shè)一個點），將坐標(biāo)制成Excel表格。再利用Dynamo插件讀取表格數(shù)據(jù)，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(shè)計中心線擬合的樣條曲線。然后設(shè)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(zhǔn)確的T梁三維模型。如圖4所示。

3 碰撞檢查、調(diào)整

3.1 碰撞檢查

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

運行碰撞檢查后的結(jié)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(diào)整

根據(jù)碰撞檢查結(jié)果可將這些碰撞分成兩大類：（1）適當(dāng)調(diào)整鋼筋位置即可避免的碰撞;（2）適當(dāng)調(diào)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(shè)計圖紙中的說明在鋼筋安裝過程中適當(dāng)挪動鋼筋的位置以避免，因此在模型中作適當(dāng)?shù)囊苿蛹纯杀苊馀鲎病?/p>

第二類碰撞主要是發(fā)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(diào)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(chǎn)生碰撞。調(diào)整方式為將兩側(cè)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(diào)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(jìn)行調(diào)整。將全部的碰撞調(diào)整完畢后再對鋼筋和波紋管進(jìn)行碰撞檢查，檢查后的結(jié)果顯示碰撞點數(shù)量為0。

4 出圖

在所有的碰撞點校核調(diào)整完畢后即可對調(diào)整后的鋼筋重新出施工圖。對于第一類只需適當(dāng)移動位置的鋼筋可在施工過程中適當(dāng)調(diào)整，鋼筋形狀并不發(fā)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(yōu)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(yīng)的剖面，設(shè)置適當(dāng)?shù)钠拭嬉晥D比例，在剖面中對各鋼筋的型號及細(xì)部尺寸進(jìn)行標(biāo)注，在立面圖中對鋼筋位置及間距進(jìn)行標(biāo)注，然后將各視圖添加到圖紙中，最后添加文字說明。

5 結(jié)語

傳統(tǒng)的二維圖紙設(shè)計方式在表達(dá)預(yù)制T梁鋼筋與波紋管、鋼筋自身之間的關(guān)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(chǎn)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(shù)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(guān)系表達(dá)清楚，再利用Navisworks軟件的碰撞校核功能對產(chǎn)生沖突的構(gòu)件進(jìn)行檢測，最后進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。此項應(yīng)用為路橋結(jié)構(gòu)工程領(lǐng)域圖紙會審及設(shè)計優(yōu)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(zhì)量、節(jié)約工期，最終帶來的是項目經(jīng)濟效益的提升。

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