BIM結(jié)構(gòu)配筋軟件研究與應(yīng)用

摘 要：隨著工程建設(shè)行業(yè)的迅速發(fā)展，信息技術(shù)的蓬勃發(fā)展，BIM（建筑信息模型）技術(shù)得到不斷普及和應(yīng)用，傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)方法已難以滿足現(xiàn)代工程的需求。結(jié)構(gòu)配筋軟件作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師進(jìn)行BIM設(shè)計(jì)的重要工具，其研究與應(yīng)用顯得尤為關(guān)鍵。該文首先分析結(jié)構(gòu)配筋軟件的研究背景與意義，隨后探討其核心技術(shù)，并通過實(shí)際工程案例展示其應(yīng)用效果，最后對軟件的發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：BIM;配筋;結(jié)構(gòu)配筋軟件;Revit二次開發(fā);車站

中圖分類號：TU17 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）30-0189-04

Abstract： With the rapid development of the engineering construction industry， the vigorous development of information technology， and the continuous popularization and application of BIM （Building Information Modeling） technology， traditional structural reinforcement design methods have become difficult to meet the needs of modern engineering. Structural reinforcement software is an important tool for structural design engineers to conduct BIM design， and its research and application are particularly critical. This paper first analyzes the research background and significance of structural reinforcement software， then discusses its core technology， and demonstrates its application effect through practical engineering cases. Finally， the paper looks forward to the development prospects of the software.

Keywords： BIM; reinforcement; structural reinforcement software; secondary development of Revit; station

在現(xiàn)代建筑工程中，結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)的高效性和準(zhǔn)確性直接關(guān)系到工程的整體質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。傳統(tǒng)的配筋設(shè)計(jì)方法往往依賴于工程師的經(jīng)驗(yàn)和手工計(jì)算，不僅效率低下，而且容易出錯。因此，研究和開發(fā)結(jié)構(gòu)配筋軟件，對于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)周期、降低成本具有重要意義。

1 研究背景

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，BIM（建筑信息模型）技術(shù)在建筑行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。目前，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工程師基于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件的計(jì)算結(jié)果和設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，手工在BIM模型（Revit模型）中布置鋼筋模型以便后期的鋼筋工程量統(tǒng)計(jì)和設(shè)計(jì)出圖，效率低，修改難，容易出錯。BIM結(jié)構(gòu)配筋軟件作為BIM技術(shù)的重要組成部分，能夠?qū)崿F(xiàn)對結(jié)構(gòu)配筋的自動化、智能化設(shè)計(jì)，其研究與應(yīng)用可以提高設(shè)計(jì)效率，減少錯誤。

2 研究內(nèi)容

結(jié)構(gòu)配筋軟件的核心技術(shù)主要包括結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入、配筋樣式定義和自動化布置等方面。結(jié)構(gòu)配筋計(jì)算結(jié)果導(dǎo)入是導(dǎo)入配筋計(jì)算軟件的配筋結(jié)果。配筋樣式定義則是定義構(gòu)件類型（板、墻、梁和柱等）的配筋樣式。自動化布置則是基于配筋結(jié)果和配筋樣式，對模型中的結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行自動化鋼筋布置，形成鋼筋模型。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 功能架構(gòu)

功能架構(gòu)包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程和配筋流程，如圖1所示。根據(jù)設(shè)計(jì)流程，用戶遵循建模規(guī)范，創(chuàng)建BIM（Revit）模型，通過模型映射，建立標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模型，程序基于定義的標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件配筋樣式和標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行結(jié)構(gòu)配筋及統(tǒng)計(jì)鋼筋工程量。根據(jù)配筋流程，首先定義配筋樣式，設(shè)置構(gòu)件坐標(biāo)系和構(gòu)件支座，然后選擇構(gòu)件程序自動計(jì)算并生成鋼筋。

3.2 功能模塊

功能模塊主要由定義配筋樣式、設(shè)置構(gòu)件坐標(biāo)系、設(shè)置構(gòu)件支座、鋼筋布置計(jì)算、生成鋼筋和鋼筋工程量統(tǒng)計(jì)等幾個部分組成。

3.2.1 定義配筋樣式

定義結(jié)構(gòu)構(gòu)件（梁、板、柱、墻及礦山法隧道等）的配筋樣式，如圖2所示。結(jié)構(gòu)構(gòu)件基于配筋樣式進(jìn)行配筋?；谝?guī)則形狀截面定義的配筋樣式，生成配筋時自動根據(jù)構(gòu)件實(shí)際形狀截面進(jìn)行裁剪。

本文僅以板墻配筋樣式為例進(jìn)行簡單說明，如圖3所示。

1）跨中通長配筋。①配筋樣式，分為系統(tǒng)和用戶兩種類型。②方向，選擇鋼筋在平面的方向（1軸/2軸）。對于板，橫向?yàn)樗椒较颍?軸），豎向?yàn)樨Q直方向（2軸）。對于墻，豎向?yàn)榇怪狈较颍?軸）。按構(gòu)件坐標(biāo)系確定。③位置，選擇鋼筋在截面的上下位置（頂部/底部）。④端部長度，鋼筋在端部的延伸長度。⑤彎折長度，鋼筋在端部的彎折長度。⑥長度類型，分為絕對長度、跨度系數(shù)、直徑系數(shù)類型。絕對長度是指按絕對值輸入長度，跨度系數(shù)是指按構(gòu)件跨度定義長度，直徑系數(shù)是指按鋼筋直徑的倍數(shù)定義末端長度。⑦彎折位置選項(xiàng)，從鋼筋位置開始是指從鋼筋端部的位置（側(cè)面保護(hù)層位置）開始計(jì)算彎折長度。⑧鋼筋層，按層定義的鋼筋分布。當(dāng)位置在頂部時，鋼筋層從上往下依次定義;當(dāng)位置在底部時，鋼筋層從下往上依次定義。層距，鋼筋層中心線之間的距離。⑨鋼筋組，定義鋼筋層內(nèi)的鋼筋分組。并筋數(shù)，同組布置的鋼筋根數(shù)。排布方式，間距/數(shù)量。按間距模式或數(shù)量模式布置鋼筋。

2）中間支座附加配筋。

3）端部支座附加配筋。

4）拉筋。拉筋與跨中通長配筋關(guān)聯(lián)綁定。設(shè)置拉筋規(guī)格、加密區(qū)/非加密區(qū)寬度、拉筋間距和位置方向等。

5）組合樣式。定義跨中通長配筋、中間支座附加配筋、端部支座附加配筋、拉筋的組合樣式。

3.2.2 構(gòu)件坐標(biāo)系

設(shè)置構(gòu)件的局部坐標(biāo)系。配筋樣式基于構(gòu)件坐標(biāo)系設(shè)置。如矩形板，長跨方向?yàn)閄軸（1軸），短跨方向?yàn)閅軸（2軸），法向?yàn)閆軸（3軸）。矩形梁，橫向截面水平方向?yàn)閄軸，豎直方向?yàn)閅軸，縱向?yàn)閆軸。同理，柱與梁相似，墻與板相似。

程序自動分析獲取構(gòu)件坐標(biāo)系。構(gòu)件坐標(biāo)系默認(rèn)值根據(jù)構(gòu)件元素類型通過分析模型獲取，常規(guī)模型通過幾何算法分析獲取。坐標(biāo)系原點(diǎn)默認(rèn)取構(gòu)件幾何中心位置。坐標(biāo)系數(shù)據(jù)作為構(gòu)件擴(kuò)展屬性數(shù)據(jù)存儲。用戶可進(jìn)一步確認(rèn)和修改。

構(gòu)件坐標(biāo)系設(shè)置界面如圖4所示。

3.2.3 構(gòu)件支座

設(shè)置構(gòu)件的支座。如結(jié)構(gòu)板的支座是梁和結(jié)構(gòu)墻，梁的支座是結(jié)構(gòu)柱。

程序自動識別與當(dāng)前構(gòu)件相連的支座并進(jìn)行分析，用戶可進(jìn)一步查看和確認(rèn)修改。

構(gòu)件支座設(shè)置界面如圖5所示。

3.2.4 布置鋼筋

選擇構(gòu)件及配筋樣式，生成鋼筋，如圖6所示。

具體步驟如下。①選擇構(gòu)件，選擇單個構(gòu)件或選擇多個構(gòu)件。②選擇配筋樣式，選擇構(gòu)件配筋樣式，支持按構(gòu)件自定義配筋。③進(jìn)行構(gòu)件定位、確定構(gòu)件尺寸，按構(gòu)件實(shí)際位置（構(gòu)件坐標(biāo)系）進(jìn)行定位，分析獲取構(gòu)件尺寸及截面尺寸。④鋼筋布置計(jì)算，按構(gòu)件坐標(biāo)系和配筋樣式計(jì)算鋼筋位置（幾何轉(zhuǎn)換）。分析鋼筋形狀，計(jì)算鋼筋形狀參數(shù)及彎鉤長度。⑤不規(guī)則形狀鋼筋截?cái)?，不?guī)則形狀或截面（如異形板，異形截面）配筋，鋼筋按坐標(biāo)系進(jìn)行布置，在構(gòu)件或截面邊緣位置進(jìn)行裁切。⑥生成鋼筋數(shù)據(jù)，根據(jù)計(jì)算的鋼筋數(shù)據(jù)，生成鋼筋模型。鋼筋元素可選擇鋼筋線（Curve）或者鋼筋實(shí)體元素（Rebar）。選擇鋼筋實(shí)體元素可能對模型性能影響較大。基于生成的鋼筋模型，可以進(jìn)行鋼筋工程量統(tǒng)計(jì)。

3.2.5 鋼筋工程量統(tǒng)計(jì)

選擇構(gòu)件統(tǒng)計(jì)鋼筋工程量，或統(tǒng)計(jì)整個模型的鋼筋工程量。分類匯總，支持按直徑匯總或按鋼筋形狀匯總，生成鋼筋工程量表。

3.3 設(shè)計(jì)流程

創(chuàng)建配筋流程如圖7所示。主要包括選擇結(jié)構(gòu)構(gòu)件、選擇配筋樣式、獲取構(gòu)件坐標(biāo)系、識別支座、計(jì)算配筋和生成鋼筋等。

3.4 程序界面

程序界面設(shè)計(jì)如圖8所示。

界面使用WPF圖形界面技術(shù)框架設(shè)計(jì)。實(shí)現(xiàn)了控件數(shù)據(jù)聯(lián)動，輸入自動校驗(yàn)，范圍輸入、UI優(yōu)化等，用戶體驗(yàn)良好。

動態(tài)圖形界面：動態(tài)顯示配筋樣式定義或構(gòu)件實(shí)際配筋的幾何形狀圖形界面。

視圖操作：鼠標(biāo)滾輪進(jìn)行縮放，按住鼠標(biāo)中鍵進(jìn)行拖動，中鍵雙擊恢復(fù)原始視圖。

圖形數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)：鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊鋼筋圖形可定位到右側(cè)樣式數(shù)據(jù)列表及選項(xiàng)。當(dāng)前選擇的鋼筋層/鋼筋組鋼筋在動態(tài)圖形界面中為紅色顯示。

編輯控件：界面內(nèi)的輸入控件可直接修改關(guān)聯(lián)的樣式數(shù)據(jù)。

按間距鋼筋顯示根數(shù)：當(dāng)鋼筋排布模式為間距時，選擇顯示的鋼筋數(shù)量。

4 軟件開發(fā)

程序插件基于Revit API開發(fā)，運(yùn)行于Revit平臺。采用WPF界面設(shè)計(jì)，C#語言開發(fā)，三層架構(gòu)實(shí)現(xiàn)。

程序入口：通過API IExternalApplication接口，作為插件程序入口，實(shí)現(xiàn)授權(quán)驗(yàn)證，創(chuàng)建菜單、連接數(shù)據(jù)庫、初始化日志和初始化配置等功能。

API事件：通過API事件，實(shí)現(xiàn)文檔切換檢測、視圖切換檢測、元素選擇檢測等功能。用于配筋項(xiàng)目文檔的配筋屬性窗口的自動隱藏顯示、屬性自動更新。

外部命令：通過API IExternalCommand接口，實(shí)現(xiàn)菜單命令入口。

更新器：通過API IUpdater接口，實(shí)現(xiàn)自動更新功能，當(dāng)模型構(gòu)件元素被刪除或修改后自動更新元素關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)。

嵌入式窗口：通過API IDockablePaneProvider接口，實(shí)現(xiàn)嵌入式窗口，窗口通過外部事務(wù)命令進(jìn)行模型文檔修改。

數(shù)據(jù)存儲：構(gòu)件類型、鋼筋元素關(guān)聯(lián)、構(gòu)件坐標(biāo)系等數(shù)據(jù)基于Revit擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲機(jī)制存儲在Revit模型文檔中（元素?cái)U(kuò)展屬性）。配筋樣式，配筋等數(shù)據(jù)存儲于數(shù)據(jù)庫。本地?cái)?shù)據(jù)包括程序配置、程序數(shù)據(jù)文件等。

5 項(xiàng)目應(yīng)用

為了驗(yàn)證結(jié)構(gòu)配筋軟件的實(shí)際應(yīng)用效果，本文選取了具有代表性的工程案例進(jìn)行分析，配筋結(jié)果鋼筋模型如圖9所示。結(jié)果表明，使用結(jié)構(gòu)配筋軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，不僅可以顯著提高設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)周期，還能夠優(yōu)化配筋方案。

6 結(jié)束語

本文研究了地鐵車站和礦山法隧道結(jié)構(gòu)配筋軟件的開發(fā)與應(yīng)用。為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種新的解決方案。通過實(shí)際案例分析，驗(yàn)證了軟件的有效性和實(shí)用性。

結(jié)構(gòu)配筋軟件作為輔助工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)的重要工具，其研究與應(yīng)用對于提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、縮短設(shè)計(jì)周期、降低成本具有重要意義。結(jié)合項(xiàng)目數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)工程經(jīng)濟(jì)指標(biāo)分析，未來具有廣泛的應(yīng)用前景和發(fā)展空間。

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作者簡介：李群樂（1978-），男，研發(fā)工程師。研究方向?yàn)楣こ虜?shù)字化。