李彧瑋，張海麗，衛(wèi) 慧，滕 彥，楊新軍

（1.上?？睖y設計研究院有限公司，上海 200434；2.長江勘測規(guī)劃設計研究院，湖北，武漢 430010）

0 引言

對于水利工程項目來說，水工建筑物是工程的核心設計內(nèi)容之一。進入施工圖設計階段后，除需對可研與初設的建筑物結構圖進行改進和深化外，還需進行鋼筋圖的繪制。對于規(guī)則的框架結構，如副廠房上部結構、啟閉機排架等來說，利用PKPM結構設計軟件及平法出圖可以化繁為簡，大幅提高設計效率。然而，水工建筑物主要還是由異形構件組成，體形復雜多變，如水閘墩墻、底板、泵站流道等，這些結構的鋼筋布置情況很難利用有限的參數(shù)來描述，仍需采用傳統(tǒng)的鋼筋圖進行表達：設計人員需在大腦中構思結構的真實樣子，再在二維圖紙上依次繪制結構輪廓線、點鋼筋、線鋼筋、并對不同型號的鋼筋依次進行標注，最后再一一對應編制鋼筋表，這不僅占用設計人員大量的時間和精力,且圖紙常常由于人為疏忽出現(xiàn)錯誤[1-2]。

隨著水利行業(yè)BIM應用技術的不斷推進，水工建筑物已經(jīng)能較好的實現(xiàn)三維設計，利用結構模型開展三維配筋，不僅能提高出圖效率、保證配筋的規(guī)范性和準確性，更能把設計人員從繁瑣的制圖工作中解放出來，使其更多地投入到結構布置的優(yōu)化當中，對于工程整體設計質(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上引入三維配筋系統(tǒng)VISUALFL，通過三維可視化配筋以及鋼筋智能抽圖快速準確地繪制鋼筋圖，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，是整個河道延伸托浚工程的北大門，工程由一座總裝機300 m3/s的雙向泵站、一座VI級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構，兩側邊孔采用兩孔一聯(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。兩側兩孔一聯(lián)的底板順水流方向長23 m，垂直水流向寬36.2 m，底板頂面高程-3.0 m，閘墩內(nèi)河側頂高程為7.5 m、外河側頂高程10.10 m；中間一孔一聯(lián)除底板垂直水流向寬為18.4 m外，其余尺寸、高程均與兩孔一聯(lián)相同。詳見圖1。

圖1 界牌樞紐節(jié)制閘邊孔軸側圖及剖視圖（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是基于三維結構模型的自動配筋出圖系統(tǒng)，其優(yōu)點包括：可導入當前主流平臺創(chuàng)建的三維結構模型，兼容性強。同時能在系統(tǒng)內(nèi)對結構模型進行編輯修改，避免模型重復導入。②采用參數(shù)化及可視化配筋技術，可準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、編號實時更新。③通過鋼筋形式計算，自動對鋼筋進行分組和編號統(tǒng)計，據(jù)此輸出鋼筋表和材料表。④結合AUTOCAD出圖插件，通過智能抽圖一鍵輸出帶鋼筋標注的二維鋼筋布置圖。

2.2 三維配筋原理

對于水工大體積混凝土結構來說，混凝土的抗壓能力較強但抗拉能力較弱，因此需要在混凝土結構內(nèi)預留一定保護層厚度，沿結構表面的縱橫兩個方向分別布置受拉鋼筋和構造鋼筋，并在必要時配以其他功能的鋼筋，如插筋、加強筋等。三維配筋在水工三維結構模型的基礎上，通過縱橫方向兩個簇面剖切模型，切出的線為原始鋼筋線，鋼筋線貼結構表面，通過指定鋼筋線的鋼筋等級、直徑、保護層厚度、間距、錨固及彎折等參數(shù)可批量創(chuàng)建鋼筋模型[3-4]。

3 三維配筋過程

3.1 三維配筋基本流程

采用三維配筋系統(tǒng)VISUALFL，結合界牌樞紐節(jié)制閘邊孔模型進行配筋應用，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 模型預處理及檢查

在開展三維配筋前，應將模型中的工作及檢修門底檻和門槽處的二期混凝土按布爾運算扣減，以便于配筋時鋼筋在二期混凝土處自動斷開彎折。此外，應仔細對模型進行檢查，確保各結構尺寸的正確以及各結構面的平整。

3.3 定義止水及模型分塊

將模型導入VISUALFL配筋系統(tǒng)后，通過偏移結構邊線的方法定義節(jié)制閘邊孔的水平和垂直止水，同時指定鋼筋遇止水的彎折形式、彎折角度、錨固長度和開口高度等參數(shù)。此外，為便于配筋管理，避免重復配筋，將模型按配筋部位劃分為墩墻、底板、門槽、牛腿、檢修孔、齒槽、工作和檢修門底檻等，見圖3。

3.4 設定配筋參數(shù)

通過VISUALFL系統(tǒng)內(nèi)的面配筋模塊指定要配筋的結構面，同時確定控制布筋方向的引導線和約束布筋范圍的起始點；設定鋼筋等級、直徑、間距、保護層厚度、錨固和彎折等參數(shù)，系統(tǒng)會自動生成鋼筋模型，并將相鄰同型號的鋼筋編為鋼筋組，將單根鋼筋按彎折點分為不同鋼筋段。見圖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)需要對鋼筋組和鋼筋段進行編輯修改。VISUALFL的鋼筋修改功能十分強大，可對鋼筋進行復制、旋轉、延伸、剪裁、修改錨固長度和保護層厚度等。在修改過程中，可以靈活地組合利用各修改命令，從而使鋼筋滿足要求。修改完成后，可通過系統(tǒng)的剖切功能檢查結構是否有漏配筋或者重復配筋的情況。對于相同類型但尺寸不同的鋼筋可進行鋼筋歸組合并，減少鋼筋編號數(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、三維軸側鋼筋圖視角以及要輸出的鋼筋組，同時指定出圖比例，利用AUTOCAD出圖插件讀取相關信息并自動生成鋼筋圖，鋼筋圖自帶鋼筋標注、鋼筋表和材料表。之后，手動調(diào)整鋼筋標注位置，添加結構尺寸標注、高程、圖紙說明和圖框等信息成圖，見圖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 應用總結

通過本次應用發(fā)現(xiàn)，三維配筋大大簡化了配筋流程，提高了配筋效率，但設計人員在使用配筋系統(tǒng)時還應注意一些問題，現(xiàn)提供幾條建議：

①建模時一定要保證結構尺寸的正確，這是配筋結果正確的前提。在將模型導入VISUALFL時，應選擇建模時采用的尺寸單位。

②配筋前應對結構按配筋部位進行系統(tǒng)劃分，這樣既可以避免重復配筋，也可在配筋完成后根據(jù)配筋部位單獨顯示和編輯鋼筋。

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都重復輸入鋼筋等級、間距、直徑等參數(shù)，從而提高配筋效率。此外，在配筋時要注意配筋順序問題，對于水閘、泵站等結構，應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，若需將多個結構面上的鋼筋投影到一個面上顯示，必須在VISUALFL中先定義一個基準投影面，再定義其它補充投影面，這樣在平面圖上方可顯示完整的結構線以及其它結構面上的鋼筋。

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)勢明顯，但仍然有一些內(nèi)容亟待改善：①在二維出圖時，若結構剖面上抽出的鋼筋型號較多，就會出現(xiàn)鋼筋標注扎堆的現(xiàn)象。對鋼筋標注的調(diào)整占用了配筋流程的大部分時間。因此，建議進一步優(yōu)化鋼筋標注排列算法，減少手動調(diào)整工作量，②對于一些常規(guī)結構形式，如擋土墻、箱涵等，系統(tǒng)應具備全參數(shù)化配筋功能，通過輸入結構尺寸自動生成鋼筋模型，實現(xiàn)全自動配筋。

5 結語

三維配筋技術為設計人員提供了一個可視化、參數(shù)化的配筋平臺[5]。配筋過程中，結構模型的信息明確清晰，鋼筋信息又可對應分批、類型，參數(shù)化輸入，避免了設計人員大量繁瑣重復的機械勞動。通過自定義剖面，配筋系統(tǒng)智能抽圖，鋼筋表和材料表自動生成，成果準確、可靠、高效，同樣減輕了校審人員的工作負擔。因此，三維配筋技術具有很好的應用推廣價值。