(中國(guó)建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

1 引言

鋼筋工程是土建工程中的重要組成部分，鋼筋工程造價(jià)是土建工程成本的主要來源之一，鋼筋成本控制具有重要意義。

目前，國(guó)內(nèi)鋼筋算量主要方式分為手工算量、廣聯(lián)達(dá)、魯班等軟件鋼筋算量。傳統(tǒng)的手工算量是根據(jù)CAD圖紙人工讀取配筋信息，應(yīng)用Excel軟件進(jìn)行鋼筋算量，需要耗費(fèi)大量的人力和時(shí)間，而且對(duì)算量人員掌握鋼筋圖集、規(guī)范程度要求高，且手工計(jì)算過程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)非常容易出錯(cuò)。廣聯(lián)達(dá)、魯班等軟件算量可以提取CAD的圖層，讀取配筋信息，算量效率比手工算量得到很大的提高，但是這種方式需要建立廣聯(lián)達(dá)或者魯班算量模型，而且對(duì)于復(fù)雜的異形構(gòu)件，由于圖形引擎的限制，無法建立精確的三維模型，只能用常規(guī)的幾何體近似代替算量，導(dǎo)致算量結(jié)果不夠精確。

基于BIM的二次開發(fā)為我們帶來了新的解決辦法。Revit以其強(qiáng)大的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)交互、信息管理、協(xié)同工作等功能成為國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上使用最多、普及最廣的BIM軟件。Revit提供了API，通過調(diào)用，開發(fā)者可以根據(jù)自己的需要對(duì)Revit的功能用途進(jìn)行擴(kuò)展。因此，基于Revit的二次開發(fā)，成為滿足國(guó)內(nèi)BIM應(yīng)用的最好選擇之一。國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)院的設(shè)計(jì)成果是以CAD圖紙交付的，常規(guī)的人工翻模工作效率低下，尤其是由于鋼筋工程節(jié)點(diǎn)復(fù)雜、涉及規(guī)范多，市場(chǎng)上幾乎沒有基于Revit的鋼筋三維精確翻模的軟件產(chǎn)品，再加上Revit軟件自身圖形顯示受限，目前BIM 在鋼筋工程中的應(yīng)用往往只做一些主要復(fù)雜節(jié)點(diǎn)鋼筋三維展示，不做全項(xiàng)目鋼筋建模，這直接導(dǎo)致了BIM技術(shù)在鋼筋工程應(yīng)用無法進(jìn)一步開展，發(fā)揮不出BIM在鋼筋工程中的應(yīng)用價(jià)值。在這樣的情況下，可以研發(fā)基于Revit的三維鋼筋算量軟件，在已有Revit模型的基礎(chǔ)上，不需要重復(fù)建立算量模型，直接可以將配筋信息讀取并寫入對(duì)應(yīng)的構(gòu)件中，做到“一模多用”，既提高了算量效率，又可以解決復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)的鋼筋建模，從而保證算量結(jié)果更加準(zhǔn)確，更接近現(xiàn)場(chǎng)鋼筋實(shí)際用量[1-3]。

本文在基于Revit二次開發(fā)解決方案的基礎(chǔ)上，主要介紹基于CAD圖紙快速識(shí)別、讀取配筋信息并寫入Revit構(gòu)件中，并闡述技術(shù)路線和研發(fā)過程。

2 構(gòu)件配筋信息自動(dòng)讀取與寫入

2.1 結(jié)構(gòu)配筋信息源需求分析

《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》系列圖紙(11G101或16G101)中梁、板、柱、墻和基礎(chǔ)構(gòu)件配筋信息分為集中標(biāo)注、原位標(biāo)注、構(gòu)件配筋明細(xì)表。集中標(biāo)注為構(gòu)件的通用信息，原位標(biāo)注為構(gòu)件的局部信息。例如圖1所示為結(jié)構(gòu)施工圖中框架梁的集中標(biāo)注和原位標(biāo)注[4]。

圖1 結(jié)構(gòu)梁的平法標(biāo)注

構(gòu)件的配筋信息表是按照構(gòu)件的編號(hào)名稱對(duì)配筋情況做出具體說明。例如圖2所示為結(jié)構(gòu)施工圖中為梁配筋明細(xì)表。

圖2 梁配筋明細(xì)表

此外，結(jié)構(gòu)施工圖中鋼筋的配筋信息情況還包括圖紙說明中的配筋說明和配筋詳圖。因此，鋼筋的集中標(biāo)注、原位標(biāo)注和配筋明細(xì)表是讀取結(jié)構(gòu)配筋的主要信息源。

2.2 自動(dòng)讀取鋼筋的集中標(biāo)注和原位標(biāo)注

基于Revit的BIM鋼筋算量軟件根據(jù)CAD結(jié)構(gòu)配筋圖中配筋相關(guān)信息位于不同的圖層來自動(dòng)讀取配筋信息，主要包括構(gòu)件平面投影輪廓線、集中標(biāo)注線和原位標(biāo)注線。通過將CAD結(jié)構(gòu)配筋平面圖鏈接到BIM模型中，以BIM模型平面圖為基準(zhǔn)，通過對(duì)應(yīng)構(gòu)件的輪廓線將BIM模型與CAD圖紙?jiān)诮Y(jié)構(gòu)平面中對(duì)齊。選取構(gòu)件輪廓圖層和標(biāo)注圖層，分析和整理讀取的配筋信息，確保信息讀取準(zhǔn)確有效。最后將配筋信息寫入構(gòu)件的Revit屬性參數(shù)中。其技術(shù)路線如圖3所示[5]。

在此，以梁構(gòu)件為例闡述自動(dòng)讀取鋼筋的集中標(biāo)注和原位標(biāo)注過程。首先打開BIM模型，將CAD圖紙鏈接到Revit中，將CAD與BIM模型對(duì)齊，保證兩者平面位置關(guān)系一致。讀取CAD構(gòu)件邊線圖層、標(biāo)注和引線圖層，確定樓層平面，如圖4所示。讀取結(jié)構(gòu)梁配筋結(jié)果如圖5所示，包括梁的類型名、族類型名、箍筋、肢數(shù)、上部通長(zhǎng)筋、下部通長(zhǎng)筋、構(gòu)造或抗扭鋼筋、支座負(fù)筋，并將配筋信息寫入結(jié)構(gòu)梁構(gòu)件的屬性中。

圖3 鋼筋集中標(biāo)注、原位標(biāo)準(zhǔn)信息讀取技術(shù)路線

圖4 讀取設(shè)置面板

圖5 結(jié)構(gòu)梁配筋讀取結(jié)果

其中，支座負(fù)筋由于梁有多跨，涵蓋了左側(cè)支座負(fù)筋、右側(cè)支座負(fù)筋、箍筋等情況，數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，因此采用復(fù)合數(shù)據(jù)形式來記錄配筋信息，如圖6所示。

圖6 支座負(fù)筋配筋信息記錄圖

2.3 自動(dòng)讀取配筋明細(xì)表

基于Revit的BIM鋼筋算量軟件通過讀取鋼筋明細(xì)表中表格線、表格文字內(nèi)容，將CAD中構(gòu)件編號(hào)名稱與BIM模型中構(gòu)件族類型名稱一一對(duì)應(yīng)關(guān)聯(lián)匹配，將對(duì)應(yīng)的配筋信息寫入構(gòu)件的Revit屬性參數(shù)中。其技術(shù)路線如圖7所示。

圖7 鋼筋明細(xì)表信息提取技術(shù)路線

首先，在Revit模型中鏈接CAD圖紙鋼筋明細(xì)表，明確需要配筋的構(gòu)件樓層，可以同時(shí)選中多個(gè)樓層。然后將鋼筋明細(xì)表圖元分解成表格的橫線、縱線和文字，作為讀取數(shù)據(jù)源。讀取表格橫縱線和文字信息，得到表格中行列準(zhǔn)確的位置信息、編號(hào)名稱、具體配筋信息。在此，以某項(xiàng)目地下一層剪力墻上洞口連梁明細(xì)表為例，如圖8所示。

圖8 剪力墻上洞口連梁明細(xì)表

讀取鋼筋明細(xì)表后，Revit模型中的連梁構(gòu)件與之對(duì)應(yīng)，配筋信息傳遞到Revit構(gòu)件屬性中，具體如圖9所示，讀取了梁的編號(hào)、類型、上部縱筋、下部縱筋、箍筋、腰筋信息。

圖9 連梁配筋明細(xì)表讀取結(jié)果

3 快速創(chuàng)建三維鋼筋與鋼筋校核

現(xiàn)階段，所有BIM軟件基本都無法將整個(gè)工程的鋼筋創(chuàng)建出來指導(dǎo)施工和工程量計(jì)算。主要原因是我國(guó)結(jié)構(gòu)施工圖基本都是參與平面表示方法，鋼筋的節(jié)點(diǎn)類型多、樣式復(fù)雜，現(xiàn)有軟件只能逐根創(chuàng)建鋼筋，效率低。

為此，在開發(fā)本系統(tǒng)時(shí)，將《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》(包含11G101和16G101兩部)平法圖集內(nèi)置到系統(tǒng)中。本系統(tǒng)共計(jì)包含259種鋼筋節(jié)點(diǎn)類型和634種具體節(jié)點(diǎn)工程做法。系統(tǒng)根據(jù)構(gòu)件類型、所處位置和相交構(gòu)件連接方式等因素自動(dòng)判斷各構(gòu)件節(jié)點(diǎn)類型和鋼筋節(jié)點(diǎn)樣式所對(duì)應(yīng)的平法圖集構(gòu)造做法，包含了鋼筋彎鉤類型和長(zhǎng)度、錨固長(zhǎng)度、搭接長(zhǎng)度等信息設(shè)置，如圖10所示。每個(gè)節(jié)點(diǎn)類型均可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況選擇默認(rèn)的圖集構(gòu)造做法[6-8]。

圖10 鋼筋節(jié)點(diǎn)做法設(shè)置

在Revit模型中選擇該構(gòu)件，創(chuàng)建三維鋼筋，彈出“創(chuàng)建三維鋼筋”設(shè)置窗口，如圖11所示。在“創(chuàng)建三維鋼筋”設(shè)置窗口中可以對(duì)想要?jiǎng)?chuàng)建的鋼筋種類進(jìn)行勾選，軟件默認(rèn)為全部創(chuàng)建。點(diǎn)擊確定后，軟件將對(duì)構(gòu)件創(chuàng)建三維鋼筋，效果如圖12所示[9]。

圖11 創(chuàng)建三維鋼筋設(shè)置面板

圖12 三維鋼筋顯示圖

由于Revit軟件自身圖形顯示受限，項(xiàng)目文件無法全部創(chuàng)建三維鋼筋，因此我們一般只對(duì)特殊構(gòu)件和鋼筋節(jié)點(diǎn)創(chuàng)建三維鋼筋，但是配筋信息可以全部寫入模型中，為實(shí)現(xiàn)鋼筋算量提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。創(chuàng)建三維鋼筋可以形象地顯示構(gòu)件內(nèi)部的鋼筋構(gòu)造，便于直觀地核查構(gòu)件的配筋信息和節(jié)點(diǎn)構(gòu)造形式。

4 快速鋼筋算量及生成報(bào)表

快速鋼筋算量對(duì)整個(gè)模型所有構(gòu)件關(guān)聯(lián)的配筋信息根據(jù)鋼筋類型、鋼筋等級(jí)、直徑來進(jìn)行長(zhǎng)度、重量計(jì)算。計(jì)算匯總根據(jù)樓層、算量類型、鋼筋級(jí)別、鋼筋直徑對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行匯總。點(diǎn)擊計(jì)算匯總后彈出計(jì)算匯總頁面，如圖13所示[10-11]。

本系統(tǒng)支持快速過濾和高級(jí)過濾兩種方式對(duì)匯總結(jié)果進(jìn)行篩選查看，可以選擇任意類型構(gòu)件、任意樓層、任意鋼筋級(jí)別、任意鋼筋直徑，如圖14所示。以某項(xiàng)目1F的柱為例，匯總結(jié)果篩選如圖15所示[12]。

圖13 計(jì)算匯總面板

圖14 快速過濾選擇

圖15 快速過濾結(jié)果

計(jì)算完成后，生成工程上常用的鋼筋報(bào)表，報(bào)表支持導(dǎo)出、打印等常用功能。在“鋼筋算量”菜單中選擇“報(bào)表”。報(bào)表形式多樣，我們可以根據(jù)自己需要來選擇查看，可以按樓層、構(gòu)件大類、算量類型、鋼筋類型、鋼筋直徑等進(jìn)行匯總查看，如圖16所示，可以快速獲得自己重點(diǎn)關(guān)注的數(shù)據(jù)。

圖16 報(bào)表面板

4 工程實(shí)踐

本文以中興通訊智能制造基地項(xiàng)目為鋼筋算量樣例進(jìn)行工程實(shí)踐，以廣聯(lián)達(dá)算量為行業(yè)的金標(biāo)準(zhǔn)，用BIM算量系統(tǒng)結(jié)果與廣聯(lián)達(dá)算量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析。這里選取二層結(jié)構(gòu)軸線1-10交A-E范圍的梁柱鋼筋量為例進(jìn)行介紹，廣聯(lián)達(dá)鋼筋量為90.568t，八局算量系統(tǒng)鋼筋量為91.076t，相差率為0.56%。選取二層框架梁KLx-1鋼筋算量對(duì)比分析，整體誤差為0.3%，如圖17所示。通過分別對(duì)框架梁KLx-1上部通長(zhǎng)筋、下部縱筋、支座負(fù)筋、箍筋、抗扭鋼筋進(jìn)行鋼筋算量分析，發(fā)現(xiàn)誤差在于箍筋彎鉤長(zhǎng)度，廣聯(lián)達(dá)鋼筋為11.9d，八局算量系統(tǒng)為12.89d。箍筋為HRB400，根據(jù)規(guī)范要求彎鉤計(jì)算長(zhǎng)度應(yīng)為12.89d，因此，這里八局計(jì)算結(jié)果更準(zhǔn)確。選取二層框架柱KZ-1進(jìn)行鋼筋算量對(duì)比，總體誤差為0.99%，如圖18所示。通過分別對(duì)框架柱KZ-1縱筋、箍筋進(jìn)行鋼筋算量對(duì)比分析，發(fā)現(xiàn)誤差在于箍筋工程量，由于本項(xiàng)目采用機(jī)械連接，不需考慮縱筋搭接區(qū)箍筋加密，因此這里八局算量系統(tǒng)有待優(yōu)化。

圖17 二層框架梁KLx-1鋼筋算量對(duì)比

圖18 二層框架柱KZ-1鋼筋算量對(duì)比

5 結(jié)論

綜上所述，本系統(tǒng)基于Revit的二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)三維鋼筋快速算量，拓展了BIM在鋼筋工程中的應(yīng)用，為鋼筋深化與優(yōu)化、鋼筋下料、鋼筋算量與成本控制等提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，極大地挖掘了BIM在鋼筋工程中的應(yīng)用價(jià)值。一方面，在BIM鋼筋算量方面取得了突破和進(jìn)步，另一方面本系統(tǒng)也存在一定的局限性和提升的空間。由于鋼筋節(jié)點(diǎn)復(fù)雜多變，我們目前積累的節(jié)點(diǎn)還需要不斷豐富，以便提高工作效率。雖然系統(tǒng)允許用戶自定義圖形樣式，增加了鋼筋建模的開放性和靈活性，然而導(dǎo)致一些構(gòu)件無法準(zhǔn)確分析出其幾何數(shù)據(jù)。此外，本系統(tǒng)的計(jì)算內(nèi)核也是依托于Revit平臺(tái)，其處理圖形的數(shù)據(jù)比較慢，也不允許使用多線程，導(dǎo)致本系統(tǒng)在計(jì)算速度上等待時(shí)間稍長(zhǎng)。