王 蕊, 馮 學(xué) 敏, 黃 志 澎

(中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司,四川 成都 610072)

1 工程概況

多諾水電站位于四川省九寨溝縣黑河上游,是黑河-白水江流域梯級(jí)電站龍頭水庫(kù),電站采用混合式開發(fā)方式,由攔河大壩、泄洪洞、放空洞等建筑物組成,工程規(guī)模屬中型,裝機(jī)容量2×50 MW,工程等別為三等,首部樞紐的攔河大壩座落在深厚覆蓋層上的鋼筋混凝土面板堆石壩,最大壩高112.5 m,上游壩坡1∶1.4,下游平均壩坡為1∶1.5,設(shè)置三級(jí)馬道,面板壩壩體斷面分成四個(gè)主要區(qū):即墊層區(qū)、過(guò)渡區(qū)、主堆石區(qū)及次堆石區(qū)。面板中部配單層雙向鋼筋,面板縱向配筋率采用0.4%,橫向配筋率采用0.35%[1]。電站大壩結(jié)構(gòu)采用全三維正向設(shè)計(jì),面板堆石壩模型見圖1。

圖1 多諾水電站的面板堆石壩模型

2 RebarSmart 軟件簡(jiǎn)介

目前鋼筋圖的繪制主要采用AutoCAD軟件,設(shè)計(jì)人員在典型剖面上繪制鋼筋,然后對(duì)鋼筋型式、等級(jí)、數(shù)量、長(zhǎng)度進(jìn)行復(fù)核和修改。當(dāng)鋼筋型號(hào)、型式、配筋規(guī)則變更,設(shè)計(jì)人員需修改更新每個(gè)剖面圖的鋼筋信息,并重新統(tǒng)計(jì)鋼筋數(shù)量,效率低下,錯(cuò)誤率高,工作強(qiáng)度大[2]。

大型水電站設(shè)計(jì)涉及專業(yè)性強(qiáng),存在大量的復(fù)雜非標(biāo)結(jié)構(gòu),鋼筋圖具有復(fù)用性低,圖紙量大的特點(diǎn),采用傳統(tǒng)方式進(jìn)行鋼筋圖設(shè)計(jì)、校審工作量極大,“錯(cuò)、漏、碰”檢查困難[3]。

為了解決以上問(wèn)題,中國(guó)電建成都院基于達(dá)索3D Experience平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱3DE)開發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的RebarSmar鋼筋數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)集成系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜混凝土結(jié)構(gòu)的三維布筋、三維校審、二維出圖、自動(dòng)標(biāo)注、工程量統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)更新、下料加工、數(shù)據(jù)交付的完整流程,實(shí)現(xiàn)了三維鋼筋設(shè)計(jì)的參數(shù)化、一體化和智能化,極大地提升鋼筋設(shè)計(jì)效率和質(zhì)量。三維鋼筋設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)見圖2,三維鋼筋數(shù)字化設(shè)計(jì)工具條見圖3,鋼筋二維圖工具條見圖4。

圖2 三維鋼筋設(shè)計(jì)系統(tǒng)架構(gòu)

圖3 三維鋼筋數(shù)字化設(shè)計(jì)工具條

圖4 鋼筋二維圖工具條

3 RebarSmart軟件在多諾水電站面板堆石壩面板結(jié)構(gòu)配筋設(shè)計(jì)中應(yīng)用

3.1 數(shù)字化鋼筋三維布置

多諾水電站的堆石壩面板結(jié)構(gòu)位于壩體上游面,具有防滲作用。為符合壩體變形和施工條件,應(yīng)根據(jù)需要對(duì)面板進(jìn)行分縫分塊處理。因此,每個(gè)面板、趾板結(jié)構(gòu)均為非標(biāo)結(jié)構(gòu),不同部位的外觀、長(zhǎng)度均不同,即使是同一個(gè)面板結(jié)構(gòu),其厚度隨著高度變化,在不同部位的布筋型式和鋼筋參數(shù)也不同。采用傳統(tǒng)方式對(duì)每個(gè)非標(biāo)結(jié)構(gòu)進(jìn)行鋼筋圖設(shè)計(jì),效率低下且易出錯(cuò)。基于RebarSmart軟件的高效布筋算法和靈活布筋功能,可以快速實(shí)現(xiàn)三維布筋和工程量計(jì)算。

通過(guò)3DE平臺(tái)完成多諾水電站的面板壩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),面板、趾板結(jié)構(gòu)圖見圖5。根據(jù)結(jié)構(gòu)分析計(jì)算成果確定鋼筋的布置參數(shù),包括鋼筋形式、鋼筋直徑、鋼筋等級(jí)、鋼筋保護(hù)層厚度、鋼筋輔助延長(zhǎng)方向及長(zhǎng)度、尾部彎鉤角度及長(zhǎng)度等。確定好布置參數(shù)后,通過(guò)RebarSmart軟件進(jìn)行完成三維鋼筋設(shè)計(jì)。通過(guò)預(yù)覽方式查看鋼筋布置結(jié)果,可再次編輯調(diào)整,還可根據(jù)自身需求對(duì)鋼筋模型進(jìn)行分色顯示和顯隱管理,如三維模型的全部顯示、部分顯示、只顯示鋼筋軸線等[4]。提高了設(shè)計(jì)人員檢查鋼筋布置的合理性。面板結(jié)構(gòu)上部的鋼筋設(shè)計(jì)見圖6,面板結(jié)構(gòu)下部的鋼筋設(shè)計(jì)見圖7,趾板結(jié)構(gòu)的鋼筋設(shè)計(jì)見圖8。

圖5 面板、趾板結(jié)構(gòu)圖

圖6 面板結(jié)構(gòu)上部的鋼筋設(shè)計(jì)

圖7 面板結(jié)構(gòu)下部的鋼筋設(shè)計(jì)

圖8 趾板結(jié)構(gòu)的鋼筋設(shè)計(jì)

當(dāng)鋼筋的任意參數(shù)發(fā)生變化,可根據(jù)變化的參數(shù)選擇相應(yīng)的快速修改工具,“修改鋼筋等級(jí)”“修改鋼筋直徑”“批量修改鋼筋編號(hào)”,也可使用“全參數(shù)編輯鋼筋”修改所有參數(shù)或批量更新,鋼筋編輯工具見圖9。

圖9 鋼筋編輯工具

3.2 數(shù)字化鋼筋三維校審

基于布置好的三維鋼筋模型,RebarSmart軟件提供了“創(chuàng)建校審視圖”“屬性查看”“模型范圍查看”等工具,三維鋼筋校審工具見圖10,輔助校審人員進(jìn)行三維校審。其中“創(chuàng)建校審視圖”能記錄當(dāng)前視圖視點(diǎn)、視角信息以及所有鋼筋組的顯隱、顏色、參數(shù)等信息,通過(guò)不同視圖切換,快速定位工作視圖或所檢查的部位,面板結(jié)構(gòu)三維校審視圖見圖11,趾板結(jié)構(gòu)三維校審視圖見圖12,該功能幫助校審人員記錄校審過(guò)程,極大的提高了鋼筋校審人員的工作效率。

圖10 三維鋼筋校審工具

圖11 面板結(jié)構(gòu)三維校審視圖

圖12 趾板結(jié)構(gòu)三維校審視圖

3.3 數(shù)字化鋼筋二維出圖

基于三維鋼筋模型,利用創(chuàng)建三維剖切面功能,通過(guò)手動(dòng)選擇或批量選擇三維結(jié)構(gòu)和鋼筋對(duì)象,自動(dòng)抽取要出圖的鋼筋對(duì)象,生成三維剖切面,然后投影生成二維鋼筋圖,面板結(jié)構(gòu)鋼筋的斜面展開圖見圖13,面板結(jié)構(gòu)鋼筋的剖面圖見圖14,趾板結(jié)構(gòu)圖見圖15,趾板結(jié)構(gòu)鋼筋圖見圖16。

圖13 面板結(jié)構(gòu)鋼筋的斜面展開圖

圖14 面板結(jié)構(gòu)鋼筋的剖面圖

圖15 趾板結(jié)構(gòu)圖

圖16 趾板結(jié)構(gòu)鋼筋圖

在3DE的工程制圖模塊中,運(yùn)用標(biāo)注工具完成二維鋼筋圖的標(biāo)注。軟件根據(jù)鋼筋的表達(dá)方式,提供點(diǎn)筋標(biāo)注和線筋標(biāo)注;根據(jù)標(biāo)注對(duì)象數(shù)量,提供單選和框選兩種選擇對(duì)象方式;根據(jù)選擇的標(biāo)注對(duì)象,軟件自動(dòng)識(shí)別、標(biāo)注鋼筋信息,如編號(hào)、等級(jí)、直徑、間距。

此外,通過(guò)鋼筋統(tǒng)計(jì)工具,可一鍵創(chuàng)建鋼筋明細(xì)表和鋼筋材料表,自動(dòng)生成鋼筋型式圖,自動(dòng)統(tǒng)計(jì)鋼筋信息[5],包括鋼筋編號(hào)、直徑、長(zhǎng)度、根數(shù)、重量等。提高了算量的速度和準(zhǔn)確性。一鍵生成鋼筋表見圖17,一鍵生成工程量表見圖18。

圖17 一鍵生成鋼筋表

圖18 一鍵生成工程量表

3.4 鋼筋模型與圖紙的關(guān)聯(lián)更新

Rebarsmart軟件以三維鋼筋全信息模型為唯一數(shù)據(jù)源,實(shí)現(xiàn)了關(guān)聯(lián)驅(qū)動(dòng)、逆向追溯、正向更新功能,保證了模型、圖紙、工程量的一致性。模型與圖紙關(guān)聯(lián)更新見圖19。

圖19 模型與圖紙關(guān)聯(lián)更新

當(dāng)結(jié)構(gòu)模型或布筋參數(shù)發(fā)生變化,只需批量更新三維鋼筋模型和二維鋼筋圖,便可達(dá)到二維圖中鋼筋標(biāo)注信息、鋼筋材料表、明細(xì)表同步更新,保證圖紙的正確性,解決傳統(tǒng)二維設(shè)計(jì)變更修改出現(xiàn)“錯(cuò)、漏、缺”,效率低等問(wèn)題。

該系統(tǒng)在該項(xiàng)目實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、鋼筋設(shè)計(jì)、工程出圖的全過(guò)程三維數(shù)字化設(shè)計(jì),顯著提高設(shè)計(jì)效率,大幅減少了設(shè)校審時(shí)間。建議下一步研究更高效的三維布筋工具和算法,實(shí)現(xiàn)典型結(jié)構(gòu)的一鍵布筋和自動(dòng)成圖,并研究鋼筋下料優(yōu)化和數(shù)控加工接口,形成專業(yè)的鋼筋數(shù)字化設(shè)計(jì)工具;建立項(xiàng)目級(jí)的鋼筋數(shù)據(jù)中心,為方案比選、工程量管理和采購(gòu)提供數(shù)據(jù)支撐,提升工程數(shù)據(jù)平臺(tái)服務(wù)能力。

4 結(jié) 語(yǔ)

RebarSmart軟件為土木水利水電工程的大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)的鋼筋數(shù)字化設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)集成提供一站式的解決方案,實(shí)現(xiàn)了三維布筋、三維校審、二維出圖、自動(dòng)標(biāo)注、工程量統(tǒng)計(jì)、關(guān)聯(lián)更新、下料加工、數(shù)據(jù)交付的完整流程,顯著提升了中國(guó)土木水利水電行業(yè)的鋼筋數(shù)字化設(shè)計(jì)出圖效率,具有廣闊的應(yīng)用前景[6]。

隨著軟件系統(tǒng)的不斷完善和提高,未來(lái)可應(yīng)用于施工或EPC總承包領(lǐng)域,為材料統(tǒng)計(jì)、鋼筋下料、數(shù)控加工、物流配送、裝配式安裝等提供管理手段和數(shù)據(jù)支撐。