三维钢筋出图技术在水电工程中的应用

文伏灵， 黄志澎， 冯 奕

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司， 成都 610072)

0 前 言

长期以来，水电工程具有大量钢筋混凝土结构，结构形式复杂多样，钢筋图工作量大、设计过程繁琐、容易出错等问题长期困扰着工程设计人员，二维设计模式下，校核人员依靠复核图纸困难，工作效率低。

BIM技术的发展为三维钢筋设计提供了可能。由于水电水利行业的混凝土结构大体积、非标准等特点，建筑行业的三维结构钢筋软件难以适用，需要针对性地开发水电工程三维钢筋设计的工具和软件。

1 RebarSmart系统方案

RebarSmart钢筋三维数字化设计系统，是基于国际领先的三维设计软件平台CATIA，利用CAA二次开发接口，以面向三维布筋、钢筋下料施工、数字交付为出发点，从顶层进行系统架构设计，结合大体积混凝土结构的特点，开发了三维布筋、三维校审、快速出图、钢筋报表自动统计、模型/图纸/工程量的关联更新等功能，以点带面，逐步研究，打通三维布筋到二维出图、工程量统计的设计流程，实现设计成果的数字交付，该系统的主要功能模块如图1所示。

2 RebarSmart三维钢筋出图

2.1 钢筋设计二维出图方式

一种方式是在传统的二维设计软件上(AutoCAD等)，利用二次开发技术进行绘制工具的定制开发，设计人员通过想象建立三维结构的模型，参考混凝土配筋规范，进行钢筋布置，需要大量的计算、绘制由设计人员通过软件交互的方式“一笔一划”的画出钢筋的平面图、剖面图。

图1 RebarSmart系统功能示意

另一种方式是在三维软件基础上，设计人员完成混凝土结构的建模，利用三维钢筋设计工具进行钢筋布置，通过在典型断面与关键部位剖切三维钢筋模型，投影至二维平面，形成钢筋平面图、剖面图，如图2所示。

该方案虽已不需要设计人员进行过多的干预和抽象化处理，提高了设计效率，但是交付施工蓝图时，现场施工人员仍需要通过空间想象还原设计人员的配筋方案。

2.2 RebarSmart钢筋设计三维出图方式

RebarSmart系统以面向三维布筋、钢筋下料施工、数字交付为出发点，从顶层进行系统架构设计，结合土木水利大体积混凝土结构的特点，实现了“三维布筋、三维校审、自动标注、工程量统计、数字交付”的完整流程，首先设计人员利用三维布筋模块完成混凝土结构的钢筋布置，校核人员借助三维校审模块对钢筋的布置、钢筋样式、钢筋量进行复核，通过校核后，生成混凝土结构与三维钢筋模型的三维轴测图，利用钢筋出图模块，完成三维钢筋图标注、钢筋表生成与工程量统计。

图2 传统二维平面钢筋示意

钢筋三维图可准确清晰表达钢筋设计方案，图面简洁，对于需要多个剖面、几张图纸才能表达完整的混凝土钢筋布置方案，钢筋三维图只需要不同角度的钢筋三维图即可表达清楚，且在现场的施工人员可通过钢筋三维图直接理解钢筋布置方案，快速制定施工方法与工序，加快工程进度，如图3所示。

图3 三维钢筋示意

3 工程应用

以某工程贴坡导墙钢筋图为例，叙述Rebar-Smart钢筋三维出图的应用情况。

3.1 工程基本情况

该水电站贴坡导墙为右岸布置。导墙为圆弧面结构，尺寸半径R=94.45 m，尺寸为12.54 m×5.5 m×11 m(长×宽×高)，采用二维布筋剖切面较多，如图4所示。

3.2 三维钢筋设计

RebarSmart系统可通过组合不同布筋命令实现对水工结构的布筋，对于较为复杂或有特殊布筋要求的布筋面，可通过内部组合命令或自定义钢筋等功能完成钢筋布置，例如结构贴坡面由于存在一定的坡比与弧度，其水平钢筋要求垂直间距为20 cm，如图5所示。

图4 贴坡导墙三维模型

图5 RebarSmart三维钢筋创建

利用RebarSmart系统三维钢配筋模块进行配筋设计。选择需要布置钢筋的结构面，根据结构计算制定配筋参数，输入保护层厚度、钢筋直径、间距、钢筋等级、锚固长度，最后生成钢筋实体模型(见图6)。

图6 三维钢筋实体模型

3.3 钢筋编号管理

RebarSmart钢筋设计系统的编号管理功能，可实现钢筋组编号的增、删、改等功能，并可根据修改钢筋组编号，实现后续编号自动递延更新。贴坡导墙结构钢筋布置完成后，将该结构按照贴坡与导水墙分部位进行编号，如图7所示。

3.4 钢筋三维校审

利用RebarSmart钢筋设计系统，将贴坡导墙结构中的所有钢筋组显示首尾根钢筋，校审人员在平台上使用视图管理工具，辅助钢筋信息查询功能对结构的关键部位配筋方案进行检查，提高校审人员效率，如图8所示。

图7 RebarSmart钢筋编号管理

图8 RebarSmart钢筋三维校审信息查询

3.5 钢筋三维出图

在完成钢筋校审后，抽取贴坡导墙的结构线，创建三维钢筋轴测图，对于钢筋布置较为复杂的导水墙结构单独生成局部三维钢筋轴测图，在工程图模块下，利用RebarSmart钢筋系统的点筋组、线筋组标注功能自动统计该组钢筋的根数、直径、间距等信息，完成钢筋的标注，如图9所示。

图9 RebarSmart三维钢筋标注

利用RebarSmart钢筋设计系统，追溯并统计三维钢筋模型信息，一键自动生成钢筋表、材料表以及钢筋明细表，包含钢筋型式图、尺寸标注、钢筋长度以及长度差值△L等信息，其统计的信息准确，极大地减少了设计人员的统计与校核工作量，如图10所示。

最终，利用RebarSmart钢筋设计系统完成的贴坡导墙三维钢筋图如图11所示。

钢筋表

图10 RebarSmart钢筋表在自动统计

图11 贴坡导墙三维钢筋示意

3.6 钢筋三维模型与二维工程图纸关联更新

RebarSmart钢筋设计系统在利用CATIA更新机制的基础上，解决了三维模型或布筋方案发生修改后二维图纸无法同步的重大难题。当贴坡导墙三维模型编辑后，三维钢筋模型自动完成更新，二维图中钢筋标注和钢筋表追溯三维模型中的钢筋信息完成同步更新，如图12所示。

图12 钢筋三维模型与二维图关联更新

4 结 论

本文以某工程贴坡导墙结构为实例，阐述了RebarSmart软件在实际工程项目中钢筋图设计的应用，通过直观简便的三维钢筋布置，极大地简化了钢筋设计过程中的空间思维，配合三维钢筋校审工具，提高了校核审查人员工作效率，利用三维模型与工程图的关联更新机制，解决了配筋方案反复变更后带来的“改图、重复统计工程量”的难题。

本文提出了结合传统二维工程图，以创新的三维钢筋图表达水工结构的配筋方案，该方法图面简洁、钢筋表达清晰，工程量统计准确，无需经过大脑想象重构钢筋模型，直接指导现场人员进行施工。通过在实际工程设计的成功应用，减少“错、漏、缺”等错误和返工浪费，提高了设计质量和设计效率，缩短了设计周期。