三维配筋在水电站厂房中的应用

廖腾耀

(新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000)

在水利水电工程设计中，特别水电站厂房设计，由于其涉及专业多、结构布置复杂，在进入技施图设计阶段后，所需绘制钢筋图的工作量大。中国建筑科学研究院开发的PKPM软件大幅度提高了水电站厂房上部框架、板、梁等规则构件的出图效率，已使用多年，是厂房专业结构设计人员的必备工具；但对于水电站厂房下部如风罩、蜗壳、尾水管等大体积异形结构，采用传统二维制图方式绘制钢筋图时，设计人员需先构思出结构体的样子，在二维平面上绘制结构线，再绘制表示钢筋的圆圈和钢筋线，添加钢筋标注，依次编号，编制钢筋表，寻找各个视图的对应关系，然后再一次次修改，工作量大、过程机械繁琐、耗时甚多，需要极强的空间想象能力和耐心，且易出错。对于一个结构设计师来说，应该将主要的精力放在方案布置和结构设计上，而我们却不得已把大量的时间和精力放在了“数钢筋、算钢筋和画钢筋”这种机械繁琐的制图过程中。Autodesk公司开发的Revit系列软件，除可以建立建筑物的三维模型外，也有三维配筋功能，但主要是板、梁、柱等规则构件，对于水工大体积异形结构效果不太理想，需进行二次开发。在实际生产中如何提高水工大体积异形结构钢筋图的质量和效率，是一直困扰并急需解决的问题。

1 “水工三维配筋软件”的特点及适用性

“水工三维配筋软件”(以下简称VisualFL)是为解决上述问题，在三维平台上开发的二、三维一体化设计系统。在软件操作方面，VisualFL软件包含“三维配筋软件bin”和“AutoCAD钢筋图插件”两部分。“三维配筋软件bin”的用户操作界面主要有菜单、工具栏、左侧特征管理树、右边图形区和最下面命令行和状态栏，如图1所示。它可导入用AutoCAD、Inventor、Revit等软件生成.sat或.stp格式的三维模型文件。设计人员通过调用合适的配筋命令在三维模型上布设钢筋，钢筋的空间布置状况可在右边图形区检查浏览，配置钢筋的规格参数在下方状态栏显示，配置钢筋形式和过程可在左侧特征管理树中管理并可根据设计意图修改钢筋信息，三维配筋完成后，可根据工程需要在任意位置定义剖切面同时生成工程图信息。最后通过“AutoCAD钢筋图插件”在AutoCAD中读取工程图信息并自动生成“带标注的二维钢筋图”和“钢筋统计表”，经设计人员布局调整后可形成钢筋图，软件操作界面简洁，概念清晰，使用方便，易于上手。在设计理念上，它从通用的三维模型入手，依据结构体面的几何布设钢筋，非常适合水工建筑物形状复杂多变的特点；在视觉上，它采用三维可视化设计，结构和钢筋的空间布置一清二楚，有效减少了设计中拐角、隐蔽部位钢筋缺、漏、碰等不合理情况，并保证钢筋详图设计中结构与钢筋信息的正确性。从而彻底将设计人员从繁琐的“数钢筋、算钢筋和画钢筋”制图过程中解脱出来，将主要的精力放在方案布置和结构设计上，提高了设计产品的质量和工作效率。

图1 三维配筋软件用户界面

2 “水工三维配筋软件”在厂房水下大体积异形结构中的应用

以水电站厂房水下结构尾水管扩散段为例，尾水管扩散段过流面为空间曲面，其结构沿水流方向剖切的横截面尺寸都不同。其结构表面垂直于水流方向的环向受力钢筋和顺水流方向的分布钢筋形式均为曲线，并且在实际中各相邻钢筋的形式及尺寸均不同，采用传统二维配筋时，往往需简化处理，选择若干典型剖面，通过平面、剖面投影计算钢筋的长度，这种方式很难准确、真实地反映出尾水管复杂多变的钢筋形式。

VisualFL软件可以解决以上问题，在三维模型的基础上，通过“面配筋”命令，选择尾水管过流面为配筋面，再选择垂直水流方向任意平面为参考面，最后输入需要配置钢筋的规格，就能布置出垂直于水流方向的环向受力钢筋，如图2所示。

图2 “面配筋”布置尾水管环向受力钢筋

顺水流方向的分布钢筋可以利用“钢筋配筋”命令完成布置，其原理是利用已布置好的原始钢筋，创建新的分布向钢筋。选择已经布置好的环向受力钢筋，再选择切线反向与已布置好的原始钢筋垂直，最后输入需要配置钢筋的规格，就能布置出顺水流方向的分布钢筋，如图3所示。

图3 “面配筋”布置尾水管分布钢筋

通过VisualFL软件，可快捷、准确对厂房水下大体积异形结构进行三维配筋，在可视化的三维图形区可以检查钢筋的空间布置状况，如图4所示；最后还能自动生成二维钢筋图、统计钢筋统计表，大大简化了配筋过程，避免了低层次机械劳动，节省了人力物力，有效缩短了设计周期。该软件已在新疆水利水电勘测设计研究院推广使用多年，有效提高了图纸产品的质量和出图的效率。

图4 尾水管钢筋空间布置状况

3 “水工三维配筋软件”在实际工程应用中的经验

通过近年来对VisualFL软件的使用，在软件操作方面总结出了一些技巧心得，现提出一些注意事项供大家参考。

(1)在配筋前，校、审需提前介入确保导入VisualFL软件中的模型布置合理，尺寸准确，避免后期重复工作。同时需了解各结构和配筋要求，并对结构体进行适当划分和规划，将其分成不同的部件，并按部件依次布筋，然后利用软件提供的钢筋布设和编辑工具，把钢筋准确地布置到结构体上，尽量一个部件配完再转下一个，切忌东配一个西配一个。

(2)在配筋前，建议先定义钢筋参数的样式，通过样式设置钢筋型号、直径、内外层、间距、保护层、端头特征等信息。这样在每次布筋时，不要重复输入钢筋参数，从而提高配筋效率。

(3)在配筋时要注意配筋顺序问题，应按照施工顺序从下至上依次配筋，充分利用软件所提供的可视化三维平台对结构的拐角、隐蔽部位重点关注，避免漏配或重复配置钢筋。

(4)每次布置完钢筋后，还须对钢筋进行仔细检查，保证钢筋单元挂在合适的部件节点上。选取特征树上面节点后，可以查看结构面上钢筋布置情况，检查是否布满了，或有无漏筋、重复布置钢筋等，并删除不需要的钢筋，或编辑钢筋使之符合设计要求。

(5)在三维配筋工作完成后，不必急于生成二维钢筋，应先进行校、审工作，保证配置钢筋的规格及形式满足结构设计要求，避免后期重复修改工作。

4 存在的问题与建议

VisualFL软件较传统二维配筋方式，其应用的价值有目共睹，但为了更高效、更快捷、更准确的完成钢筋图设计，提出以下几点建议。

(1)VisualFL软件提供了模型替换功能，可以用新几何模型替换当前配筋文档中的几何模型，但有时模型替换后，个别未做修改结构面的钢筋会“丢失”，需重新将钢筋拾取到结构面上，所以替换完模型需要重新检查所有结构面的钢筋情况，建议改进模型“替换”后软件的稳定性。

(2)对于厂房钢筋图来说，为满足各专业的要求，往往很多部位结构复杂并且钢筋形式多样，使用VisualFL软件生成这些部位剖面图时，会出现钢筋重叠等情况，需要人工调整图纸布局的工作量较大。

(3)前面已提到在三维配筋结束后就应进行校、审工作，避免生成二维钢筋图后出现较大的错误，造成工作反复。但即使这样，在生成钢筋图和钢筋表并加入标注和调整布局后，仍然会发现一些小错误，这时再重新调整三维配筋，重复工作量较大。建议软件在CAD中生成钢筋表的同时再生成与钢筋表对应可供修改的Excel文件，便于出图后局部钢筋的修改及钢筋量统计。

5 结语

VisualFL软件是以在三维平台为基础开发的二、三维一体化设计系统，可以导入任意结构型式的三维模型，并自动生成“钢筋图”和“钢筋表”。其操作简洁，使用方便，易于上手，经实际生产检验其成果准确，提高了生产效率及设计产品质量，将设计人员从繁琐的“钢筋图”中解脱出来；其可视化三维平台和特征管理树中的钢筋信息，也可以更好地帮助校、审人员检查钢筋信息及其空间布置状况，有效节省了人工成本。但在模型修改替换后软件稳定问题、复杂结构部位钢筋成图布局、自动生成的钢筋表信息提取等方面需进一步研发和改进，使其更好地适用于水工大体积异形结构三维配筋，更有效地提高生产力。