BIM技术在预制T梁钢筋设计优化中的应用

陈刚

作者简介：

陈 刚（1974—），高级工程师，主要从事高速公路及铁路建设项目工程管理工作。

摘要：路桥工程中预制T梁施工工艺现已非常成熟，但T梁的二维设计图纸未考虑具体施工过程中钢筋与钢筋、钢筋与波纹管之间的干扰问题，由此给T梁施工带来了诸多不便。而且钢筋安装过程中往往存在工人为了方便施工擅自减少钢筋、切断钢筋或是波纹管位置安装不准确等问题。为解决这些问题，文章采用BIM技术对T梁设计进行优化，根据设计图纸采用Reivt软件对预制T梁、钢筋及波纹管进行三维建模，在Navisworks软件中进行碰撞检查，根据碰撞检查结果对预制T梁钢筋进行调整，并得出调整后的钢筋设计图纸。优化后的设计图纸能显著减少施工过程中的钢筋安装问题。

关键词：预制T梁;钢筋;波纹;三维建模;碰撞检查;优化

中国分类号：U445.47+2A301123

0 引言

BIM技术目前在国内推广已有十余年，其应用价值已经得到了广泛的认可，尤其是在房建工程领域的应用已经比较成熟，在三维图纸会审、碰撞检查、管综优化方面已形成可复制推广的成熟应用。但是在路桥施工领域，BIM技术的探索及应用才刚起步，目前虽然已有许多单位开始在路桥领域开展BIM技术应用研究，但大多数未涉及工程项目的一项重要组成构件，即钢筋。由于二维图纸对钢筋的空间关系表达并不准确，在实际施工中往往出现钢筋打架、无法继续安装等问题。而采用BIM技术对钢筋进行三维建模优化、试安装、碰撞检查，将大大降低钢筋安装过程中的难度，对提高工程建设项目工作效率、节约施工成本、降低经济风险等都将起到积极作用。

1 工程概况

剑河至榕江高速公路14标段起讫桩号为K101+150～K109+889，全长8.74 km。本项目共有桥梁5座/2 206.5 m，预制T梁550片。其中30 m T梁385片、40 m T梁165片。本文以30 m標准T梁为例，采用Revit软件对T梁混凝土、钢筋、波纹管进行精细化三维建模，采用Navisworks软件对模型进行碰撞检测，最后得出优化调整后的施工图。

2 三维建模

2.1 T梁三维建模

本项目共有6种形式的标准T梁，分别是：设80伸缩缝中梁、设80伸缩缝边梁、设160伸缩缝中梁、设160伸缩缝边梁、中跨中梁以及中跨边梁。本次设计优化选用30 m标准中跨中梁进行建模，建模之前需要仔细审读施工图，理解图中的混凝土结构几何尺寸、预应力钢束布置以及普通钢筋布置信息。T梁三维模型的结构尺寸按图纸设计尺寸1∶1进行建模。T梁半立面尺寸如图1所示。

在Revit软件中采用公制结构框架族模板进行建模，通过拉伸、放样、融合等命令分别建出T梁的肋板、翼板、横隔板、齿块等构件，通过连接命令将这些构件组合成一个整体。建好后的T梁混凝土三维模型如图2所示。

2.2 钢筋、波纹管建模

钢筋建模之前首先将T梁族模型载入项目文件中，在项目文件中建立结构钢筋。严格按照设计图纸中给定的钢筋编号、形状、直径、尺寸、间距及位置等信息进行钢筋建模。在设置好保护层厚度后，等截面处的钢筋可通过钢筋集的方式直接创建，无须再进行手动调整。需要注意的是部分变截面处的钢筋绘制出来后需要进行手动调整，如梁肋变截面处马蹄筋、负弯矩齿板箍筋等。T梁整体钢筋模型如图3所示。

波纹管建模采用公制体量族模板。首先根据T梁预应力钢束布置图求出每一根波纹管相对于T梁中心的x、y、z坐标（坐标原点取T梁肋板底面中心处，梁长方向每1 m设一个点），将坐标制成Excel表格。再利用Dynamo插件读取表格数据，采用样条曲线连接各点，在族文件中生成波纹管的中心线，该中心线为波纹管设计中心线拟合的样条曲线。然后设置垂直于波纹管中心线的工作平面，在工作平面上以波纹管外径为直径绘制圆形放样轮廓，利用生成的形状命令生成该波纹管的三维模型。最后将波纹管族文件载入项目文件中，插入点为项目文件中的T梁底面中心点。由此得到波纹管位置准确的T梁三维模型。如图4所示。

3 碰撞检查、调整

3.1 碰撞检查

在Navisworks软件中进行碰撞检查，并将全部T梁、钢筋、波纹管模型导入Navisworks软件中。在进行碰撞检查之前应首先设置好碰撞检查规则（本文只讨论钢筋与波纹管间的碰撞）：碰撞类型设置为“硬碰撞（保守）”，公差设置为0.01 m，其依据为波纹管在梁高方向的安装误差为±10 mm，因此10 mm以内的碰撞可以通过改变波纹管位置来调整，而这种变动在规范要求的误差容许范围内，故不作考虑。

运行碰撞检查后的结果显示波纹管与钢筋总的碰撞点合计有209处，其中波纹管N1与钢筋碰撞点49处，波纹管N2与钢筋碰撞点35处，波纹管N3与钢筋碰撞点27处，波纹管-N1与钢筋碰撞点41处，波纹管-N2与钢筋碰撞点57处。

3.2 钢筋调整

根据碰撞检查结果可将这些碰撞分成两大类：（1）适当调整钢筋位置即可避免的碰撞;（2）适当调整位置也无法避免，只能通过改变钢筋形状来避免的碰撞。

第一类碰撞主要是直线形钢筋与波纹管的碰撞，如横隔板直线筋、梁肋勾筋等，这类碰撞可按照设计图纸中的说明在钢筋安装过程中适当挪动钢筋的位置以避免，因此在模型中作适当的移动即可避免碰撞。

第二类碰撞主要是发生在马蹄筋、梁肋箍筋、齿板箍筋等闭合形状的钢筋中。此类型钢筋即使挪动位置也无法有效地避免与波纹管的冲突，因此要调整钢筋形状。如该钢筋为梁肋7号筋，钢筋直径为12 mm，该钢筋一共有28根与波纹管产生碰撞。调整方式为将两侧的斜线段钢筋的角度减小到可以从波纹管下方穿过以避免碰撞，其调整后的三维模型如图5所示。

其余钢筋与波纹管的碰撞均可按上述的两种方式进行调整。将全部的碰撞调整完毕后再对钢筋和波纹管进行碰撞检查，检查后的结果显示碰撞点数量为0。

4 出图

在所有的碰撞点校核调整完毕后即可对调整后的钢筋重新出施工图。对于第一类只需适当移动位置的钢筋可在施工过程中适当调整，钢筋形状并不发生变化，无须再另出施工图。本次只对第二类需要改变钢筋形状来避免碰撞的钢筋出优化后的施工图。利用Revit软件的出图功能，在模型中存在变更的钢筋处作相应的剖面，设置适当的剖面视图比例，在剖面中对各钢筋的型号及细部尺寸进行标注，在立面图中对钢筋位置及间距进行标注，然后将各视图添加到图纸中，最后添加文字说明。

5 结语

传统的二维图纸设计方式在表达预制T梁钢筋与波纹管、钢筋自身之间的关系上往往在存在局限，如未考虑钢筋的直径及弯曲半径对钢筋位置产生的影响、未考虑波纹管与钢筋的冲突等，在图纸会审阶段也往往未考虑这些冲突带来的影响。利用BIM技术在Revit软件中将混凝土、钢筋及波纹管等集成在一起，以三维可视化的方式将其空间关系表达清楚，再利用Navisworks软件的碰撞校核功能对产生冲突的构件进行检测，最后进行优化调整。此项应用为路桥结构工程领域图纸会审及设计优化提供了一种新思路及新方法，在施工过程中能大大减少返工、提高工程质量、节约工期，最终带来的是项目经济效益的提升。

参考文献：

[1]曾绍武，张学钢.BIM技术在预制T梁施工中的应用[J].施工技术，2017（6）：46-49.

[2]张为和.基于BIM的夜郎河双线特大桥施工应用方案研究[J].铁道标准设计，2015（3）：82-86.

[3]王 [HTXH1]珺，张人友.BIM三维与四维建模实例[J].工业建筑，2012，42（7）：179-182.

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