三维钢筋数字化设计系统在多诺面板堆石坝钢筋图设计中的应用研究

2024-01-02王蕊,冯学敏,黄志澎

四川水力发电 2023年6期

王蕊, 冯学敏, 黄志澎

(中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司,四川成都 610072)

1 工程概况

多诺水电站位于四川省九寨沟县黑河上游,是黑河-白水江流域梯级电站龙头水库,电站采用混合式开发方式,由拦河大坝、泄洪洞、放空洞等建筑物组成,工程规模属中型,装机容量2×50 MW,工程等别为三等,首部枢纽的拦河大坝座落在深厚覆盖层上的钢筋混凝土面板堆石坝,最大坝高112.5 m,上游坝坡1∶1.4,下游平均坝坡为1∶1.5,设置三级马道,面板坝坝体断面分成四个主要区:即垫层区、过渡区、主堆石区及次堆石区。面板中部配单层双向钢筋,面板纵向配筋率采用0.4%,横向配筋率采用0.35%[1]。电站大坝结构采用全三维正向设计,面板堆石坝模型见图1。

图1 多诺水电站的面板堆石坝模型

2 RebarSmart 软件简介

目前钢筋图的绘制主要采用AutoCAD软件,设计人员在典型剖面上绘制钢筋,然后对钢筋型式、等级、数量、长度进行复核和修改。当钢筋型号、型式、配筋规则变更,设计人员需修改更新每个剖面图的钢筋信息,并重新统计钢筋数量,效率低下,错误率高,工作强度大[2]。

大型水电站设计涉及专业性强,存在大量的复杂非标结构,钢筋图具有复用性低,图纸量大的特点,采用传统方式进行钢筋图设计、校审工作量极大,“错、漏、碰”检查困难[3]。

为了解决以上问题,中国电建成都院基于达索3D Experience平台(以下简称3DE)开发了具有自主知识产权的RebarSmar钢筋数字化设计和数据集成系统,实现了复杂混凝土结构的三维布筋、三维校审、二维出图、自动标注、工程量统计、关联更新、下料加工、数据交付的完整流程,实现了三维钢筋设计的参数化、一体化和智能化,极大地提升钢筋设计效率和质量。三维钢筋设计系统架构见图2,三维钢筋数字化设计工具条见图3,钢筋二维图工具条见图4。

图2 三维钢筋设计系统架构

图3 三维钢筋数字化设计工具条

图4 钢筋二维图工具条

3 RebarSmart软件在多诺水电站面板堆石坝面板结构配筋设计中应用

3.1 数字化钢筋三维布置

多诺水电站的堆石坝面板结构位于坝体上游面,具有防渗作用。为符合坝体变形和施工条件,应根据需要对面板进行分缝分块处理。因此,每个面板、趾板结构均为非标结构,不同部位的外观、长度均不同,即使是同一个面板结构,其厚度随着高度变化,在不同部位的布筋型式和钢筋参数也不同。采用传统方式对每个非标结构进行钢筋图设计,效率低下且易出错。基于RebarSmart软件的高效布筋算法和灵活布筋功能,可以快速实现三维布筋和工程量计算。

通过3DE平台完成多诺水电站的面板坝结构设计,面板、趾板结构图见图5。根据结构分析计算成果确定钢筋的布置参数,包括钢筋形式、钢筋直径、钢筋等级、钢筋保护层厚度、钢筋辅助延长方向及长度、尾部弯钩角度及长度等。确定好布置参数后,通过RebarSmart软件进行完成三维钢筋设计。通过预览方式查看钢筋布置结果,可再次编辑调整,还可根据自身需求对钢筋模型进行分色显示和显隐管理,如三维模型的全部显示、部分显示、只显示钢筋轴线等[4]。提高了设计人员检查钢筋布置的合理性。面板结构上部的钢筋设计见图6,面板结构下部的钢筋设计见图7,趾板结构的钢筋设计见图8。

图5 面板、趾板结构图

图6 面板结构上部的钢筋设计

图7 面板结构下部的钢筋设计

图8 趾板结构的钢筋设计

当钢筋的任意参数发生变化,可根据变化的参数选择相应的快速修改工具,“修改钢筋等级”“修改钢筋直径”“批量修改钢筋编号”,也可使用“全参数编辑钢筋”修改所有参数或批量更新,钢筋编辑工具见图9。

图9 钢筋编辑工具

3.2 数字化钢筋三维校审

基于布置好的三维钢筋模型,RebarSmart软件提供了“创建校审视图”“属性查看”“模型范围查看”等工具,三维钢筋校审工具见图10,辅助校审人员进行三维校审。其中“创建校审视图”能记录当前视图视点、视角信息以及所有钢筋组的显隐、颜色、参数等信息,通过不同视图切换,快速定位工作视图或所检查的部位,面板结构三维校审视图见图11,趾板结构三维校审视图见图12,该功能帮助校审人员记录校审过程,极大的提高了钢筋校审人员的工作效率。

图10 三维钢筋校审工具

图11 面板结构三维校审视图

图12 趾板结构三维校审视图

3.3 数字化钢筋二维出图

基于三维钢筋模型,利用创建三维剖切面功能,通过手动选择或批量选择三维结构和钢筋对象,自动抽取要出图的钢筋对象,生成三维剖切面,然后投影生成二维钢筋图,面板结构钢筋的斜面展开图见图13,面板结构钢筋的剖面图见图14,趾板结构图见图15,趾板结构钢筋图见图16。

图13 面板结构钢筋的斜面展开图

图14 面板结构钢筋的剖面图

图15 趾板结构图

图16 趾板结构钢筋图

在3DE的工程制图模块中,运用标注工具完成二维钢筋图的标注。软件根据钢筋的表达方式,提供点筋标注和线筋标注;根据标注对象数量,提供单选和框选两种选择对象方式;根据选择的标注对象,软件自动识别、标注钢筋信息,如编号、等级、直径、间距。

此外,通过钢筋统计工具,可一键创建钢筋明细表和钢筋材料表,自动生成钢筋型式图,自动统计钢筋信息[5],包括钢筋编号、直径、长度、根数、重量等。提高了算量的速度和准确性。一键生成钢筋表见图17,一键生成工程量表见图18。

图17 一键生成钢筋表

图18 一键生成工程量表

3.4 钢筋模型与图纸的关联更新

Rebarsmart软件以三维钢筋全信息模型为唯一数据源,实现了关联驱动、逆向追溯、正向更新功能,保证了模型、图纸、工程量的一致性。模型与图纸关联更新见图19。

图19 模型与图纸关联更新

当结构模型或布筋参数发生变化,只需批量更新三维钢筋模型和二维钢筋图,便可达到二维图中钢筋标注信息、钢筋材料表、明细表同步更新,保证图纸的正确性,解决传统二维设计变更修改出现“错、漏、缺”,效率低等问题。

该系统在该项目实现了结构设计、钢筋设计、工程出图的全过程三维数字化设计,显著提高设计效率,大幅减少了设校审时间。建议下一步研究更高效的三维布筋工具和算法,实现典型结构的一键布筋和自动成图,并研究钢筋下料优化和数控加工接口,形成专业的钢筋数字化设计工具;建立项目级的钢筋数据中心,为方案比选、工程量管理和采购提供数据支撑,提升工程数据平台服务能力。