BIM结构配筋软件研究与应用

摘 要：随着工程建设行业的迅速发展，信息技术的蓬勃发展，BIM（建筑信息模型）技术得到不断普及和应用，传统的结构配筋设计方法已难以满足现代工程的需求。结构配筋软件作为结构设计工程师进行BIM设计的重要工具，其研究与应用显得尤为关键。该文首先分析结构配筋软件的研究背景与意义，随后探讨其核心技术，并通过实际工程案例展示其应用效果，最后对软件的发展前景进行展望。

关键词：BIM;配筋;结构配筋软件;Revit二次开发;车站

中图分类号：TU17 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）30-0189-04

Abstract： With the rapid development of the engineering construction industry， the vigorous development of information technology， and the continuous popularization and application of BIM （Building Information Modeling） technology， traditional structural reinforcement design methods have become difficult to meet the needs of modern engineering. Structural reinforcement software is an important tool for structural design engineers to conduct BIM design， and its research and application are particularly critical. This paper first analyzes the research background and significance of structural reinforcement software， then discusses its core technology， and demonstrates its application effect through practical engineering cases. Finally， the paper looks forward to the development prospects of the software.

Keywords： BIM; reinforcement; structural reinforcement software; secondary development of Revit; station

在现代建筑工程中，结构配筋设计的高效性和准确性直接关系到工程的整体质量和经济效益。传统的配筋设计方法往往依赖于工程师的经验和手工计算，不仅效率低下，而且容易出错。因此，研究和开发结构配筋软件，对于提高设计质量、缩短设计周期、降低成本具有重要意义。

1 研究背景

随着信息技术的快速发展，BIM（建筑信息模型）技术在建筑行业中得到了广泛应用。目前，结构设计工程师基于结构设计软件的计算结果和设计经验，手工在BIM模型（Revit模型）中布置钢筋模型以便后期的钢筋工程量统计和设计出图，效率低，修改难，容易出错。BIM结构配筋软件作为BIM技术的重要组成部分，能够实现对结构配筋的自动化、智能化设计，其研究与应用可以提高设计效率，减少错误。

2 研究内容

结构配筋软件的核心技术主要包括结构配筋计算结果导入、配筋样式定义和自动化布置等方面。结构配筋计算结果导入是导入配筋计算软件的配筋结果。配筋样式定义则是定义构件类型（板、墙、梁和柱等）的配筋样式。自动化布置则是基于配筋结果和配筋样式，对模型中的结构构件进行自动化钢筋布置，形成钢筋模型。

3 系统设计

3.1 功能架构

功能架构包括结构设计流程和配筋流程，如图1所示。根据设计流程，用户遵循建模规范，创建BIM（Revit）模型，通过模型映射，建立标准结构模型，程序基于定义的标准构件配筋样式和标准结构模型进行结构配筋及统计钢筋工程量。根据配筋流程，首先定义配筋样式，设置构件坐标系和构件支座，然后选择构件程序自动计算并生成钢筋。

3.2 功能模块

功能模块主要由定义配筋样式、设置构件坐标系、设置构件支座、钢筋布置计算、生成钢筋和钢筋工程量统计等几个部分组成。

3.2.1 定义配筋样式

定义结构构件（梁、板、柱、墙及矿山法隧道等）的配筋样式，如图2所示。结构构件基于配筋样式进行配筋。基于规则形状截面定义的配筋样式，生成配筋时自动根据构件实际形状截面进行裁剪。

本文仅以板墙配筋样式为例进行简单说明，如图3所示。

1）跨中通长配筋。①配筋样式，分为系统和用户两种类型。②方向，选择钢筋在平面的方向（1轴/2轴）。对于板，横向为水平方向（1轴），竖向为竖直方向（2轴）。对于墙，竖向为垂直方向（3轴）。按构件坐标系确定。③位置，选择钢筋在截面的上下位置（顶部/底部）。④端部长度，钢筋在端部的延伸长度。⑤弯折长度，钢筋在端部的弯折长度。⑥长度类型，分为绝对长度、跨度系数、直径系数类型。绝对长度是指按绝对值输入长度，跨度系数是指按构件跨度定义长度，直径系数是指按钢筋直径的倍数定义末端长度。⑦弯折位置选项，从钢筋位置开始是指从钢筋端部的位置（侧面保护层位置）开始计算弯折长度。⑧钢筋层，按层定义的钢筋分布。当位置在顶部时，钢筋层从上往下依次定义;当位置在底部时，钢筋层从下往上依次定义。层距，钢筋层中心线之间的距离。⑨钢筋组，定义钢筋层内的钢筋分组。并筋数，同组布置的钢筋根数。排布方式，间距/数量。按间距模式或数量模式布置钢筋。

2）中间支座附加配筋。

3）端部支座附加配筋。

4）拉筋。拉筋与跨中通长配筋关联绑定。设置拉筋规格、加密区/非加密区宽度、拉筋间距和位置方向等。

5）组合样式。定义跨中通长配筋、中间支座附加配筋、端部支座附加配筋、拉筋的组合样式。

3.2.2 构件坐标系

设置构件的局部坐标系。配筋样式基于构件坐标系设置。如矩形板，长跨方向为X轴（1轴），短跨方向为Y轴（2轴），法向为Z轴（3轴）。矩形梁，横向截面水平方向为X轴，竖直方向为Y轴，纵向为Z轴。同理，柱与梁相似，墙与板相似。

程序自动分析获取构件坐标系。构件坐标系默认值根据构件元素类型通过分析模型获取，常规模型通过几何算法分析获取。坐标系原点默认取构件几何中心位置。坐标系数据作为构件扩展属性数据存储。用户可进一步确认和修改。

构件坐标系设置界面如图4所示。

3.2.3 构件支座

设置构件的支座。如结构板的支座是梁和结构墙，梁的支座是结构柱。

程序自动识别与当前构件相连的支座并进行分析，用户可进一步查看和确认修改。

构件支座设置界面如图5所示。

3.2.4 布置钢筋

选择构件及配筋样式，生成钢筋，如图6所示。

具体步骤如下。①选择构件，选择单个构件或选择多个构件。②选择配筋样式，选择构件配筋样式，支持按构件自定义配筋。③进行构件定位、确定构件尺寸，按构件实际位置（构件坐标系）进行定位，分析获取构件尺寸及截面尺寸。④钢筋布置计算，按构件坐标系和配筋样式计算钢筋位置（几何转换）。分析钢筋形状，计算钢筋形状参数及弯钩长度。⑤不规则形状钢筋截断，不规则形状或截面（如异形板，异形截面）配筋，钢筋按坐标系进行布置，在构件或截面边缘位置进行裁切。⑥生成钢筋数据，根据计算的钢筋数据，生成钢筋模型。钢筋元素可选择钢筋线（Curve）或者钢筋实体元素（Rebar）。选择钢筋实体元素可能对模型性能影响较大。基于生成的钢筋模型，可以进行钢筋工程量统计。

3.2.5 钢筋工程量统计

选择构件统计钢筋工程量，或统计整个模型的钢筋工程量。分类汇总，支持按直径汇总或按钢筋形状汇总，生成钢筋工程量表。

3.3 设计流程

创建配筋流程如图7所示。主要包括选择结构构件、选择配筋样式、获取构件坐标系、识别支座、计算配筋和生成钢筋等。

3.4 程序界面

程序界面设计如图8所示。

界面使用WPF图形界面技术框架设计。实现了控件数据联动，输入自动校验，范围输入、UI优化等，用户体验良好。

动态图形界面：动态显示配筋样式定义或构件实际配筋的几何形状图形界面。

视图操作：鼠标滚轮进行缩放，按住鼠标中键进行拖动，中键双击恢复原始视图。

图形数据关联：鼠标左键点击钢筋图形可定位到右侧样式数据列表及选项。当前选择的钢筋层/钢筋组钢筋在动态图形界面中为红色显示。

编辑控件：界面内的输入控件可直接修改关联的样式数据。

按间距钢筋显示根数：当钢筋排布模式为间距时，选择显示的钢筋数量。

4 软件开发

程序插件基于Revit API开发，运行于Revit平台。采用WPF界面设计，C#语言开发，三层架构实现。

程序入口：通过API IExternalApplication接口，作为插件程序入口，实现授权验证，创建菜单、连接数据库、初始化日志和初始化配置等功能。

API事件：通过API事件，实现文档切换检测、视图切换检测、元素选择检测等功能。用于配筋项目文档的配筋属性窗口的自动隐藏显示、属性自动更新。

外部命令：通过API IExternalCommand接口，实现菜单命令入口。

更新器：通过API IUpdater接口，实现自动更新功能，当模型构件元素被删除或修改后自动更新元素关联的数据。

嵌入式窗口：通过API IDockablePaneProvider接口，实现嵌入式窗口，窗口通过外部事务命令进行模型文档修改。

数据存储：构件类型、钢筋元素关联、构件坐标系等数据基于Revit扩展数据存储机制存储在Revit模型文档中（元素扩展属性）。配筋样式，配筋等数据存储于数据库。本地数据包括程序配置、程序数据文件等。

5 项目应用

为了验证结构配筋软件的实际应用效果，本文选取了具有代表性的工程案例进行分析，配筋结果钢筋模型如图9所示。结果表明，使用结构配筋软件进行设计，不仅可以显著提高设计效率，减少设计周期，还能够优化配筋方案。

6 结束语

本文研究了地铁车站和矿山法隧道结构配筋软件的开发与应用。为结构设计提供了一种新的解决方案。通过实际案例分析，验证了软件的有效性和实用性。

结构配筋软件作为辅助工程师进行设计的重要工具，其研究与应用对于提高设计质量、缩短设计周期、降低成本具有重要意义。结合项目数据可实现工程经济指标分析，未来具有广泛的应用前景和发展空间。

参考文献：

[1] 王光辉，顾浩声，杨志军.BIM正向设计智能配筋技术研究[J].建筑结构，2022，52（S2）：1735-1741.

[2] 蒋济同，程文昱，史甜甜.基于平法施工图和Revit二次开发的梁配筋三维可视化研究[J].四川建筑科学研究，2022，48（5）：77-85.

[3] 桑冲.基于Revit的软件二次开发在地铁结构BIM正向设计中的应用研究[J].土木建筑工程信息技术，2021，13（6）：20-25.

[4] 李双双.基于Revit的结构施工图正向设计流程探索与突破[J].铁路技术创新，2021（1）：44-49.

作者简介：李群乐（1978-），男，研发工程师。研究方向为工程数字化。