平原地區(qū)泵閘三維參數(shù)化全過程設(shè)計(jì)研究

周奕琦，陳開宇，張 偉

（上海市水利工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，上海市200333）

0 引言

平原地區(qū)泵閘主體的結(jié)構(gòu)型式大多較為相似，而在進(jìn)行傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)時(shí)，即使是布置形式相似的泵閘，但由于尺寸、結(jié)構(gòu)位置等的不同，仍需要逐一設(shè)計(jì)，有大量的重復(fù)繪圖工作。并且在前期的工可、初步設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常需要進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的調(diào)整，每一次調(diào)整都需要對(duì)平、立、剖圖進(jìn)行相應(yīng)的修改；而在施工圖階段，傳統(tǒng)的二維配筋圖繪制也有大量的重復(fù)繁瑣的工作，一旦有修改，鋼筋圖上的標(biāo)注及鋼筋量統(tǒng)計(jì)也需要相應(yīng)變動(dòng)；這些變動(dòng)都繁瑣且易出現(xiàn)錯(cuò)誤，使得設(shè)計(jì)效率低下。

針對(duì)以上問題，考慮采用三維參數(shù)化設(shè)計(jì)來解決。將平原區(qū)泵閘的結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行歸類，對(duì)同一類型的泵閘建立模型模板，定制好模板里的各項(xiàng)參數(shù)，在遇到該種類型的泵閘設(shè)計(jì)時(shí)，可以通過輸入?yún)?shù)，直接得到相應(yīng)的泵閘三維模型，利用該模型可以直接進(jìn)行下一步的三維配筋及出圖、工程量統(tǒng)計(jì)工作。如果方案修改，只需修改相應(yīng)參數(shù)即可完成對(duì)模型的修改，而模型剖圖及工程量會(huì)作相應(yīng)的改變。

1 泵閘三維參數(shù)化全過程設(shè)計(jì)方法

MicroStation CONNECT版是Bentley公司開發(fā)的可以進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)的一款BIM軟件，在進(jìn)行設(shè)計(jì)建模時(shí)，可以將模型的幾何尺寸、相對(duì)位置、約束關(guān)系等幾何信息定義為參數(shù)，建成參數(shù)化模型。參數(shù)的賦值可以是數(shù)字或者是函數(shù)，對(duì)參數(shù)賦值進(jìn)行改變，就可以使模型幾何外形相應(yīng)發(fā)生改變。參數(shù)值可以導(dǎo)出成表格，便于批量修改后再導(dǎo)入模型進(jìn)行比選。

對(duì)于泵閘主體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可以大致按結(jié)構(gòu)型式進(jìn)行分類，例如“泵+閘”或者“閘+泵+閘”等，對(duì)于每一種類型可以建立起典型的參數(shù)化模型，定義好“底板長度”、“閘孔凈寬”“墩墻高度”等通用參數(shù)，以及各個(gè)構(gòu)件之間的約束關(guān)系參數(shù)。參數(shù)之間的邏輯關(guān)系較為復(fù)雜繁瑣，需要整理清楚，做到調(diào)整任一參數(shù)，所有與該參數(shù)關(guān)聯(lián)的尺寸及位置都相應(yīng)改變。這些典型的參數(shù)化模型可供進(jìn)行前期初步設(shè)計(jì)時(shí)選用，調(diào)整參數(shù)后即可得到設(shè)計(jì)的模型。

在參數(shù)化模型的幾何型式確定以后，可將參數(shù)化模型在MicroStation CONNECT中用打散命令轉(zhuǎn)化為實(shí)體模型，利用ReStation對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行下一步的配筋設(shè)計(jì)工作。ReStation是由華東勘測設(shè)計(jì)研究院開發(fā)的多標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化的三維配筋設(shè)計(jì)系統(tǒng)，主要包括數(shù)據(jù)管理、大體積混凝土配筋、編號(hào)報(bào)表、抽圖標(biāo)注等模塊[1，2]。利用ReStation，可以對(duì)泵閘主體結(jié)構(gòu)中的大體積混凝土、異形流道、板、梁等進(jìn)行三維配筋工作，按照它提供的水利標(biāo)準(zhǔn)，建立包含環(huán)境參數(shù)、配筋體混凝土參數(shù)、鋼筋參數(shù)等的三維配筋模型。配筋完成后，還可以進(jìn)行鋼筋的修改、編號(hào)、抽圖、出鋼筋報(bào)表等工作。

泵閘三維參數(shù)化全過程設(shè)計(jì)的流程見圖1。

圖1 泵閘三維參數(shù)化全過程設(shè)計(jì)流程圖

2 泵閘三維參數(shù)化全過程設(shè)計(jì)工程實(shí)例

2.1 工程概況

某平原區(qū)泵閘為Ⅱ等工程，站身閘首等主要建筑物級(jí)別為2級(jí)。泵閘閘孔凈寬12m，泵站為雙向引排，設(shè)計(jì)流量為20m3/s。主體工程采用“泵+閘”布置型式，即泵集中在一起設(shè)置在閘的東側(cè)，機(jī)組臺(tái)數(shù)為3臺(tái)，單泵設(shè)計(jì)流量為6.7m3/s。閘首采用鋼筋混凝土塢式結(jié)構(gòu)，站身采用鋼筋混凝土整體式塊基結(jié)構(gòu)。站身及閘首采用整底板，不設(shè)分縫。

2.2 參數(shù)化建

該泵閘的布置屬于“泵+閘”類型，此次以該工程站身閘首為例，建立了參數(shù)化模型，見圖2（為了清晰展示，模型上僅顯示了部分參數(shù)）。

圖2 站身閘首參數(shù)化模型

在建立模型的過程中將模型的尺寸參數(shù)化，總結(jié)出了參數(shù)列表，可供之后類似工程使用。尺寸參數(shù)主要包括構(gòu)件的長寬高及相對(duì)位置關(guān)系參數(shù)，此次建立的站身閘首的參數(shù)達(dá)82個(gè)，數(shù)量較多，故可根據(jù)空間位置分為閘室、站身及啟閉機(jī)平臺(tái)參數(shù)，分別歸為1、2、3類，公用的參數(shù)歸為0類參數(shù)[3]。這些模型參數(shù)，又可以通過值的賦予方式分為直接參數(shù)和間接參數(shù)。直接參數(shù)的值是通過直接賦予數(shù)值得到的；間接參數(shù)的值是由別的參數(shù)通過公式計(jì)算得到的，在公式中相關(guān)參數(shù)變化時(shí)，間接參數(shù)的值也會(huì)自動(dòng)發(fā)生相應(yīng)變化。圖2中灰色的參數(shù)即為間接參數(shù)。模型的參數(shù)列表可以由模型中直接導(dǎo)出為表格，便于參數(shù)值的查找修改。修改過了的參數(shù)列表也可以再次導(dǎo)入模型，模型尺寸即可發(fā)生對(duì)應(yīng)的變化。導(dǎo)出后并加以整理的閘室部分直接參數(shù)列表見表1，間接參數(shù)列表見表2。

表1 直接參數(shù)表

表2 間接參數(shù)表

2.3 三維配筋過程

參數(shù)化模型確定以后，可在MicroStation CONNECT中用打散命令將參數(shù)化模型轉(zhuǎn)化為實(shí)體模型，利用ReStation對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行下一步的三維配筋設(shè)計(jì)工作。三維配筋過程主要包括前處理、創(chuàng)建配筋體、三維配筋、鋼筋檢查及修改、鋼筋編號(hào)報(bào)表及鋼筋抽圖與標(biāo)注調(diào)整六個(gè)步驟。

（1）前處理

利用Restation打開實(shí)體模型，第一次打開時(shí)需要選定配筋所用的規(guī)范，Restation中提供了國家標(biāo)準(zhǔn)、建筑標(biāo)準(zhǔn)、電力標(biāo)準(zhǔn)及水利標(biāo)準(zhǔn)，本次泵閘配筋選擇水利標(biāo)準(zhǔn)。在標(biāo)準(zhǔn)選定之后，配筋設(shè)置中的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)即選定了，選擇好抗震等級(jí)、混凝土等級(jí)、環(huán)境類別、保護(hù)層厚度等參數(shù)，鋼筋的錨固長度、保護(hù)層厚度等參數(shù)也就自動(dòng)按照標(biāo)準(zhǔn)確定了。

（2）創(chuàng)建配筋體

按照一般的配筋習(xí)慣，站身閘室的底板、墩墻是分別配筋的，編號(hào)也各成一套，故一般底板、墩墻分別放在獨(dú)立的dgn文件里單獨(dú)配筋。由于配筋與前期模型出圖的側(cè)重點(diǎn)不同，故需要對(duì)實(shí)體模型進(jìn)行編輯修改，例如為了配筋時(shí)在止水處自動(dòng)設(shè)立架立筋等，需要在實(shí)體模型中補(bǔ)充建立止水面；有一些小的孔洞如冒水孔等，在配筋時(shí)可不予考慮，在配筋體模型上則要予以刪除。

（3）三維配筋

由于門槽、二期混凝土、止水等的存在，底板、墩墻的配筋面都多達(dá)幾十個(gè)，為了更有序、快速地進(jìn)行配筋及鋼筋型號(hào)的統(tǒng)計(jì)工作，需要對(duì)配筋體的面進(jìn)行分組，可按頂面、底面、上下游面等進(jìn)行分組。對(duì)同一配筋面組可以設(shè)置好大體積混凝土配筋參數(shù)模板，鋼筋的型號(hào)、間距等參數(shù)相同，在對(duì)面組進(jìn)行配筋時(shí)，直接選擇對(duì)應(yīng)的配筋模板即可，便于批量配筋[4]。

對(duì)于底板、墩墻、閘墩圓弧墩頭等規(guī)則的平面或者曲面部位進(jìn)行配筋，一般都采用大體積混凝土通用配筋。底板三維配筋模型見圖3。對(duì)于站身里的流道等異形體配筋，則需要曲面通用配筋等方式進(jìn)行配筋。流道三維配筋模型見圖4。

圖3 底板三維配筋模型

圖4 流道三維配筋模型

（4）鋼筋檢查及修改

在對(duì)模型初步配筋完成后，需要對(duì)鋼筋進(jìn)行檢查和修改。需要檢查和修改的項(xiàng)目包括：

a.鋼筋內(nèi)外層位置是否搞反。檢查方法可采用切剖面，觀察鋼筋相對(duì)位置。

b.鋼筋直徑、間距檢查?？梢酝ㄟ^選面隔離、雙擊選中鋼筋組等方式選中需要檢查的鋼筋組，查看它們的APM屬性中鋼筋參數(shù)是否正確，如有問題，可以通過鋼筋修改工具進(jìn)行修改。

c.鋼筋錨固調(diào)整。對(duì)鋼筋的錨固長度進(jìn)行檢查，不正確的予以調(diào)整。

d.角部鋼筋對(duì)齊。配筋體某些角部的相鄰鋼筋沒有對(duì)齊，運(yùn)用角部鋼筋對(duì)齊功能可改正這一問題。

（5）鋼筋編號(hào)報(bào)表

鋼筋修改完成后，即可對(duì)鋼筋進(jìn)行編號(hào)。為了防止鋼筋編號(hào)過多，可先運(yùn)用編號(hào)歸組功能，將同一部位、同一系列的鋼筋歸為一組，這樣就能共用一個(gè)編號(hào)。然后再用自動(dòng)編號(hào)功能對(duì)鋼筋組進(jìn)行編號(hào)。鋼筋編號(hào)完成后，即可輸出鋼筋報(bào)表。

（6）鋼筋抽圖與標(biāo)注調(diào)整

鋼筋抽圖即運(yùn)用抽圖管理器，切出配筋剖面圖?？梢酝ㄟ^顯示定義，選擇鋼筋是全部顯示，還是只顯示首尾的兩根鋼筋等。抽取的圖紙中鋼筋的編號(hào)等也都自動(dòng)標(biāo)注在圖上了。建議可以先將所有要抽取的部位的圖紙全部抽取出來，檢查沒有錯(cuò)誤后，再用修改鋼筋標(biāo)注的命令調(diào)整標(biāo)注位置等，以減少修改工作量。

流道三維配筋輸出鋼筋報(bào)表及抽圖見圖5。

圖5 流道三維配筋輸出鋼筋報(bào)表及抽圖

3 結(jié)論及建議

（1）參數(shù)化建模過程中參數(shù)的設(shè)置及相互關(guān)系的設(shè)置較為繁瑣復(fù)雜，需要多次調(diào)試，才能做到修改直接參數(shù)后，所有相應(yīng)的間接參數(shù)也正確改變。模板調(diào)試成功以后，即可方便應(yīng)用于同一類型不同尺寸泵閘模型的快速建立。

（2）進(jìn)行三維配筋時(shí)，有些操作例如鋼筋的合并等，并不能總是達(dá)到傳統(tǒng)二維配筋出圖理想中的效果，在修改配筋時(shí)還會(huì)出現(xiàn)之前的操作都還原了的情況，需配筋軟件進(jìn)一步改進(jìn)以減少此類問題。

（3）在穩(wěn)定計(jì)算、配筋計(jì)算時(shí)，常需要用到結(jié)構(gòu)的重心位置及重量等與結(jié)構(gòu)幾何尺寸相關(guān)的參數(shù)，例如進(jìn)行彈性地基梁計(jì)算時(shí)計(jì)算不平衡剪力等，用傳統(tǒng)手算及用Excel列表計(jì)算較繁瑣，且有時(shí)不夠精確，今后可以考慮結(jié)合建立的參數(shù)化模型，直接在軟件中得到任意位置截面處的這些參數(shù)的數(shù)值，并直接用于計(jì)算。