“閱圖式”鋼筋混凝土梁圖形算量數(shù)據(jù)模型探索★

王興吉

目前，基于電子版建筑圖紙的識別方法[1，4-7］主要包括模板匹配、條件判別、約束網(wǎng)絡、屬性關聯(lián)圖和規(guī)則獲取等，這些方法具有現(xiàn)實的指導意義，但都存在一些弱點，如識別規(guī)則不具有普遍意義、識別成功率不高，而且多數(shù)識別方法未考慮后續(xù)工種所需信息等等，即存在算量軟件計算范圍問題。同時，識別方法也存在工程量自動計算“可信賴”的問題，因為識別方法識別構成未開放，預算人員對算量軟件持有很大的抵制和懷疑心理[2］。

針對預算人員抵制和懷疑心理問題，作者提出“閱圖式”圖形工程量算量技術[3］概念。“閱圖式”圖形算量所追求的目標:計算過程直觀可視、條理清晰、非人工記憶、可修改、符合造價員工作習慣、低門檻使用、適用范圍寬、便于多次校對審核和自主知識產(chǎn)權。

“閱圖式”圖形算量系統(tǒng)需要表達如下數(shù)據(jù)信息:1)CAD圖元信息;2)已識別的CAD圖元信息;3)CAD圖元集組信息;4)三維構配件信息;5)二、三維構配件對應信息;6)三維構配件間約束信息;7)計算規(guī)則;8)工程量計算信息;9)通用信息(系統(tǒng)變量、層和軸線信息);10)知識庫(通用構配件、字庫和Hatch庫)。

1 梁構配件

梁按結(jié)構承重方式不同大致分為兩類:圈梁和柱承重體系梁。梁的截面形式有:矩形、L形、倒L形、T形、倒T形、十字形、花籃形等。由于裝配式預制板樓板禁用，L形、倒T形、十字形、花籃形梁現(xiàn)在很少出現(xiàn)，所以不再討論這類截面梁。

1.1 圈梁圖紙表達與構造

在砌塊墻體承重體系中，每道承重墻體每層都有圈梁。圈梁的寬度一般同墻體厚度，而且同現(xiàn)澆樓蓋一道澆筑，形成整體。結(jié)構施工圖表達圈梁時，僅表示圈梁的位置及其編號，配筋及斷面尺寸在結(jié)構設計說明中給定或用圈梁截面配筋詳圖給出。圈梁之間的搭接關系類似于圖1，需要關注類似于圖1b)，c)的圈梁搭接形式，因為在圈梁搭接處需要增植鋼筋。

圖1 圈梁搭接形式

墻體承重體系中也存在懸挑梁。

圈梁工程量主要有:混凝土工程量、鋼筋用量和模板用量。圈梁混凝土工程量是從梁底算至板底作為梁的高度乘梁寬再乘梁凈長。

1.2 框架梁圖紙表達與構造

梁的工程量主要有:混凝土工程量、鋼筋用量和模板用量。計算梁混凝土工程量時梁高是從梁底算至板底。

梁類型有:樓層框架梁、屋面框架梁、框支梁、非框架梁、懸挑梁和井字梁。梁少數(shù)情況下是簡支梁，大多數(shù)情況下是連續(xù)梁，連續(xù)梁需要考慮負彎矩鋼筋。

梁的截面形狀如前所述，也有少數(shù)梁會加腋、變梁高或變梁寬，梁頂標高不同也會出現(xiàn)，因此需要關注它們的構造鋼筋。梁的配筋用截面注寫或平面注寫表示方式。

梁在平面布置圖中以雙虛線條或一實線一虛線表示，后者表示邊梁。梁正彎矩鋼筋必須錨固于柱體支座內(nèi)，錨固長度不小于la，laE;負彎矩鋼筋一般會按Ln/3或Ln/4長截斷，少數(shù)成為貫通筋(或稱為通長筋)。梁的每跨兩端幾乎都有加密箍筋，箍筋形式也分為2肢箍筋及其以上的復合箍筋。

梁按受力傳遞方式可分為主梁和次梁。次梁與主梁交接處次梁兩側(cè)的主梁需加加密箍筋或吊筋。梁高超過一定高度時，需要在梁兩側(cè)加腹筋。腹筋間按構造要求在施工時要加一定量的拉結(jié)筋。

井字梁，平表法規(guī)則用單虛線或?qū)嵕€表達，而且是一組，相互垂直交接，被同類梁分成若干跨，但此跨為“虛”跨，一根井字梁配筋按實跨(兩端支座)劃分，即一端擱置在框架梁上，另一端也擱置在框架梁上才為一跨。板配筋是按“虛”跨圍成的區(qū)域配筋。

1.3 梁構配件信息結(jié)構

梁同樣需要構筑已識別的CAD圖元信息、CAD圖元集組信息、三維構配件信息、二維與三維構配件對應信息和三維構配件間約束信息。

梁體數(shù)據(jù)結(jié)構、梁跨數(shù)據(jù)結(jié)構、主梁與次梁關系數(shù)據(jù)結(jié)構和2D梁實體圖元與3D梁對應關系數(shù)據(jù)結(jié)構分別見表1～表4。

表1 梁體數(shù)據(jù)結(jié)構

支座類型取值:0—無支座、1—正交矩形柱、2—斜交矩形柱、3—圓形柱、10—正交梁、11—斜交梁(如圖2所示)、20—正交混凝土墻、21—斜交混凝土墻、31—砌塊墻或磚柱、90～99—同跨不同形狀梁，依次使用，相當于數(shù)據(jù)指針，把它們鏈接起來形成一跨梁。

梁中心線半徑為零時，表示長方體梁。

表2 梁跨數(shù)據(jù)結(jié)構

表3 主梁與次梁關系數(shù)據(jù)結(jié)構

表4 2D梁實體圖元與3D梁對應關系數(shù)據(jù)結(jié)構

梁左端上部配筋、梁左端下部配筋取值為@時，其梁右端上部配筋和梁右端下部配筋表示本跨左、中、右截面配筋相同且用其值。

本跨梁左板與右板區(qū)分:梁的|Δy/Δx|≥1，從y值小的端點至y值大的端點，左為左板，其右為右板;梁的|Δy/Δx|＜1，從 x值大的端點至x值小的端點，其左為右板，右為左板。

梁雙線條類型用兩位數(shù)xx表示，其值為00，01或10，11。0為虛線，1為實線。實線表示樓板的邊界線。個位數(shù)x為右邊線條，十位數(shù)x為左邊線條。左右邊線區(qū)分同前。

圖2 主次梁斜交箍筋構造

次梁處構造筋類型取值:0—無構造配筋、1—加密箍筋、2—吊筋。次梁跨1與跨2的區(qū)分:主梁的|Δy/Δx|≥1，從y值小的端點至y值大的端點，其左為次梁跨1，右為次梁跨2;主梁的，從x值大的端點至x值小的端點，其左為次梁跨1，右為次梁跨2。

次梁處構造筋類型取值為-1時，梁上下約束的是柱體，因而次梁跨1和2句柄指向柱句柄;同樣取值為-2時，梁上下是混凝土墻體。

2 梁構配件識別算法

幾個假定:

1)剪力墻墻梁畫在其相應的層上，而且最好識別在梁識別之前;

2)井字梁及其配筋畫在各自相應的層上;

3)梁水平配筋標注與垂直配筋標注畫在各自相應的層上;

4)梁上附加配筋畫在其相應的層上;

5)梁上柱必須用LZ編號。

2D梁平面表達法識別算法:

1)依據(jù)圖紙句柄選取相應的梁線布置圖層和梁筋配置層;

2)I不大于水平軸線符號最小者，Imin≤I，Imax不大于水平軸線符號最大者;

3)以I水平軸線圖元實體為基準，上下各偏移700構成梁線選擇基帶Baseband;

4)從梁線布置圖層選擇完全包含于基帶Baseband中的實體圖元形成集合A，按x值、y值升序排序集合A;從梁線布置和井字梁圖層選擇相交于且非包含于基帶Baseband中的實體圖元形成集合B和Bj，按x值、y值升序排序集合B和Bj;

5)從柱布置圖層選擇相交于基帶Baseband中的實體圖元形成集合C，按x值、y值升序排序集合C;

從剪力墻布置圖層選擇相交于基帶Baseband中的實體圖元形成集合D，按x值、y值升序排序集合D;

6)從水平配筋標注層中選擇與Baseband相交或包含其中的標注引導線，從標注引導線遠離梁端附近取出集中標注;

算出標注引導線指向的梁跨雙線的垂直Y值(Yb1，Yb2);

7)J1不大于垂直軸線符號最小者、Jmin≤J1，J2不大于垂直軸線符號次小者(J1后續(xù)軸線符號)、Jmax不大于垂直軸線符號最大者;

8)集中標注梁跨度有“A”或“B”標識時，從集合A中取出其Y值小于Jmin軸線Y值的梁實體圖元，從其最小的X值開始組對梁線，取其梁上部、下部和箍筋配筋信息;

從附加配筋層判斷該跨有無次梁擱置此跨;

如有次梁與此跨梁相交，從集合B和Bj判斷并確定與此跨梁相交的次梁端點坐標，以便以后待此次梁識別時更新之間的約束關系;

從集合C和集合D(剪力墻識別在梁之前)中尋找支座類型，并構成約束關系;

9)從集合A中取出其Y值大于J1軸線Y值和小于軸線Y值的梁實體圖元;

如果無梁實體圖元時，從集合A中取出其Y值大于J1軸線Y值和與J2軸線相交的梁實體圖元，若為空，轉(zhuǎn)xxx;J2≤J2后續(xù)軸線符號，轉(zhuǎn)9);

10)從其最小的X值開始組對梁線;

從集合C和集合D(剪力墻識別在梁之前)中尋找左支座類型，并構成約束關系;

如無支座時，判斷次梁是否為次梁;如為次梁，設置左支座類型，更新約束關系;如為非次梁而且前(或左)跨梁線型為直線、斜率一致，將本跨歸并于前跨中，否則視為同跨不同段的梁;

從集合C和集合D(剪力墻識別在梁之前)中尋找右支座類型，并構成約束關系;

如無支座時，判斷次梁是否為次梁;如為次梁，設置右支座類型，更新約束關系;如為非次梁，可視為本跨有不同段的梁;

取其梁下中部配筋信息;如無，判斷有無集中標注信息;再無集中標注時，待以后更新;更新已識別的但沒有設置配筋信息的梁相應配筋;

取其梁上中部配筋信息;如有，更新已識別的但沒有設置配筋信息的梁相應配筋;

如無梁上中部配筋信息，取其梁上左部配筋信息(如無，待以后更新)，根據(jù)支座更新此跨的前跨梁右上部配筋信息;更新已識別的但沒有設置配筋信息的梁相應配筋;

如無梁上中部配筋信息，取其梁上右部配筋信息(如無，待以后更新);更新已識別的但沒有設置配筋信息的梁相應配筋;

取其本跨箍筋配筋信息;更新已識別的但沒有設置配筋信息的梁相應配筋;

11)創(chuàng)建3D梁數(shù)據(jù)、與2D墻體圖元對應數(shù)據(jù)結(jié)構、約束部件數(shù)據(jù)結(jié)構并填寫有關數(shù)據(jù);

12)如有次梁與此跨梁相交，從集合B和Bj判斷并確定與此跨梁相交的次梁端點坐標，以便以后待此次梁識別時更新之間的約束關系;

13)J1≤J2，J2≤J2后續(xù)軸線符號;如果 J2≤Jmax，轉(zhuǎn) 9);

14)集中標注梁跨度有“A”或“B”標識時，從集合A中取出其Y值大于Jmax軸線Y值的梁實體圖元，識別過程同8);

15)I≤I后續(xù)軸線符號;如果I≤Imax，轉(zhuǎn)4);

16)垂直方向梁識別類同2)～15)步驟;

17)類似于12)～16)步驟識別井字梁;

18)按水平、垂直方向識別不在軸線上但在兩軸線之間的梁;

19)按水平、垂直方向識別小于或大于水平軸線、垂直軸線的沒被識別的梁。

說明:1)梁截面標注法識別方法類似于梁平面表達法識別算法，不同之處在于提出梁配筋信息時先提出截面配筋圖的索引號，再根據(jù)索引號尋找本張圖紙中的截面配筋詳圖，依據(jù)截面配筋詳圖獲取配筋信息。識別配筋詳圖時，應該設置識別區(qū)域即“靶區(qū)”;2)圈梁的識別比梁識別簡單，但必須區(qū)分出圈梁之間的構造關系。

3 結(jié)論與討論

建筑構配件種類繁多，信息量巨大而且多次冗余。二維所表達的構配件三視圖關聯(lián)度不是很高，需要語義理解。一個成熟的算法必須建立在相應的數(shù)據(jù)結(jié)構之上。描述表達能夠反映建筑構配件內(nèi)在屬性而且便于按工程量清單計價的計量規(guī)則計算工程量時提取數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)結(jié)構，實非易事。本文核心內(nèi)容就是探索其數(shù)據(jù)結(jié)構，在此基礎上對有關算法作簡單的描述，數(shù)據(jù)結(jié)構及其算法有待進一步的探索和優(yōu)化。

以上論述的數(shù)據(jù)結(jié)構，在構成構配件之間的約束關系時算法比較復雜，也是難題。因此，作者認為建立統(tǒng)一的中間數(shù)據(jù)結(jié)構標準，將給社會帶來無限的益處，任重道遠，需要大家共同努力。

[1]李偉青.建筑構件智能識別方法研究[J］.浙江大學學報(理學版)，2005，32(4):392-398.

[2]李 艷.建筑工程算量軟件發(fā)展建議[J］.山西建筑，2009，35(4):365-366.

[3]王興吉.工程造價算量軟件開發(fā)的思路[J］.山西建筑，2010，36(12):361-363.

[4]任愛珠，喻 強，王洪深.基于圖形識別的剪力墻標注方法[J］.計算機工程，2002，28(5):115-117.

[5]洪建武，張樹有.基于特征與知識關聯(lián)的建筑圖鋼筋量提取方法[J］.計算機工程與應用，2004，40(2):219-221.

[6]羅志偉，顏 巍，蔡士杰.截面表示法柱平面圖的自動識別方法[J］.計算機應用研究，2004，21(8):132-135.

[7]趙 巍，劉建紅，蔡士杰.基于圖形識別的建筑圖鋼筋自動統(tǒng)計系統(tǒng)CSC[J］.計算機工程與應用，2001(2):105-107.

[8]中國建筑標準設計研究院.混凝土結(jié)構施工鋼筋排布規(guī)則與詳圖(現(xiàn)澆混凝土框架、剪力墻、框架剪力墻)[M］.北京:中國計劃出版社，2008.