基于RebarSmart的廊道結構數字化鋼筋設計

李競波+黃志澎+蔣媛媛

摘 要：RebarSmart是成都勘測設計研究院有限公司基于CATIA平臺開發的混凝土結構鋼筋數字化設計軟件，可用于電水利工程的配筋設計，具有直觀準確的優點。文章以某水電工程的基礎廊道為例，介紹了三維鋼筋軟件RebarSmart在水電工程中的應用。

關鍵詞：RebarSmart；鋼筋圖；三維配筋；廊道

中圖分類號：TU392.2 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2017）32-0001-03

Abstract： The RebarSmart is a 3D reinforcement design system of concrete structure，developed by PowerChina Chengdu Engineering Corporation. The RebarSmart can be used for the reinforcement design of hydraulic engineering. The RebarSmart has the advantages of Intuitive and accuracy. In this paper， certain hydropower project as an example， introduces the RebarSmart software in Hydropower Engineering.

Keywords： RebarSmart；rebar sheet drawing； 3D reinforcement； gallery

1 工程概況

該水電站基礎廊道包括上游灌漿廊道、下游排水廊道、聯系廊道。灌漿廊道尺寸為3.0m×3.5m（寬×高），排水廊道、灌漿廊道尺寸為2.5m×3.0m（寬×高）廊道縱橫相交面為圓形異形結構，采用二維布筋較為復雜。樞紐布置三維模型見圖1。

該項目三維設計均在云平臺上進行，可供多專業進行協同，三維設計采用達索公司的CATIA軟件進行大壩結構三維模型設計，從模型中可抽取單獨的廊道三維模型，具體見圖2。

2 RebarSmart軟件簡介

RebarSmart鋼筋設計系統是在CATIA三維環境下進行三維布筋、鋼筋圖生成、鋼筋報表統計的設計工具，程序界面友好、符合用戶習慣，可以大大提供鋼筋設計的效率和質量。

2.1 傳統二維鋼筋圖設計

水電工程中設計中需要完成大量的鋼筋圖，鋼筋圖是工程設計人員的重要設計成果，也是承包商進行鋼筋下料、鋼筋制安施工的依據。水電工程建設過程中鋼筋圖設計工作量巨大，且其設計周期短，設計強度高。目前鋼筋圖的繪制主要采用CAD軟件人工繪制，設計人員需要在典型剖面或剖視圖上進行人工布筋，進行空間想象完成鋼筋圖繪制，校核人需要根據剖面圖、平面圖，復核鋼筋布置、鋼筋形式、鋼筋量等。這種傳統的方法效率低下、工作強度高，且鋼筋采用剖面進行表示，差錯率較高。因此，傳統的手工二維鋼筋圖設計嚴重制約了工程建設效率的提高。

水工結構的鋼筋主要為按照一定間距布置的受力鋼筋、架立鋼筋組成的鋼筋網。受力鋼筋需要按照規范留出錨固長度。鋼筋網布置好后，需要按照“示意性”表示方法，對鋼筋進行統計編號、標注。形成鋼筋平面圖、剖面圖。傳統的CAD制圖方式是由設計人員在大腦中構建三維結構模型，在大腦中進行布筋，然后輸出二維鋼筋平剖面圖，但往往人腦構建的三維模型并不可靠，造成布筋反復修正，最終得到較為準確的二維鋼筋圖。

隨著計算機技術的發展，廣東省水利電力勘測設計研究院開發了ZDM軟件、中國建筑科學研究院開發的結構設計軟件包PK、PM[1]等軟件也具備部分的鋼筋圖繪制功能，但仍未形成直觀、快速、高效的鋼筋制圖方法。廣大工程設計人員亟需能有一種“所見即所得”的鋼筋制圖軟件，能夠在三維空間上完成配筋圖的繪制、校核。

2.2 三維鋼筋數字化設計流程

三維鋼筋數字化設計的工作流程如圖4所示。

按照水工設計的一般程序，先布置后配筋的程序，在進行鋼筋圖設計的時候，已經完成了結構圖，在三維設計環境下，借助CATIA軟件，調取結構三維模型，設置鋼筋保護層、錨固長度等布筋原則，即可實現平面、曲面、甚至扭面的自動布筋。該過程基本不用人腦去過多的干預和抽象化處理，只需三維配筋完成后進行確定性檢查，查看三維布筋是否符合傳統布筋的習慣，在此基礎上程序可實現根據鋼筋長度、直徑等自動進行鋼筋編號，并進行工程量統計。三維鋼筋制圖方法大大減輕了設計人員的工作強度，將抽象提取鋼筋的過程可視化，設計人員只需要進行復核即可。

3 實際應用

以某工程基礎廊道鋼筋圖為例，敘述該軟件在水工復雜廊道的鋼筋數字化設計應用。

3.1 布筋參數

從整體模型中抽取某一個壩段的廊道三維模型，采用有限元方法計算廊道周邊應力，根據應力分布情況，確定廊道配筋原則，環向筋直徑為25mm、分布筋直徑為20mm，在廊道底板轉角布置角筋。

3.2 三維布筋

利用在CATIA平臺二次開發的RebarSmart軟件開始進行配筋設計。輸入配筋參數，包括主筋直徑、分布筋直徑、鋼筋間距、保護層厚度、錨固長度后，開始進行配筋。通過軟件中的工具條，選擇配筋面，沿著布筋引導線上進行定數或定間距的布筋。面筋布置工具條如圖5所示，整個基礎廊道的布筋模型如圖6所示，整體鋼筋模型上表示了每一根鋼筋的布置，可以通過顯示工具條設置僅顯示每組鋼筋首、尾鋼筋、主筋、分布筋等多個選項，鋼筋顯示清晰。

3.3 三維鋼筋校審

利用程序的校審工具，校審人通過登錄云平臺直接對三維鋼筋設計方案進行三維校審，首先創建校審視圖，與后續的恢復視圖功能配合，可幫助校審人員在不同視圖之間來回切換，并且保留鋼筋的顯隱狀態，利用軟件“校審工具條”分組查看鋼筋，實時動態顯示鼠標靠近的單根鋼筋的直徑、長度、編號。校審過程中也可對鋼筋進行合并，編號等自動進行調整。endprint

3.4 生成鋼筋表

根據鋼筋模型可一鍵生成鋼筋表、材料表，鋼筋標包括鋼筋型號、單根長、根數總長，長度漸變鋼筋還包括鋼筋長度差值△L等信息。鋼筋表統計大大簡化了設計人員的統計工作量以及校核工作量，且其準確性高，不會出錯，還可以導出鋼筋明細表。通過鋼筋模型生成的鋼筋表見圖7。

3.5 鋼筋圖設計

可以利用本系統生成三維鋼筋圖及二維鋼筋剖面。基礎廊道鋼筋圖需要表達不同尺寸的典型斷面鋼筋布置、底板平面鋼筋布置、縱剖面鋼筋布置。有了三維鋼筋模型，使得二維鋼筋的生成變得極為簡單、快速。

利用創建鋼筋截面按鈕，選擇剖切面和實體，就可以獲得典型剖面的鋼筋圖，平面鋼筋可以直接選擇平面投影鋼筋按鈕，直接生成平面鋼筋圖，當鋼筋參數調整后可進行自動更新。

3.6 鋼筋標注

鋼筋標注包括點筋、線筋標注，選擇需要表達的鋼筋內容，如鋼筋根數、編號、間距、直徑等選項，選中要標注的鋼筋，即可自動完成標注，無需自己再重新進行檢查和計算鋼筋根數，點筋標注方式見圖8。

此外還可采用鋼筋組標注功能，該功能能夠選擇某根線筋或點筋，對它所在鋼筋組進行自動標注，同時可以設置文本方向、文本大小以及編號的位置和內容等信息。可以快速形成草圖，但快速標注格式不是很規范，可以作為草圖，按照CAD習慣對照進行鋼筋標注。

標注完成后可對標注進行檢查，對錯、漏等鋼筋標注可在列表中標出。

4 結束語

RebarSmart軟件應用于該項目的鋼筋圖設計中，簡化了設計思維過程，降低了認為犯錯的幾率。目前，在該工程上的鋼筋圖設計均采用RebarSmart，大大提高了鋼筋圖的出圖效率，鋼筋圖出效率提高了近50%，且大大降低了鋼筋圖中的統計、編號錯誤，大大降低了設計人員的工作強度，使得設計人員將更多精力投入在結構安全、經濟方面的分析工作上。

目前，水工鋼筋圖設計仍采用二維鋼筋圖的形式提交成果，這種方式的設計思路為將頭腦中虛構的三維鋼筋圖表達為二維鋼筋圖，現場施工再按照二維鋼筋圖將其構造為實際的三維鋼筋布置，完成鋼筋混凝土結構的施工。這種設計、施工流程將人的思維過程復雜化，往往在設計、施工過程中難以避免錯誤的發生。

為進一步簡化鋼筋圖工作量和增加現場鋼筋布置的直觀、可靠性，應繼續探索三維鋼筋圖的展示形式，研究三維鋼筋制圖標準，實現以三維鋼筋圖作為施工依據，在三維模型上構建鋼筋模型，根據三維鋼筋模型直接進行鋼筋制作安裝，完成混凝土結構的施工，如此一來必將大大改進水工設計和施工的水平和效率。

參考文獻：

[1]楊志明，王毅.三維布筋系統鋼筋顯示技術研究[J].水科學與工程技術，2008，25（6）.

[2]彭俊.三維水工廊道配筋CAD系統研究與實現[D].華中科技大學，2007.

[3]黃志澎，楊敬，趙永剛，等.基于CATIA基于CATIA的拱壩三維協同設計[J].水電站設計，2011，12（4）.

[4]黃志澎，文伏靈，瞿浩，等.RebarSmart鋼筋三維設計系統使用說明書[Z].2014.endprint