基于Revit二次開發(fā)實現(xiàn)三維鋼筋算量

(中國建筑第八工程局有限公司，上海 200122)

1 引言

鋼筋工程是土建工程中的重要組成部分，鋼筋工程造價是土建工程成本的主要來源之一，鋼筋成本控制具有重要意義。

目前，國內(nèi)鋼筋算量主要方式分為手工算量、廣聯(lián)達、魯班等軟件鋼筋算量。傳統(tǒng)的手工算量是根據(jù)CAD圖紙人工讀取配筋信息，應(yīng)用Excel軟件進行鋼筋算量，需要耗費大量的人力和時間，而且對算量人員掌握鋼筋圖集、規(guī)范程度要求高，且手工計算過程中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)非常容易出錯。廣聯(lián)達、魯班等軟件算量可以提取CAD的圖層，讀取配筋信息，算量效率比手工算量得到很大的提高，但是這種方式需要建立廣聯(lián)達或者魯班算量模型，而且對于復(fù)雜的異形構(gòu)件，由于圖形引擎的限制，無法建立精確的三維模型，只能用常規(guī)的幾何體近似代替算量，導(dǎo)致算量結(jié)果不夠精確。

基于BIM的二次開發(fā)為我們帶來了新的解決辦法。Revit以其強大的設(shè)計、數(shù)據(jù)交互、信息管理、協(xié)同工作等功能成為國內(nèi)市場上使用最多、普及最廣的BIM軟件。Revit提供了API，通過調(diào)用，開發(fā)者可以根據(jù)自己的需要對Revit的功能用途進行擴展。因此，基于Revit的二次開發(fā)，成為滿足國內(nèi)BIM應(yīng)用的最好選擇之一。國內(nèi)的設(shè)計院的設(shè)計成果是以CAD圖紙交付的，常規(guī)的人工翻模工作效率低下，尤其是由于鋼筋工程節(jié)點復(fù)雜、涉及規(guī)范多，市場上幾乎沒有基于Revit的鋼筋三維精確翻模的軟件產(chǎn)品，再加上Revit軟件自身圖形顯示受限，目前BIM 在鋼筋工程中的應(yīng)用往往只做一些主要復(fù)雜節(jié)點鋼筋三維展示，不做全項目鋼筋建模，這直接導(dǎo)致了BIM技術(shù)在鋼筋工程應(yīng)用無法進一步開展，發(fā)揮不出BIM在鋼筋工程中的應(yīng)用價值。在這樣的情況下，可以研發(fā)基于Revit的三維鋼筋算量軟件，在已有Revit模型的基礎(chǔ)上，不需要重復(fù)建立算量模型，直接可以將配筋信息讀取并寫入對應(yīng)的構(gòu)件中，做到“一模多用”，既提高了算量效率，又可以解決復(fù)雜異形結(jié)構(gòu)的鋼筋建模，從而保證算量結(jié)果更加準確，更接近現(xiàn)場鋼筋實際用量[1-3]。

本文在基于Revit二次開發(fā)解決方案的基礎(chǔ)上，主要介紹基于CAD圖紙快速識別、讀取配筋信息并寫入Revit構(gòu)件中，并闡述技術(shù)路線和研發(fā)過程。

2 構(gòu)件配筋信息自動讀取與寫入

2.1 結(jié)構(gòu)配筋信息源需求分析

《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》系列圖紙(11G101或16G101)中梁、板、柱、墻和基礎(chǔ)構(gòu)件配筋信息分為集中標(biāo)注、原位標(biāo)注、構(gòu)件配筋明細表。集中標(biāo)注為構(gòu)件的通用信息，原位標(biāo)注為構(gòu)件的局部信息。例如圖1所示為結(jié)構(gòu)施工圖中框架梁的集中標(biāo)注和原位標(biāo)注[4]。

圖1 結(jié)構(gòu)梁的平法標(biāo)注

構(gòu)件的配筋信息表是按照構(gòu)件的編號名稱對配筋情況做出具體說明。例如圖2所示為結(jié)構(gòu)施工圖中為梁配筋明細表。

圖2 梁配筋明細表

此外，結(jié)構(gòu)施工圖中鋼筋的配筋信息情況還包括圖紙說明中的配筋說明和配筋詳圖。因此，鋼筋的集中標(biāo)注、原位標(biāo)注和配筋明細表是讀取結(jié)構(gòu)配筋的主要信息源。

2.2 自動讀取鋼筋的集中標(biāo)注和原位標(biāo)注

基于Revit的BIM鋼筋算量軟件根據(jù)CAD結(jié)構(gòu)配筋圖中配筋相關(guān)信息位于不同的圖層來自動讀取配筋信息，主要包括構(gòu)件平面投影輪廓線、集中標(biāo)注線和原位標(biāo)注線。通過將CAD結(jié)構(gòu)配筋平面圖鏈接到BIM模型中，以BIM模型平面圖為基準，通過對應(yīng)構(gòu)件的輪廓線將BIM模型與CAD圖紙在結(jié)構(gòu)平面中對齊。選取構(gòu)件輪廓圖層和標(biāo)注圖層，分析和整理讀取的配筋信息，確保信息讀取準確有效。最后將配筋信息寫入構(gòu)件的Revit屬性參數(shù)中。其技術(shù)路線如圖3所示[5]。

在此，以梁構(gòu)件為例闡述自動讀取鋼筋的集中標(biāo)注和原位標(biāo)注過程。首先打開BIM模型，將CAD圖紙鏈接到Revit中，將CAD與BIM模型對齊，保證兩者平面位置關(guān)系一致。讀取CAD構(gòu)件邊線圖層、標(biāo)注和引線圖層，確定樓層平面，如圖4所示。讀取結(jié)構(gòu)梁配筋結(jié)果如圖5所示，包括梁的類型名、族類型名、箍筋、肢數(shù)、上部通長筋、下部通長筋、構(gòu)造或抗扭鋼筋、支座負筋，并將配筋信息寫入結(jié)構(gòu)梁構(gòu)件的屬性中。

圖3 鋼筋集中標(biāo)注、原位標(biāo)準信息讀取技術(shù)路線

圖4 讀取設(shè)置面板

圖5 結(jié)構(gòu)梁配筋讀取結(jié)果

其中，支座負筋由于梁有多跨，涵蓋了左側(cè)支座負筋、右側(cè)支座負筋、箍筋等情況，數(shù)據(jù)比較復(fù)雜，因此采用復(fù)合數(shù)據(jù)形式來記錄配筋信息，如圖6所示。

圖6 支座負筋配筋信息記錄圖

2.3 自動讀取配筋明細表

基于Revit的BIM鋼筋算量軟件通過讀取鋼筋明細表中表格線、表格文字內(nèi)容，將CAD中構(gòu)件編號名稱與BIM模型中構(gòu)件族類型名稱一一對應(yīng)關(guān)聯(lián)匹配，將對應(yīng)的配筋信息寫入構(gòu)件的Revit屬性參數(shù)中。其技術(shù)路線如圖7所示。

圖7 鋼筋明細表信息提取技術(shù)路線

首先，在Revit模型中鏈接CAD圖紙鋼筋明細表，明確需要配筋的構(gòu)件樓層，可以同時選中多個樓層。然后將鋼筋明細表圖元分解成表格的橫線、縱線和文字，作為讀取數(shù)據(jù)源。讀取表格橫縱線和文字信息，得到表格中行列準確的位置信息、編號名稱、具體配筋信息。在此，以某項目地下一層剪力墻上洞口連梁明細表為例，如圖8所示。

圖8 剪力墻上洞口連梁明細表

讀取鋼筋明細表后，Revit模型中的連梁構(gòu)件與之對應(yīng)，配筋信息傳遞到Revit構(gòu)件屬性中，具體如圖9所示，讀取了梁的編號、類型、上部縱筋、下部縱筋、箍筋、腰筋信息。

圖9 連梁配筋明細表讀取結(jié)果

3 快速創(chuàng)建三維鋼筋與鋼筋校核

現(xiàn)階段，所有BIM軟件基本都無法將整個工程的鋼筋創(chuàng)建出來指導(dǎo)施工和工程量計算。主要原因是我國結(jié)構(gòu)施工圖基本都是參與平面表示方法，鋼筋的節(jié)點類型多、樣式復(fù)雜，現(xiàn)有軟件只能逐根創(chuàng)建鋼筋，效率低。

為此，在開發(fā)本系統(tǒng)時，將《混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖》(包含11G101和16G101兩部)平法圖集內(nèi)置到系統(tǒng)中。本系統(tǒng)共計包含259種鋼筋節(jié)點類型和634種具體節(jié)點工程做法。系統(tǒng)根據(jù)構(gòu)件類型、所處位置和相交構(gòu)件連接方式等因素自動判斷各構(gòu)件節(jié)點類型和鋼筋節(jié)點樣式所對應(yīng)的平法圖集構(gòu)造做法，包含了鋼筋彎鉤類型和長度、錨固長度、搭接長度等信息設(shè)置，如圖10所示。每個節(jié)點類型均可根據(jù)項目實際情況選擇默認的圖集構(gòu)造做法[6-8]。

圖10 鋼筋節(jié)點做法設(shè)置

在Revit模型中選擇該構(gòu)件，創(chuàng)建三維鋼筋，彈出“創(chuàng)建三維鋼筋”設(shè)置窗口，如圖11所示。在“創(chuàng)建三維鋼筋”設(shè)置窗口中可以對想要創(chuàng)建的鋼筋種類進行勾選，軟件默認為全部創(chuàng)建。點擊確定后，軟件將對構(gòu)件創(chuàng)建三維鋼筋，效果如圖12所示[9]。

圖11 創(chuàng)建三維鋼筋設(shè)置面板

圖12 三維鋼筋顯示圖

由于Revit軟件自身圖形顯示受限，項目文件無法全部創(chuàng)建三維鋼筋，因此我們一般只對特殊構(gòu)件和鋼筋節(jié)點創(chuàng)建三維鋼筋，但是配筋信息可以全部寫入模型中，為實現(xiàn)鋼筋算量提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。創(chuàng)建三維鋼筋可以形象地顯示構(gòu)件內(nèi)部的鋼筋構(gòu)造，便于直觀地核查構(gòu)件的配筋信息和節(jié)點構(gòu)造形式。

4 快速鋼筋算量及生成報表

快速鋼筋算量對整個模型所有構(gòu)件關(guān)聯(lián)的配筋信息根據(jù)鋼筋類型、鋼筋等級、直徑來進行長度、重量計算。計算匯總根據(jù)樓層、算量類型、鋼筋級別、鋼筋直徑對計算結(jié)果進行匯總。點擊計算匯總后彈出計算匯總頁面，如圖13所示[10-11]。

本系統(tǒng)支持快速過濾和高級過濾兩種方式對匯總結(jié)果進行篩選查看，可以選擇任意類型構(gòu)件、任意樓層、任意鋼筋級別、任意鋼筋直徑，如圖14所示。以某項目1F的柱為例，匯總結(jié)果篩選如圖15所示[12]。

圖13 計算匯總面板

圖14 快速過濾選擇

圖15 快速過濾結(jié)果

計算完成后，生成工程上常用的鋼筋報表，報表支持導(dǎo)出、打印等常用功能。在“鋼筋算量”菜單中選擇“報表”。報表形式多樣，我們可以根據(jù)自己需要來選擇查看，可以按樓層、構(gòu)件大類、算量類型、鋼筋類型、鋼筋直徑等進行匯總查看，如圖16所示，可以快速獲得自己重點關(guān)注的數(shù)據(jù)。

圖16 報表面板

4 工程實踐

本文以中興通訊智能制造基地項目為鋼筋算量樣例進行工程實踐，以廣聯(lián)達算量為行業(yè)的金標(biāo)準，用BIM算量系統(tǒng)結(jié)果與廣聯(lián)達算量結(jié)果進行對比分析。這里選取二層結(jié)構(gòu)軸線1-10交A-E范圍的梁柱鋼筋量為例進行介紹，廣聯(lián)達鋼筋量為90.568t，八局算量系統(tǒng)鋼筋量為91.076t，相差率為0.56%。選取二層框架梁KLx-1鋼筋算量對比分析，整體誤差為0.3%，如圖17所示。通過分別對框架梁KLx-1上部通長筋、下部縱筋、支座負筋、箍筋、抗扭鋼筋進行鋼筋算量分析，發(fā)現(xiàn)誤差在于箍筋彎鉤長度，廣聯(lián)達鋼筋為11.9d，八局算量系統(tǒng)為12.89d。箍筋為HRB400，根據(jù)規(guī)范要求彎鉤計算長度應(yīng)為12.89d，因此，這里八局計算結(jié)果更準確。選取二層框架柱KZ-1進行鋼筋算量對比，總體誤差為0.99%，如圖18所示。通過分別對框架柱KZ-1縱筋、箍筋進行鋼筋算量對比分析，發(fā)現(xiàn)誤差在于箍筋工程量，由于本項目采用機械連接，不需考慮縱筋搭接區(qū)箍筋加密，因此這里八局算量系統(tǒng)有待優(yōu)化。

圖17 二層框架梁KLx-1鋼筋算量對比

圖18 二層框架柱KZ-1鋼筋算量對比

5 結(jié)論

綜上所述，本系統(tǒng)基于Revit的二次開發(fā)，實現(xiàn)三維鋼筋快速算量，拓展了BIM在鋼筋工程中的應(yīng)用，為鋼筋深化與優(yōu)化、鋼筋下料、鋼筋算量與成本控制等提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，極大地挖掘了BIM在鋼筋工程中的應(yīng)用價值。一方面，在BIM鋼筋算量方面取得了突破和進步，另一方面本系統(tǒng)也存在一定的局限性和提升的空間。由于鋼筋節(jié)點復(fù)雜多變，我們目前積累的節(jié)點還需要不斷豐富，以便提高工作效率。雖然系統(tǒng)允許用戶自定義圖形樣式，增加了鋼筋建模的開放性和靈活性，然而導(dǎo)致一些構(gòu)件無法準確分析出其幾何數(shù)據(jù)。此外，本系統(tǒng)的計算內(nèi)核也是依托于Revit平臺，其處理圖形的數(shù)據(jù)比較慢，也不允許使用多線程，導(dǎo)致本系統(tǒng)在計算速度上等待時間稍長。