基于Revit軟件的盤扣式腳手架快速建模插件研究

孫文靜

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇島 066000）

1 項目簡介

某橋梁全長130.65m，主跨為64m系桿拱橋，橋下最小凈空5.56m。主梁采用單箱雙室預應力混凝土箱形截面，跨中及端部梁高均為1.9m，梁端及中橫隔板設過人孔。梁部頂板寬12m，底板寬9.56m。該橋梁具有預埋件數量多、定位精度高、操作空間小、跨等級路安全風險高、工期要求異常緊張等特點，為保證施工鋪架節點工期，同時確保施工質量和安全，需要對該橋梁各方面進行精細化管理。為此，項目部組建BIM團隊進行該大橋BIM應用。

2 研發目標

傳統腳手架繪制工程量大，修改煩瑣，人工計算容易出錯，存在許多重復性、冗余性的工作，而且沒有有效的手段對既定的族進行批量的參數化布設等。此次研發主要是根據結構尺寸、規范和設計要求，對重型盤扣式腳手架進行大規模的批量布設，并統計桿件的工程量，從而節約人力，提高統計工作的準確性。

2.1 提升建模精度、節省建模時間

運用二次開發插件進行一鍵自動化腳手架布設，可根據高程的變化，精確地計算頂底托的長度并布設，同時對小型零件的布置更加精細，節省大量的建模時間，使得原本2～3d的受力計算及建模時間簡化到1h以內，提高建模精度和效率。

2.2 提升支架體系的合理性

運用二次開發插件自動進行受力計算，為技術人員節省了大量的計算時間，能快速得到合理的腳手架布設圖紙及工程量。

2.3 統計桿件工程量，輔助技術交底

根據配桿自動生成各類桿件工程量表。按桿件長度和類型著色，使得配桿方案更加直觀地展現給操作人員，輔助技術交底。

3 技術研發

3.1 研發路線

（1）確定研發平臺及方式。Revit軟件提供了C#、VB、C++等編程語言的API，C#語言面向對象，調用類庫的編程形式更適合插件的研發。該項目軟件BIM軟件版本選定為2016版，編程平臺采用微軟提供的Visual Studio 2017（.Net框架4.6.1）。

（2）制定研發內容。①學習盤扣式腳手架制作規范，根據盤扣式腳手架制定規范創建架構方案并進行拆解測試，同時試驗可行性。②研究混凝土厚度與支架縱橫距以及梁下凈空與支架配桿的數學邏輯關系，將邏輯關系通過C#編程語言輸入Revit中。③運用Revit軟件數據架構及C#編程語言創建窗體，運用控件提取Excel表格數據，并對數據進行分析、分類以及運算，根據規范要求進行參數化族類型的創建及族實例的生成。

3.2 應用軟件

Revit二次開發主要是應用Visual Studio設計解決方案并開發，針對項目的需求，設計自己的架構體系，更加直觀地進行編程設計，使程序的可讀性、可延展性及可維護性大大提高。

3.3 研發過程

此次開發主要采用的開發語言為C#語言，內部計算及布設原理全部遵循《建筑施工承插型盤扣式鋼管支架安全技術規程》（JGJ 231—2010）。采用了Win-Form窗體技術，在簡單易懂的應用窗體上進一步編寫程序，使操作流程盡可能簡單化。

（1）配桿原理。根據調查和規范要求，重型盤扣式腳手豎桿長度分為3m、2.5m、2m、1.5m、1m、0.5m共6種，主次龍骨采用16#工字鋼和10#槽鋼，模板面板為15mm厚竹膠板，底托下布置50mm厚度的木墊板，再根據頂撐絲扣外露長度不超過550mm及底托外露長度不超過650mm的原則，合理分配每列豎桿的桿長。在應用過程中，若勾選受力分析選項，即可根據底板和頂板厚度、腹板高度自動進行受力計算，并根據底板、腹板、翼緣板寬度和相應位置的混凝土厚度自動配桿。計算原理：現澆梁板單位面積內的荷載除了混凝土厚度是變量，其余人員、設備、混凝土澆筑等荷載均為常量。理論上可以在明確腳手架的長細比（計算穩定性）、直徑、壁厚、材質（計算強度）的前提下，計算出單根腳手架可以支撐不同厚度的混凝土面積，再通過整體分析，對桿件間距進行校核。根據規范要求，重型盤扣式腳手架的規格和計算參數為鋼管直徑60mm、壁厚3mm（偏安全考慮），材質為Q345，考慮70%富余量計算應力250MPa，計算長度1.5m，兩端鉸接（偏安全考慮）。重型盤扣式腳手架橫桿長度為固定幾個數值，通過計算得出不同混凝土厚度范圍的立桿間距。根據計算分析出所有種類的情況，結合實際情況，將腹板處橫桿數量向上取整，底板處橫桿數量向上取整，翼緣板處橫桿數量向下取整，定制合理的橫距縱距并生成合適的腳手架模型。

（2）計算公式。桿總長（含頂底托）=Excel高差-50mm分配梁-15mm竹膠板；3m桿數量=總長度向下取整÷3；2.5m桿數量=取“桿總長-3m桿總長”的0.5m整數倍長度÷2.5，所得數字向下取整；2m桿數量=取“桿總長-3m桿總長-2.5m桿總長”的0.5m整數倍長度÷2，所得數字向下取整，依次類推。最后復核：桿總長-配桿長度不得大于50cm，如不滿足要求則增加0.5m調節桿。

（3）旋轉。因為生成模型為既定數據計算坐標后生成，所有初次生成均平行于坐標軸方向，在與實際工程不相同的情況下可以使用勾選窗體中的旋轉按鈕旋轉一定角度后與梁方向一致。

（4）選擇軸網交點。選擇軸網交點的主要作用是確定布設起點及旋轉方向，第一次選點為確定布設起點，第二次選點為確定旋轉方向，原理為根據兩次選點的連線與坐標軸的夾角確定旋轉角度后旋轉。

（5）讀取Excel表。讀取Excel主要采用的是Excel.dll中的接口直接抓取sheet 1中的數據，對數據有既定格式的要求。當不使用受力分析時，A列必須為橫向數桿間距，B列必須為縱向數桿間距，C列必須為每列對應的梁下凈空；當使用受力分析時，需要填入底板頂板厚度、腹板厚度、底板寬度、腹板寬度和翼緣板寬度，并在C列輸入相應的高度。

（6）自動生成。腳手桿等重復性的生成工作，主要是根據既定規范及樣式，根據循環、遍歷、迭代等方式生成，原則是嚴格遵守技術規范，按照布設的最簡原則，生成既滿足穩定性要求又節省桿件的方案。

（7）著色。由于腳手桿顏色一致，無法直接辨別不同桿的長度和位置，所以加入了對不同腳手桿的著色功能，具體顏色對應情況：3m為紅色，2.5m為黃色，2m為綠色，1.5m為橘黃色，1.2m為藍色，1m為灰色，0.9m為紫色，0.6m為粉色，0.5m為黑色。

（8）解決方案架構。此次開發架構清晰明了，對每種不同的桿件及不同的步驟（例如旋轉、選點等）都有簡明的介紹及區分，便于今后根據不同的需求對其修改和維護。

4 研發成果

目前已經完成了既可以根據已知的橫縱間距及高差數據進行腳手架的自動布設，也可以根據底板頂板厚度、腹板高度以及底板、腹板、翼緣板的寬度進行受力分析計算后布設。

4.1 使用方法

（1）根據橫縱距及凈空布設。首先需要根據計算好的數桿間距及高差，在Excel中輸入數據，其中A列為X軸方向豎桿間距，B列為Y軸方向豎桿間距，C列為每列對應的高差。在窗體中選擇Excel路徑及包含所有參數化族的文件夾路徑，并在Level Name中輸入起點參照平面的名稱，并根據需求選擇是否需要旋轉。在任意參照平面內選擇布設起點及旋轉方向點，即可等待生成結束。（2）根據梁部結構數據及凈空進行受力分析后計算。在Excel中輸入相應數據，勾選受力分析選項，然后選擇路徑和是否旋轉，單擊開始。

4.2 效果展示

在Revit中生成支架布置三維效果圖，如圖1所示。

4.3 工程量統計

圖1 Revit中生成支架布置三維效果圖

配桿完成后可以利用Revit自動提取工程量的功能，自動生成不同類型腳手桿工程量，將表格導入Excel中匯總整理。實際施工使用的桿件與Revit提取的工程量統計相符。

5 研發價值

通過研發，已經基本完成支架桿件一鍵配置，并生成工程量統計表。該項研發具有以下意義：（1）通過二次開發結合Excel可以快速對腳手架進行一鍵繪制、出圖、算量，減少了技術人員的工作量，也避免了人為因素造成的統計錯誤。（2）對于梁底凈空較大、梁面較寬的變截面梁，該插件較手工繪圖計算效率可提高10倍。（3）在編程中可以將設計和規范要求編入程序中，更準確合理地出圖。（4）支架預設計時會存在對現場實際情況考慮不周的現象，修改方案后要重新配桿并計算工程量，增加技術人員負擔，通過二次開發插件，僅需要調整部分參數就可以重新出圖算量。（5）只需要根據梁部結構數據，即可自動進行受力計算，并實現準確的配桿及布設。（6）人工配桿準確性差，需要人員反復核對，偶爾還會發生頂托外露長度超標的現象。該插件不僅可以精確統計桿件工程量，在計算時也考慮頂底托的外露長度范圍，準確性極高。（7）出圖時根據桿件長度不同按不同顏色出圖，直觀展示各類型桿件所布置的位置，便于技術人員交底。

6 展望

市場上的腳手架布置插件尚不能計算配桿長度，只能出配桿的效果圖，也無法將受力計算融入Revit中。此次對受力計算和配桿出圖進行開發，極大地提高了工作效率，避免了人為原因出現錯誤，其對于項目技術、質量和成本管理意義較大，具有較高的應用及推廣價值。

目前所開發的插件尚存在受力計算的通用性稍顯欠缺、不能識別梁板底面和原地面等不完善的問題，且對于變截面梁，目前不能在模型中直接提取各部位厚度進行受力計算，需要根據梁高分段輸入長度和結構參數，在出圖前需要在Excel中手動輸入梁下凈空。這些問題在后續開發中將會繼續研究和完善。