BIM結構配筋軟件研究與應用

摘 要：隨著工程建設行業的迅速發展，信息技術的蓬勃發展，BIM（建筑信息模型）技術得到不斷普及和應用，傳統的結構配筋設計方法已難以滿足現代工程的需求。結構配筋軟件作為結構設計工程師進行BIM設計的重要工具，其研究與應用顯得尤為關鍵。該文首先分析結構配筋軟件的研究背景與意義，隨后探討其核心技術，并通過實際工程案例展示其應用效果，最后對軟件的發展前景進行展望。

關鍵詞：BIM;配筋;結構配筋軟件;Revit二次開發;車站

中圖分類號：TU17 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2024）30-0189-04

Abstract： With the rapid development of the engineering construction industry， the vigorous development of information technology， and the continuous popularization and application of BIM （Building Information Modeling） technology， traditional structural reinforcement design methods have become difficult to meet the needs of modern engineering. Structural reinforcement software is an important tool for structural design engineers to conduct BIM design， and its research and application are particularly critical. This paper first analyzes the research background and significance of structural reinforcement software， then discusses its core technology， and demonstrates its application effect through practical engineering cases. Finally， the paper looks forward to the development prospects of the software.

Keywords： BIM; reinforcement; structural reinforcement software; secondary development of Revit; station

在現代建筑工程中，結構配筋設計的高效性和準確性直接關系到工程的整體質量和經濟效益。傳統的配筋設計方法往往依賴于工程師的經驗和手工計算，不僅效率低下，而且容易出錯。因此，研究和開發結構配筋軟件，對于提高設計質量、縮短設計周期、降低成本具有重要意義。

1 研究背景

隨著信息技術的快速發展，BIM（建筑信息模型）技術在建筑行業中得到了廣泛應用。目前，結構設計工程師基于結構設計軟件的計算結果和設計經驗，手工在BIM模型（Revit模型）中布置鋼筋模型以便后期的鋼筋工程量統計和設計出圖，效率低，修改難，容易出錯。BIM結構配筋軟件作為BIM技術的重要組成部分，能夠實現對結構配筋的自動化、智能化設計，其研究與應用可以提高設計效率，減少錯誤。

2 研究內容

結構配筋軟件的核心技術主要包括結構配筋計算結果導入、配筋樣式定義和自動化布置等方面。結構配筋計算結果導入是導入配筋計算軟件的配筋結果。配筋樣式定義則是定義構件類型（板、墻、梁和柱等）的配筋樣式。自動化布置則是基于配筋結果和配筋樣式，對模型中的結構構件進行自動化鋼筋布置，形成鋼筋模型。

3 系統設計

3.1 功能架構

功能架構包括結構設計流程和配筋流程，如圖1所示。根據設計流程，用戶遵循建模規范，創建BIM（Revit）模型，通過模型映射，建立標準結構模型，程序基于定義的標準構件配筋樣式和標準結構模型進行結構配筋及統計鋼筋工程量。根據配筋流程，首先定義配筋樣式，設置構件坐標系和構件支座，然后選擇構件程序自動計算并生成鋼筋。

3.2 功能模塊

功能模塊主要由定義配筋樣式、設置構件坐標系、設置構件支座、鋼筋布置計算、生成鋼筋和鋼筋工程量統計等幾個部分組成。

3.2.1 定義配筋樣式

定義結構構件（梁、板、柱、墻及礦山法隧道等）的配筋樣式，如圖2所示。結構構件基于配筋樣式進行配筋。基于規則形狀截面定義的配筋樣式，生成配筋時自動根據構件實際形狀截面進行裁剪。

本文僅以板墻配筋樣式為例進行簡單說明，如圖3所示。

1）跨中通長配筋。①配筋樣式，分為系統和用戶兩種類型。②方向，選擇鋼筋在平面的方向（1軸/2軸）。對于板，橫向為水平方向（1軸），豎向為豎直方向（2軸）。對于墻，豎向為垂直方向（3軸）。按構件坐標系確定。③位置，選擇鋼筋在截面的上下位置（頂部/底部）。④端部長度，鋼筋在端部的延伸長度。⑤彎折長度，鋼筋在端部的彎折長度。⑥長度類型，分為絕對長度、跨度系數、直徑系數類型。絕對長度是指按絕對值輸入長度，跨度系數是指按構件跨度定義長度，直徑系數是指按鋼筋直徑的倍數定義末端長度。⑦彎折位置選項，從鋼筋位置開始是指從鋼筋端部的位置（側面保護層位置）開始計算彎折長度。⑧鋼筋層，按層定義的鋼筋分布。當位置在頂部時，鋼筋層從上往下依次定義;當位置在底部時，鋼筋層從下往上依次定義。層距，鋼筋層中心線之間的距離。⑨鋼筋組，定義鋼筋層內的鋼筋分組。并筋數，同組布置的鋼筋根數。排布方式，間距/數量。按間距模式或數量模式布置鋼筋。

2）中間支座附加配筋。

3）端部支座附加配筋。

4）拉筋。拉筋與跨中通長配筋關聯綁定。設置拉筋規格、加密區/非加密區寬度、拉筋間距和位置方向等。

5）組合樣式。定義跨中通長配筋、中間支座附加配筋、端部支座附加配筋、拉筋的組合樣式。

3.2.2 構件坐標系

設置構件的局部坐標系。配筋樣式基于構件坐標系設置。如矩形板，長跨方向為X軸（1軸），短跨方向為Y軸（2軸），法向為Z軸（3軸）。矩形梁，橫向截面水平方向為X軸，豎直方向為Y軸，縱向為Z軸。同理，柱與梁相似，墻與板相似。

程序自動分析獲取構件坐標系。構件坐標系默認值根據構件元素類型通過分析模型獲取，常規模型通過幾何算法分析獲取。坐標系原點默認取構件幾何中心位置。坐標系數據作為構件擴展屬性數據存儲。用戶可進一步確認和修改。

構件坐標系設置界面如圖4所示。

3.2.3 構件支座

設置構件的支座。如結構板的支座是梁和結構墻，梁的支座是結構柱。

程序自動識別與當前構件相連的支座并進行分析，用戶可進一步查看和確認修改。

構件支座設置界面如圖5所示。

3.2.4 布置鋼筋

選擇構件及配筋樣式，生成鋼筋，如圖6所示。

具體步驟如下。①選擇構件，選擇單個構件或選擇多個構件。②選擇配筋樣式，選擇構件配筋樣式，支持按構件自定義配筋。③進行構件定位、確定構件尺寸，按構件實際位置（構件坐標系）進行定位，分析獲取構件尺寸及截面尺寸。④鋼筋布置計算，按構件坐標系和配筋樣式計算鋼筋位置（幾何轉換）。分析鋼筋形狀，計算鋼筋形狀參數及彎鉤長度。⑤不規則形狀鋼筋截斷，不規則形狀或截面（如異形板，異形截面）配筋，鋼筋按坐標系進行布置，在構件或截面邊緣位置進行裁切。⑥生成鋼筋數據，根據計算的鋼筋數據，生成鋼筋模型。鋼筋元素可選擇鋼筋線（Curve）或者鋼筋實體元素（Rebar）。選擇鋼筋實體元素可能對模型性能影響較大。基于生成的鋼筋模型，可以進行鋼筋工程量統計。

3.2.5 鋼筋工程量統計

選擇構件統計鋼筋工程量，或統計整個模型的鋼筋工程量。分類匯總，支持按直徑匯總或按鋼筋形狀匯總，生成鋼筋工程量表。

3.3 設計流程

創建配筋流程如圖7所示。主要包括選擇結構構件、選擇配筋樣式、獲取構件坐標系、識別支座、計算配筋和生成鋼筋等。

3.4 程序界面

程序界面設計如圖8所示。

界面使用WPF圖形界面技術框架設計。實現了控件數據聯動，輸入自動校驗，范圍輸入、UI優化等，用戶體驗良好。

動態圖形界面：動態顯示配筋樣式定義或構件實際配筋的幾何形狀圖形界面。

視圖操作：鼠標滾輪進行縮放，按住鼠標中鍵進行拖動，中鍵雙擊恢復原始視圖。

圖形數據關聯：鼠標左鍵點擊鋼筋圖形可定位到右側樣式數據列表及選項。當前選擇的鋼筋層/鋼筋組鋼筋在動態圖形界面中為紅色顯示。

編輯控件：界面內的輸入控件可直接修改關聯的樣式數據。

按間距鋼筋顯示根數：當鋼筋排布模式為間距時，選擇顯示的鋼筋數量。

4 軟件開發

程序插件基于Revit API開發，運行于Revit平臺。采用WPF界面設計，C#語言開發，三層架構實現。

程序入口：通過API IExternalApplication接口，作為插件程序入口，實現授權驗證，創建菜單、連接數據庫、初始化日志和初始化配置等功能。

API事件：通過API事件，實現文檔切換檢測、視圖切換檢測、元素選擇檢測等功能。用于配筋項目文檔的配筋屬性窗口的自動隱藏顯示、屬性自動更新。

外部命令：通過API IExternalCommand接口，實現菜單命令入口。

更新器：通過API IUpdater接口，實現自動更新功能，當模型構件元素被刪除或修改后自動更新元素關聯的數據。

嵌入式窗口：通過API IDockablePaneProvider接口，實現嵌入式窗口，窗口通過外部事務命令進行模型文檔修改。

數據存儲：構件類型、鋼筋元素關聯、構件坐標系等數據基于Revit擴展數據存儲機制存儲在Revit模型文檔中（元素擴展屬性）。配筋樣式，配筋等數據存儲于數據庫。本地數據包括程序配置、程序數據文件等。

5 項目應用

為了驗證結構配筋軟件的實際應用效果，本文選取了具有代表性的工程案例進行分析，配筋結果鋼筋模型如圖9所示。結果表明，使用結構配筋軟件進行設計，不僅可以顯著提高設計效率，減少設計周期，還能夠優化配筋方案。

6 結束語

本文研究了地鐵車站和礦山法隧道結構配筋軟件的開發與應用。為結構設計提供了一種新的解決方案。通過實際案例分析，驗證了軟件的有效性和實用性。

結構配筋軟件作為輔助工程師進行設計的重要工具，其研究與應用對于提高設計質量、縮短設計周期、降低成本具有重要意義。結合項目數據可實現工程經濟指標分析，未來具有廣泛的應用前景和發展空間。

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作者簡介：李群樂（1978-），男，研發工程師。研究方向為工程數字化。