裝配式建筑是指采用部件部品,在施工現場以可靠連接方式裝配而成的建筑,具有設計標準化、生產工廠化、施工裝配化、裝修一體化、管理信息化等特征。發(fā)展裝配式建筑是牢固樹立和貫徹落實創(chuàng)新、協調、綠色、開放、共享五大發(fā)展理念,按照適用、經濟、安全、綠色、美觀要求推動建造方式創(chuàng)新的重要體現,是穩(wěn)增長、促改革、調結構的重要手段。

    國務院辦公廳《關于大力發(fā)展裝配式建筑的指導意見》(國辦發(fā)[2016]71號)中明確要大力發(fā)展裝配式建筑,推動建造方式創(chuàng)新,促進建筑產業(yè)轉型升級,并明確指出創(chuàng)新裝配式建筑設計,提高建筑領域各專業(yè)協同設計能力,加強對裝配式建筑建設全過程的指導和服務,并鼓勵設計單位與科研院所、高校等聯合開發(fā)裝配式建筑設計技術和通用設計軟件。

    本文通過研究裝配式建筑構件的鋼筋排布規(guī)律,結合Revit二次開發(fā)技術,研發(fā)通用的適用于裝配式建筑構件設計的軟件,輔助設計師解決預制構件的鋼筋建模問題,為裝配式預制構件的鋼筋深化設計提供了新的技術思路。

    ?裝配式建筑構件的鋼筋深化?

    對于裝配式建筑構件,假如一個構件的設計出現疏漏,尤其是鋼筋碰撞,不僅現場無法安裝,而且影響整批預制構件的生產、運輸和安裝,直接影響施工進度和成本。

    對于鋼筋碰撞,傳統(tǒng)的做法是通過二維平面和剖面結合的形式進行校驗。該方法不僅容易出現疏漏,而且工作效率低。通過BIM的三維可視化技術,不僅能夠從三維的角度校驗設計是否合理,而且能夠快速生成裝配式建筑構件的配筋圖、模板圖等,同時保證圖紙與模型的一致性,保障了裝配式建筑構件的生產和安裝。

    但在裝配式預制構件的鋼筋深化中,鋼筋建模是困擾設計師進行裝配式建筑構件深化設計的一大難點,主要原因有以下幾點:

    (1)軟件操作困難

    Revit的鋼筋建模基于平面,分為“當前工作平面”、“近保護層參照”和“遠保護層參照”;放置方向又分“平行于工作平面”、“平行于保護層”和“垂直于保護層”三種形式。在繪制鋼筋前需要設置好不同的保護層,繪制過程中需要在不同的平面、剖面中切換,不僅掌握困難,而且工作效率低。

    (2)鋼筋形式復雜

    裝配式建筑構件常用的鋼筋形式中,相對復雜的有箍筋、腹桿鋼筋、吊筋等,這類鋼筋在繪制過程中,不僅要考慮繪制平面,還要考慮編輯草圖輪廓等因素,進一步加大了鋼筋繪制的難度。

    (3)工作量大

    裝配式建筑構件包含的鋼筋數量多,人工手動繪制工作量大,效率低。

    (4)軟件功能欠缺

    在Revit中,沒有鋼筋對齊、鋼筋打斷、鋼筋連接、顯示鋼筋和隱藏鋼筋等常用命令,需要修改時只能編輯鋼筋輪廓和手動調節(jié)每條鋼筋的“視圖可見性狀態(tài)”來實現。軟件功能欠缺不僅影響了設計師的工作習慣,影響工作效率,而且阻礙了BIM技術在裝配式建筑中的應用及推廣。

    ?構件參數化鋼筋建模分析?

    裝配式建筑構件鋼筋規(guī)律：

    根據《GB/T51231-2016裝配式混凝土建筑技術標準》、《15G366-1桁架鋼筋混凝土疊合板(60mm厚底板)》和《15G368-1預制鋼筋混凝土陽臺板、空調板及女兒墻》等規(guī)范,裝配式建筑構件主要分為外墻板、內墻板、桁架鋼筋混凝土疊合板、預制鋼筋混凝土樓梯、預制鋼筋混凝土陽臺板、預制鋼筋混凝土空調板、預制鋼筋混凝土女兒墻、預制混凝土疊合梁和預制混凝土柱等構件[1—5]。

    其中,預制混凝土柱、預制混凝土疊合梁、桁架鋼筋混凝土疊合板、預制鋼筋混凝土陽臺板、預制鋼筋混凝土空調板等構件的鋼筋排布具有統(tǒng)一性、規(guī)范性和重復性,為參數化自動建模提供了前提條件。

    1)統(tǒng)一性:同類型裝配式建筑構件包含的鋼筋類型統(tǒng)一。例如預制混凝土柱包含有縱筋、角筋、b邊一側中部筋、h邊一側中部筋、箍筋等類型。

    2)規(guī)范性:同類型裝配式建筑構件的鋼筋依據規(guī)范進行排布。例如預制混凝土梁底筋位置、腰筋位置、箍筋位置、加密區(qū)與非加密區(qū)的要求等都按照規(guī)范進行排布。

    3)重復性:同類型但不同規(guī)格的裝配式建筑構件鋼筋排布類似。例如不同規(guī)格桁架鋼筋混凝土疊合板,只是尺寸規(guī)格不同。新構件需手動重復調整模型,工作繁瑣。

    經過分析及歸納,裝配式建筑構件鋼筋規(guī)律及算法的公式如表1所示,由于文章篇幅有限,僅能展示部分內容。其中,protect=保護層厚度;i=循環(huán)變量(i在不同類型鋼筋算法中,小于不同類型的數量);dGu=箍筋直徑;dJiao=角筋直徑;rJiao=角筋半徑;rGu=箍筋半徑;rDi=底筋(角)半徑;numB=b邊中部筋數量;numH=h邊中部筋數量;numD=底筋(中部)數量;lengthB=b邊長度;lengthH=h邊長度;width=梁寬;higth=梁高;floor=樓板厚度;firstShouli=受力鋼筋離邊距離;firstFenbu=分布鋼筋離邊距離;firstZhijia=支架鋼筋離邊距離;spaceShouli=受力鋼筋間距;spaceFenbu=受力鋼筋間距;spaceZhijia=受力鋼筋間距;spaceLajin=受力鋼筋間距;firstLajin=拉筋離邊距離。

    表1裝配式建筑構件鋼筋分布統(tǒng)計表(部分內容)

    軟件基礎：

    Revit是Autodesk公司的軟件產品,可幫助建筑設計師設計、建造和維護質量更好、能效更高的建筑,是我國建筑業(yè)BIM體系中使用最廣泛的軟件之一。Revit的API提供了大量的開發(fā)接口,開放程度大,滿足VB.NET、C#、C++等語言,可供開發(fā)人員自行開發(fā)相應的命令或插件[6—7]。

    可見,裝配式建筑構件參數化鋼筋建模具備實現的可行性,可通過Revit二次開發(fā)技術,結合裝配式建筑的相關標準,研發(fā)裝配式建筑構件參數化鋼筋建模插件,以提高工作效率。

    ?輔助軟件開發(fā)?

    裝配式建筑構件深化輔助軟件功能簡介：

    裝配式建筑構件深化輔助軟件是基于AutodeskRevit平臺的工具集軟件集合,適用于AutodeskRevit2016版,目前分為3個模塊,鋼筋建模模塊、鋼筋編輯模塊和標識標注模塊,軟件界面簡單直觀,所有命令均可分別設置快捷鍵或通過右擊添加到頂部的快速訪問欄,以便快速調用,如圖1所示。

    圖1軟件界面

    鋼筋建模模塊主要實現梁鋼筋建模、柱鋼筋建模、結構墻鋼筋建模、疊合板鋼筋建模、陽臺板鋼筋建模等功能。通過點擊相應的命令圖標來執(zhí)行不同的操作,例如點擊“柱鋼筋建?！?彈出“柱鋼筋設置”,參數設置完成后,點擊“開始選擇柱”,即可繪制柱鋼筋,如圖2所示。

    圖2參數化柱鋼筋建模設置界面及生成效果

    鋼筋編輯模塊主要實現顯示鋼筋、鋼筋打斷、鋼筋對齊、鋼筋碰撞等功能。顯示鋼筋可以一鍵設置鋼筋的“視圖可見性狀態(tài)”;鋼筋打斷和鋼筋對齊是Revit不具備的功能,可以輔助設計師對鋼筋的編輯修改操作;鋼筋碰撞是為方便設計師對裝配式構件進行碰撞檢查,及時發(fā)現鋼筋碰撞位置。例如點擊“鋼筋打斷”,然后在需要打斷的位置點擊(如圖3所示),即可實現將鋼筋分段。

    圖3鋼筋打斷示例

    標識標注模塊主要實現預埋件標識、輪廓邊線、尺寸避讓、設置鋼筋外徑等功能,該模塊用以輔助設計師基于Revit出裝配式建筑構件的配筋圖、模板圖等,實現BIM三維出圖,以保證圖紙與模型是一致的。例如點擊“輪廓邊線”,彈出“輪廓邊線”設置界面(如圖4所示),參數設置完成后,點擊“確定”,即可在平面繪制出構件內的保溫材料的輪廓(如圖5所示)。

    圖4輪廓邊線設置界面

    圖5構件內的保溫材料的輪廓

    裝配式建筑構件參數化鋼筋建模的優(yōu)點：

    參數化建模方法的優(yōu)點主要有以下幾個方面:

    (1)操作簡便

    根據不同的構件,只需要在設置窗口中輸入相應的鋼筋參數,即可自動繪制需要繪制的鋼筋;

    (2)工作效率高

    以疊合板為例,人工手動繪制三維鋼筋模型需要一個多小時,而利用插件一分鐘內就可以生成基礎模型,然后在此基礎上進行修改,總用時不超過30min,工作效率顯著提高;

    (3)適用性強

    只需增加相應的控制參數,即可適應不同尺寸的預制構件,且適用于不同項目的同類構件,重復利用率高;

    4)修補軟件缺陷

    解決Revit鋼筋編輯繁瑣的問題。

    ?工程應用?

    某裝配式剪力墻結構高層住宅,建筑面積約1.02萬m2,地面以上27層,建筑總高度78.3m。本文以標準層為例(見圖6),使用該輔助軟件進行鋼筋建模。標準層疊合板類別共計16個,其中單向疊合板2個,雙向疊合板14個;標準層疊合梁類別共計13個,其中框架梁10個,次梁1個,連梁1個;預制外墻板部件共計24個;預制剪力墻構件根據長度的不同,共劃分為7個構件。

    圖6項目標準層BIM模型

    輔助軟件建模應用效果：

    通過裝配式建筑構件深化輔助軟件進行鋼筋生成及編輯,部分裝配式構件BIM模型如圖7所示,通過參數化建模有效減少60%以上的建模工作量,其中疊合板、疊合梁、剪力墻可以減少80%建模工作量,大大提高工作效率。

    圖7裝配式建筑構件BIM模型

    鋼筋碰撞檢查：

    對于預制構件與周邊現澆部分鋼筋碰撞可以利用Navisworks進行鋼筋碰撞檢查,可快速定位碰撞位置,但要將模型從Revit導入到Navisworks操作相對繁瑣。該方法實現難度不大,本文不詳細贅述。

    對于預制構件內部鋼筋碰撞和相鄰預制構件之間鋼筋碰撞,如果反復在兩個軟件間轉換,工作效率低,對此,利用輔助軟件中的“鋼筋碰撞”功能,可在Revit中直接檢查鋼筋碰撞,有效提高工作效率。操作方法為點擊“鋼筋碰撞”,彈出設置窗口,當要檢查構件間的鋼筋碰撞,則勾選“忽略構件內容碰撞”,然后先擇鋼筋即可將有碰撞的鋼筋自動紅色標記(如圖8),輔助設計師進行檢查。

    圖8鋼筋碰撞設置界面及結果顯示

    本文對裝配式建筑構件深化設計過程中需要對構件鋼筋進行建模的難點進行分析,探討了裝配式建筑構件參數化鋼筋建模的可行性,并結合二次開發(fā)技術,研發(fā)出一套裝配式建筑構件深化輔助軟件,該軟件具有操作簡便、工作效率高、適用性強等特點,同時修補了Revit軟件的功能缺陷,提高了Revit在項目中的應用效果。

    經工程應用表明,裝配式建筑構件參數化鋼筋建模能夠有效地減少手動繪制三維鋼筋的工作量,節(jié)省時間和成本,能夠為BIM在裝配式建筑構件的項目應用提供參與及借鑒,也為推動BIM技術的發(fā)展提供新的技術思路。

    來源：中國圖學會、中國建筑科學研究院有限公司

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