平原地区泵闸三维参数化全过程设计研究

周奕琦，陈开宇，张 伟

（上海市水利工程设计研究院有限公司，上海市200333）

0 引言

平原地区泵闸主体的结构型式大多较为相似，而在进行传统的二维设计时，即使是布置形式相似的泵闸，但由于尺寸、结构位置等的不同，仍需要逐一设计，有大量的重复绘图工作。并且在前期的工可、初步设计阶段，设计过程中经常需要进行设计方案的调整，每一次调整都需要对平、立、剖图进行相应的修改；而在施工图阶段，传统的二维配筋图绘制也有大量的重复繁琐的工作，一旦有修改，钢筋图上的标注及钢筋量统计也需要相应变动；这些变动都繁琐且易出现错误，使得设计效率低下。

针对以上问题，考虑采用三维参数化设计来解决。将平原区泵闸的结构型式进行归类，对同一类型的泵闸建立模型模板，定制好模板里的各项参数，在遇到该种类型的泵闸设计时，可以通过输入参数，直接得到相应的泵闸三维模型，利用该模型可以直接进行下一步的三维配筋及出图、工程量统计工作。如果方案修改，只需修改相应参数即可完成对模型的修改，而模型剖图及工程量会作相应的改变。

1 泵闸三维参数化全过程设计方法

MicroStation CONNECT版是Bentley公司开发的可以进行参数化设计的一款BIM软件，在进行设计建模时，可以将模型的几何尺寸、相对位置、约束关系等几何信息定义为参数，建成参数化模型。参数的赋值可以是数字或者是函数，对参数赋值进行改变，就可以使模型几何外形相应发生改变。参数值可以导出成表格，便于批量修改后再导入模型进行比选。

对于泵闸主体的结构设计，可以大致按结构型式进行分类，例如“泵+闸”或者“闸+泵+闸”等，对于每一种类型可以建立起典型的参数化模型，定义好“底板长度”、“闸孔净宽”“墩墙高度”等通用参数，以及各个构件之间的约束关系参数。参数之间的逻辑关系较为复杂繁琐，需要整理清楚，做到调整任一参数，所有与该参数关联的尺寸及位置都相应改变。这些典型的参数化模型可供进行前期初步设计时选用，调整参数后即可得到设计的模型。

在参数化模型的几何型式确定以后，可将参数化模型在MicroStation CONNECT中用打散命令转化为实体模型，利用ReStation对实体模型进行下一步的配筋设计工作。ReStation是由华东勘测设计研究院开发的多标准参数化的三维配筋设计系统，主要包括数据管理、大体积混凝土配筋、编号报表、抽图标注等模块[1，2]。利用ReStation，可以对泵闸主体结构中的大体积混凝土、异形流道、板、梁等进行三维配筋工作，按照它提供的水利标准，建立包含环境参数、配筋体混凝土参数、钢筋参数等的三维配筋模型。配筋完成后，还可以进行钢筋的修改、编号、抽图、出钢筋报表等工作。

泵闸三维参数化全过程设计的流程见图1。

图1 泵闸三维参数化全过程设计流程图

2 泵闸三维参数化全过程设计工程实例

2.1 工程概况

某平原区泵闸为Ⅱ等工程，站身闸首等主要建筑物级别为2级。泵闸闸孔净宽12m，泵站为双向引排，设计流量为20m3/s。主体工程采用“泵+闸”布置型式，即泵集中在一起设置在闸的东侧，机组台数为3台，单泵设计流量为6.7m3/s。闸首采用钢筋混凝土坞式结构，站身采用钢筋混凝土整体式块基结构。站身及闸首采用整底板，不设分缝。

2.2 参数化建

该泵闸的布置属于“泵+闸”类型，此次以该工程站身闸首为例，建立了参数化模型，见图2（为了清晰展示，模型上仅显示了部分参数）。

图2 站身闸首参数化模型

在建立模型的过程中将模型的尺寸参数化，总结出了参数列表，可供之后类似工程使用。尺寸参数主要包括构件的长宽高及相对位置关系参数，此次建立的站身闸首的参数达82个，数量较多，故可根据空间位置分为闸室、站身及启闭机平台参数，分别归为1、2、3类，公用的参数归为0类参数[3]。这些模型参数，又可以通过值的赋予方式分为直接参数和间接参数。直接参数的值是通过直接赋予数值得到的；间接参数的值是由别的参数通过公式计算得到的，在公式中相关参数变化时，间接参数的值也会自动发生相应变化。图2中灰色的参数即为间接参数。模型的参数列表可以由模型中直接导出为表格，便于参数值的查找修改。修改过了的参数列表也可以再次导入模型，模型尺寸即可发生对应的变化。导出后并加以整理的闸室部分直接参数列表见表1，间接参数列表见表2。

表1 直接参数表

表2 间接参数表

2.3 三维配筋过程

参数化模型确定以后，可在MicroStation CONNECT中用打散命令将参数化模型转化为实体模型，利用ReStation对实体模型进行下一步的三维配筋设计工作。三维配筋过程主要包括前处理、创建配筋体、三维配筋、钢筋检查及修改、钢筋编号报表及钢筋抽图与标注调整六个步骤。

（1）前处理

利用Restation打开实体模型，第一次打开时需要选定配筋所用的规范，Restation中提供了国家标准、建筑标准、电力标准及水利标准，本次泵闸配筋选择水利标准。在标准选定之后，配筋设置中的设计标准即选定了，选择好抗震等级、混凝土等级、环境类别、保护层厚度等参数，钢筋的锚固长度、保护层厚度等参数也就自动按照标准确定了。

（2）创建配筋体

按照一般的配筋习惯，站身闸室的底板、墩墙是分别配筋的，编号也各成一套，故一般底板、墩墙分别放在独立的dgn文件里单独配筋。由于配筋与前期模型出图的侧重点不同，故需要对实体模型进行编辑修改，例如为了配筋时在止水处自动设立架立筋等，需要在实体模型中补充建立止水面；有一些小的孔洞如冒水孔等，在配筋时可不予考虑，在配筋体模型上则要予以删除。

（3）三维配筋

由于门槽、二期混凝土、止水等的存在，底板、墩墙的配筋面都多达几十个，为了更有序、快速地进行配筋及钢筋型号的统计工作，需要对配筋体的面进行分组，可按顶面、底面、上下游面等进行分组。对同一配筋面组可以设置好大体积混凝土配筋参数模板，钢筋的型号、间距等参数相同，在对面组进行配筋时，直接选择对应的配筋模板即可，便于批量配筋[4]。

对于底板、墩墙、闸墩圆弧墩头等规则的平面或者曲面部位进行配筋，一般都采用大体积混凝土通用配筋。底板三维配筋模型见图3。对于站身里的流道等异形体配筋，则需要曲面通用配筋等方式进行配筋。流道三维配筋模型见图4。

图3 底板三维配筋模型

图4 流道三维配筋模型

（4）钢筋检查及修改

在对模型初步配筋完成后，需要对钢筋进行检查和修改。需要检查和修改的项目包括：

a.钢筋内外层位置是否搞反。检查方法可采用切剖面，观察钢筋相对位置。

b.钢筋直径、间距检查。可以通过选面隔离、双击选中钢筋组等方式选中需要检查的钢筋组，查看它们的APM属性中钢筋参数是否正确，如有问题，可以通过钢筋修改工具进行修改。

c.钢筋锚固调整。对钢筋的锚固长度进行检查，不正确的予以调整。

d.角部钢筋对齐。配筋体某些角部的相邻钢筋没有对齐，运用角部钢筋对齐功能可改正这一问题。

（5）钢筋编号报表

钢筋修改完成后，即可对钢筋进行编号。为了防止钢筋编号过多，可先运用编号归组功能，将同一部位、同一系列的钢筋归为一组，这样就能共用一个编号。然后再用自动编号功能对钢筋组进行编号。钢筋编号完成后，即可输出钢筋报表。

（6）钢筋抽图与标注调整

钢筋抽图即运用抽图管理器，切出配筋剖面图。可以通过显示定义，选择钢筋是全部显示，还是只显示首尾的两根钢筋等。抽取的图纸中钢筋的编号等也都自动标注在图上了。建议可以先将所有要抽取的部位的图纸全部抽取出来，检查没有错误后，再用修改钢筋标注的命令调整标注位置等，以减少修改工作量。

流道三维配筋输出钢筋报表及抽图见图5。

图5 流道三维配筋输出钢筋报表及抽图

3 结论及建议

（1）参数化建模过程中参数的设置及相互关系的设置较为繁琐复杂，需要多次调试，才能做到修改直接参数后，所有相应的间接参数也正确改变。模板调试成功以后，即可方便应用于同一类型不同尺寸泵闸模型的快速建立。

（2）进行三维配筋时，有些操作例如钢筋的合并等，并不能总是达到传统二维配筋出图理想中的效果，在修改配筋时还会出现之前的操作都还原了的情况，需配筋软件进一步改进以减少此类问题。

（3）在稳定计算、配筋计算时，常需要用到结构的重心位置及重量等与结构几何尺寸相关的参数，例如进行弹性地基梁计算时计算不平衡剪力等，用传统手算及用Excel列表计算较繁琐，且有时不够精确，今后可以考虑结合建立的参数化模型，直接在软件中得到任意位置截面处的这些参数的数值，并直接用于计算。