基于Revit软件的盘扣式脚手架快速建模插件研究

孙文静

（中交一航局第五工程有限公司，河北 秦皇岛 066000）

1 项目简介

某桥梁全长130.65m，主跨为64m系杆拱桥，桥下最小净空5.56m。主梁采用单箱双室预应力混凝土箱形截面，跨中及端部梁高均为1.9m，梁端及中横隔板设过人孔。梁部顶板宽12m，底板宽9.56m。该桥梁具有预埋件数量多、定位精度高、操作空间小、跨等级路安全风险高、工期要求异常紧张等特点，为保证施工铺架节点工期，同时确保施工质量和安全，需要对该桥梁各方面进行精细化管理。为此，项目部组建BIM团队进行该大桥BIM应用。

2 研发目标

传统脚手架绘制工程量大，修改烦琐，人工计算容易出错，存在许多重复性、冗余性的工作，而且没有有效的手段对既定的族进行批量的参数化布设等。此次研发主要是根据结构尺寸、规范和设计要求，对重型盘扣式脚手架进行大规模的批量布设，并统计杆件的工程量，从而节约人力，提高统计工作的准确性。

2.1 提升建模精度、节省建模时间

运用二次开发插件进行一键自动化脚手架布设，可根据高程的变化，精确地计算顶底托的长度并布设，同时对小型零件的布置更加精细，节省大量的建模时间，使得原本2～3d的受力计算及建模时间简化到1h以内，提高建模精度和效率。

2.2 提升支架体系的合理性

运用二次开发插件自动进行受力计算，为技术人员节省了大量的计算时间，能快速得到合理的脚手架布设图纸及工程量。

2.3 统计杆件工程量，辅助技术交底

根据配杆自动生成各类杆件工程量表。按杆件长度和类型着色，使得配杆方案更加直观地展现给操作人员，辅助技术交底。

3 技术研发

3.1 研发路线

（1）确定研发平台及方式。Revit软件提供了C#、VB、C++等编程语言的API，C#语言面向对象，调用类库的编程形式更适合插件的研发。该项目软件BIM软件版本选定为2016版，编程平台采用微软提供的Visual Studio 2017（.Net框架4.6.1）。

（2）制定研发内容。①学习盘扣式脚手架制作规范，根据盘扣式脚手架制定规范创建架构方案并进行拆解测试，同时试验可行性。②研究混凝土厚度与支架纵横距以及梁下净空与支架配杆的数学逻辑关系，将逻辑关系通过C#编程语言输入Revit中。③运用Revit软件数据架构及C#编程语言创建窗体，运用控件提取Excel表格数据，并对数据进行分析、分类以及运算，根据规范要求进行参数化族类型的创建及族实例的生成。

3.2 应用软件

Revit二次开发主要是应用Visual Studio设计解决方案并开发，针对项目的需求，设计自己的架构体系，更加直观地进行编程设计，使程序的可读性、可延展性及可维护性大大提高。

3.3 研发过程

此次开发主要采用的开发语言为C#语言，内部计算及布设原理全部遵循《建筑施工承插型盘扣式钢管支架安全技术规程》（JGJ 231—2010）。采用了Win-Form窗体技术，在简单易懂的应用窗体上进一步编写程序，使操作流程尽可能简单化。

（1）配杆原理。根据调查和规范要求，重型盘扣式脚手竖杆长度分为3m、2.5m、2m、1.5m、1m、0.5m共6种，主次龙骨采用16#工字钢和10#槽钢，模板面板为15mm厚竹胶板，底托下布置50mm厚度的木垫板，再根据顶撑丝扣外露长度不超过550mm及底托外露长度不超过650mm的原则，合理分配每列竖杆的杆长。在应用过程中，若勾选受力分析选项，即可根据底板和顶板厚度、腹板高度自动进行受力计算，并根据底板、腹板、翼缘板宽度和相应位置的混凝土厚度自动配杆。计算原理：现浇梁板单位面积内的荷载除了混凝土厚度是变量，其余人员、设备、混凝土浇筑等荷载均为常量。理论上可以在明确脚手架的长细比（计算稳定性）、直径、壁厚、材质（计算强度）的前提下，计算出单根脚手架可以支撑不同厚度的混凝土面积，再通过整体分析，对杆件间距进行校核。根据规范要求，重型盘扣式脚手架的规格和计算参数为钢管直径60mm、壁厚3mm（偏安全考虑），材质为Q345，考虑70%富余量计算应力250MPa，计算长度1.5m，两端铰接（偏安全考虑）。重型盘扣式脚手架横杆长度为固定几个数值，通过计算得出不同混凝土厚度范围的立杆间距。根据计算分析出所有种类的情况，结合实际情况，将腹板处横杆数量向上取整，底板处横杆数量向上取整，翼缘板处横杆数量向下取整，定制合理的横距纵距并生成合适的脚手架模型。

（2）计算公式。杆总长（含顶底托）=Excel高差-50mm分配梁-15mm竹胶板；3m杆数量=总长度向下取整÷3；2.5m杆数量=取“杆总长-3m杆总长”的0.5m整数倍长度÷2.5，所得数字向下取整；2m杆数量=取“杆总长-3m杆总长-2.5m杆总长”的0.5m整数倍长度÷2，所得数字向下取整，依次类推。最后复核：杆总长-配杆长度不得大于50cm，如不满足要求则增加0.5m调节杆。

（3）旋转。因为生成模型为既定数据计算坐标后生成，所有初次生成均平行于坐标轴方向，在与实际工程不相同的情况下可以使用勾选窗体中的旋转按钮旋转一定角度后与梁方向一致。

（4）选择轴网交点。选择轴网交点的主要作用是确定布设起点及旋转方向，第一次选点为确定布设起点，第二次选点为确定旋转方向，原理为根据两次选点的连线与坐标轴的夹角确定旋转角度后旋转。

（5）读取Excel表。读取Excel主要采用的是Excel.dll中的接口直接抓取sheet 1中的数据，对数据有既定格式的要求。当不使用受力分析时，A列必须为横向数杆间距，B列必须为纵向数杆间距，C列必须为每列对应的梁下净空；当使用受力分析时，需要填入底板顶板厚度、腹板厚度、底板宽度、腹板宽度和翼缘板宽度，并在C列输入相应的高度。

（6）自动生成。脚手杆等重复性的生成工作，主要是根据既定规范及样式，根据循环、遍历、迭代等方式生成，原则是严格遵守技术规范，按照布设的最简原则，生成既满足稳定性要求又节省杆件的方案。

（7）着色。由于脚手杆颜色一致，无法直接辨别不同杆的长度和位置，所以加入了对不同脚手杆的着色功能，具体颜色对应情况：3m为红色，2.5m为黄色，2m为绿色，1.5m为橘黄色，1.2m为蓝色，1m为灰色，0.9m为紫色，0.6m为粉色，0.5m为黑色。

（8）解决方案架构。此次开发架构清晰明了，对每种不同的杆件及不同的步骤（例如旋转、选点等）都有简明的介绍及区分，便于今后根据不同的需求对其修改和维护。

4 研发成果

目前已经完成了既可以根据已知的横纵间距及高差数据进行脚手架的自动布设，也可以根据底板顶板厚度、腹板高度以及底板、腹板、翼缘板的宽度进行受力分析计算后布设。

4.1 使用方法

（1）根据横纵距及净空布设。首先需要根据计算好的数杆间距及高差，在Excel中输入数据，其中A列为X轴方向竖杆间距，B列为Y轴方向竖杆间距，C列为每列对应的高差。在窗体中选择Excel路径及包含所有参数化族的文件夹路径，并在Level Name中输入起点参照平面的名称，并根据需求选择是否需要旋转。在任意参照平面内选择布设起点及旋转方向点，即可等待生成结束。（2）根据梁部结构数据及净空进行受力分析后计算。在Excel中输入相应数据，勾选受力分析选项，然后选择路径和是否旋转，单击开始。

4.2 效果展示

在Revit中生成支架布置三维效果图，如图1所示。

4.3 工程量统计

图1 Revit中生成支架布置三维效果图

配杆完成后可以利用Revit自动提取工程量的功能，自动生成不同类型脚手杆工程量，将表格导入Excel中汇总整理。实际施工使用的杆件与Revit提取的工程量统计相符。

5 研发价值

通过研发，已经基本完成支架杆件一键配置，并生成工程量统计表。该项研发具有以下意义：（1）通过二次开发结合Excel可以快速对脚手架进行一键绘制、出图、算量，减少了技术人员的工作量，也避免了人为因素造成的统计错误。（2）对于梁底净空较大、梁面较宽的变截面梁，该插件较手工绘图计算效率可提高10倍。（3）在编程中可以将设计和规范要求编入程序中，更准确合理地出图。（4）支架预设计时会存在对现场实际情况考虑不周的现象，修改方案后要重新配杆并计算工程量，增加技术人员负担，通过二次开发插件，仅需要调整部分参数就可以重新出图算量。（5）只需要根据梁部结构数据，即可自动进行受力计算，并实现准确的配杆及布设。（6）人工配杆准确性差，需要人员反复核对，偶尔还会发生顶托外露长度超标的现象。该插件不仅可以精确统计杆件工程量，在计算时也考虑顶底托的外露长度范围，准确性极高。（7）出图时根据杆件长度不同按不同颜色出图，直观展示各类型杆件所布置的位置，便于技术人员交底。

6 展望

市场上的脚手架布置插件尚不能计算配杆长度，只能出配杆的效果图，也无法将受力计算融入Revit中。此次对受力计算和配杆出图进行开发，极大地提高了工作效率，避免了人为原因出现错误，其对于项目技术、质量和成本管理意义较大，具有较高的应用及推广价值。

目前所开发的插件尚存在受力计算的通用性稍显欠缺、不能识别梁板底面和原地面等不完善的问题，且对于变截面梁，目前不能在模型中直接提取各部位厚度进行受力计算，需要根据梁高分段输入长度和结构参数，在出图前需要在Excel中手动输入梁下净空。这些问题在后续开发中将会继续研究和完善。