三维建模和配筋在大体积混凝土中的应用

陈铭

（新疆水利水电勘测设计研究院，新疆 乌鲁木齐 830000）

近年来，随着BIM技术的高速发展，越来越多的工程技术人员开始广泛使用三维技术来解决工程设计过程中出现的各种问题。运用三维协同设计，能有效地推进水利水电工程设计的可视化、精确化和快速化。由二维设计转向三维设计需要花费设计单位大量的人力物力，因此，选择一款合适的三维设计软件显得非常重要[1]。

1 工程背景

根据项目的自然条件、枢纽布置、水头和机组型式不同，水电站厂房形式多种多样[2]。水电站厂房上部结构基本相同，为规则的框排架、梁、板结构，且利用中国建筑科学研究院开发的PKPM系列软件，已经大幅度地提高了设计人员计算和出图的效率；但因机组型式及布置的不同，水电站厂房下部结构每个电站都不尽相同：立式机组，尾水管、蜗壳大多为复杂异形结构且均完全埋入混凝土中；卧式机组，尾水管、蜗壳埋入混凝土部分相对比较简单。如何将BIM技术应用于电站厂房下部大体积结构的设计生产中，提高工作效率，是厂房设计人员迫切关心的重要问题。水下大体积混凝土结构在传统的二维设计中存在着异形结构需要多个二维平剖面表示、钢筋图绘制工作量极大、过程复杂繁琐、容易出现错漏配筋等特点。本文利用Revit和Inventor两种三维建模软件和水工三维配筋软件针对复杂多变的厂房主机间水下结构部分，如何建模和参数化，针对水下大体积结构面多、钢筋编号多的特点，如何利用大体积配筋软件进行配筋，进行了一定的工程实际运用操作，提出了一些可行的解决办法[3]。

2 软件介绍

Revit系列软件是专为建筑信息模型构建的一套三维参数化模型设计软件平台，包含建筑设计、MEP工程设计、结构工程设计工具。Revit因具有强大的参数化建模、精确统计及Revit平台各专业软件间优秀的协同设计、碰撞检查功能，已被广泛地利用于各行各业。

Inventor是一款三维可视化实体模拟软件，包括三维设计软件、基于AutoCAD平台开发的二维机械制图和详图软件。AutoCAD Inventor软件是一套全面的设计工具，用于创建和验证完整的数字样机，是市场上DWG兼容性最强的平台。

水工三维配筋软件是基于结构三维模型的钢混结构自动配筋出图系统，通过在三维结构上创建钢筋模型，经过切取剖面，最终自动生成钢筋详图和材料表。

3 软件应用

3.1 Revit建模

Revit建模思路是先选择合适的族样板，再利用拉伸、融合、放样、放样融合、旋转等常规命令建立需要的族文件，然后将建立好的族文件导入项目拼装成三维模型[4]。

1）首先新建族文件，选择软件系统建立好的族样板文件，软件系统已经提供了一系列常规规则构建的族样板以供选择，但是针对于异形结构软件并没有定制好的样板文件，建议选择公制常规模型来进行族模型建立。

2）建模过程以放样融合为例，先点击放样融合命令，然后在创建的操作中分别绘制路径首、末端轮廓，再绘制路径，点完成即可创建完一个放样融合。在创建轮廓的时候，软件提供了两种方案：方案一，直接绘制，此种方案绘制的轮廓只属于当前命令，不能重复利用；方案二，利用事先做好的轮廓族方式载入轮廓。因软件规定了立面（前后左右）、上下平面共6个平面，且所有的显示均需投影至上述6个面，当出现有夹角时显示不够形象直观。在建立尾水管、蜗壳等异性模型时，建模基础数据为厂家提供的有限个单线图断面，完整的模型由若干个放样融合依次连接组成，但是实际操作中容易出现报错现象导致模型建立失败[5]。

3）将建立好的族文件载入项目文件，在项目文件中载入定制好的各种注释族，进行平面和剖面处理即可整理为结构图。在进行图纸整理过程中，每一个注释全部为族文件，均需要对族文件进行编辑再载入，族定制过程比CAD繁琐，为提高后续工作效率，可以将载入好的项目文件另存为样板文件，且在后续实际运用中丰富。

3.2 Inventor建模

Inventor建模无需选择样板文件，直接新建零件文件，常规命令有拉伸、扫掠、放样、旋转等，还有一系列圆、倒角修改命令和更加强大的曲面功能，然后将建立好的零件文件通过装配拼装成合适的部件。

1）新建零件文件，操作界面跟CAD界面基本一致，可以定制XYZ坐标系，可以高效建立二维和三维的连接通道。

2）建模过程先创建需要的二维草图，可以通过系统提供的平面工具创建任意需要的草图平面，然后在草图平面内绘制需要的草图形状，或者直接载入CAD图纸，提取草图形状，绘制好的平面草图可以供所有命令提取使用。因为其超强的曲面功能，在建立尾水管、蜗壳等异性模型时，也可以很快捷方便。

3）将建立好的零件文件通过在部件中装配即可形成完整的三维模型，同时装配中可以实现各个平面相互搭接的功能，可以解决在零件创建中出现的因为坐标设置错误的问题，而不用重新创建零件。

4）最后在工程图模块中进行各种三维及平剖面的放置，补充标注和说明文字即可实现出图功能，同样为提高工作效率可以制定相关图纸格式文件。

3.3 水工三维配筋软件配筋

水工三维配筋软件可直接打开通过三维建模软件生成的“.sat”格式的文件，通过程序提供的面配筋、线配筋、角度配筋等配筋功能对三维模型进行三维配筋，再通过切取剖面生成二维、三维钢筋图，同时自动对钢筋进行编号且生成材料表。

1）软件操作界面简洁清晰易上手，依据结构面布设钢筋，可减少二维配筋过程中出现的隐蔽部位漏配钢筋的情况。三维可视化配筋可以方便校审人员查看，因为，程序可以自动生成材料表，将设计人员从计算钢筋根数和长度的机械工作中解放出来。

2）配筋是在做好的三维模型基础上进行操作，虽然软件提供了替换模型操作，但是如果模型更改较多，会出现丢失工作面等错误。为了确保配筋工作效率，建议在结构模型校审通过再进行配筋工作[6]。

4 结语

通过在多个项目中实践，为提高工作效率，现阶段提出解决思路：针对立式电站中复杂的异性结构采用Inventor建立模型，卧式电站常规的水下大体积模型采用两种软件均可以简单快捷地建立模型；关于BIM设计可以根据实际情况，不用过分纠结软件是否二维或者三维，一切能提高工作效率解决设计问题的技术都可以充分利用；针对水下大体积配件面多、钢筋编号多，可以分区域采用不同的文件对水下大体积进行配筋，以利于后期校审及修改工作。