基于bim技术的梁柱钢筋节点自动布置与施工模拟方法
【专利摘要】本发明一种基于BIM技术的梁柱钢筋节点自动布置与施工模拟方法，采用以下步骤：根据CAD梁柱结构详图，在RevitStructure软件中用预置的三维钢筋节点布置模块，形成三维梁柱钢筋并进行布置；对布置好的三维柱梁钢筋根据施工现场情况自由组合、拆分，将构件进行施工工序的编号，生成相应的施工工序流程模拟；将布置好的三维梁柱钢筋转换输出为CAD二维图，根据该CAD二维图加工构件；依据该CAD二维图和钢筋施工工序流程模拟，在施工现场指导现场施工。本发明方法将梁柱钢筋节点的深化时间缩短，节约工程成本，减少工作量。
【专利说明】基于BIM技术的梁柱钢筋节点自动布置与施工模拟方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于建筑结构梁柱节点施工【技术领域】，具体涉及一种基于BIM技术的梁柱 钢筋节点自动布置与施工模拟方法。
【背景技术】
[0002] 常规二维梁柱钢筋复杂节点依据设计院出具的二维图纸深化，无法清晰的把节点 的信息数据表现出来，需要通过具有丰富施工经验的总工、钢筋工长依据经验进行空间的 想象，完成深化图纸，工作效率低，尤其针对大量复杂钢骨节点时，钢筋与钢骨柱、梁的连 接尤为突出。在实施过程中，由于空间想象难度大，需要消耗大量人力才能解决问题，同时 一些误差无法完全避免。采用一般三维技术后，效率有所提升。特别是在工程中复杂节点 较多时，调整完成一个节点的周期很长，一个人大约需要一周的时间，才可以对一个节点进 行深化，过长深化周期将对工程进度造成重大影响。
[0003] 现场也多采用传统CAD二维图纸，传统CAD二维图纸复杂钢筋节点难以表现，剖面 图与平面图在部分问题上存在差异，且剖面图表达不全面，单独依靠二维图纸，凭借技术人 员经验施工难度大。
[0004] 采用常规三维技术对节点深化，主要依靠应用的BIM软件是Revit Structure和 广联达钢筋算量(抽样)两款软件。Revit Structure软件的优点是建模后碰撞检查调整方 便，但是在布筋的过程中需手动计算调整，不太智能。而广联达钢筋算量(抽样)软件可以在 CAD图纸的基础上识别建模，软件可以自动生成布筋方案和弯锚形式，但是模型一旦建立无 法修改，出现碰撞情况无法调整。
[0005] 目前，市面有一些基于Revit Structure的三维钢筋布置工具，例如，Revit速博 钢筋布置插件。但是这些工具都是对于普通、标准型结构构件进行典型布置，并重点检查钢 筋之间的碰撞干涉问题。针对钢骨柱节点处结构构件的多种箍筋钢筋截面布置及干涉检查 仍没有专门的工具软件。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于解决上述技术问题而提供一种基于技术的梁柱钢筋节点 自动布置与施工模拟方法。
[0007] 为实现上述目的，本发明采用如下技术方案： 一种基于BIM技术的梁柱钢筋节点自动布置与施工模拟方法，采用以下步骤： 根据CAD梁柱结构详图，在Revit Structure软件中用预置的三维钢筋节点布置模块， 形成三维梁柱钢筋并进行布置；具体包括以下内容： 1) 根据CAD图元创建与所述CAD图元的信息、形状一致的三维梁柱钢筋； 2) 根据预置的锚固计算规则，控制生成三维柱梁钢筋的主筋锚固长度； 3) 通过人机交互方式判定三维柱梁钢筋的主筋定位，控制弯钩类型和弯钩方向； 4) 倾斜混凝土矩形结构柱三维柱梁钢筋布置； 5) 高低混凝土矩形框架梁三维柱梁钢筋布置； 6) 根据用户选择的包含混凝土等级、建筑物使用年限、钢筋环境的参数信息，生成三维 柱梁钢筋中结构主体的混凝土保护层数值，应用到三维柱梁钢筋的创建计算中； 7) 按照规则对所述三维柱梁钢筋中节点处结构构件的三维主筋是否应当避让钢骨柱 进行处理； 8) 在三维柱梁钢筋中，依据建筑规范检测钢筋与钢筋的碰撞、钢筋与节点处钢骨柱的 碰撞问题，根据碰撞检测的结果，调整、修改钢筋间距和位置； 二、 对确认布置好的三维柱梁钢筋根据施工现场情况自由组合、拆分，将构件进行施工 工序的编号，生成相应的施工工序流程模拟； 三、 将确认布置好的三维柱梁钢筋转换输出为CAD二维图，根据该二维图加工构件； 四、 依据该二维图和钢筋施工工序流程模拟，在施工现场指导现场施工。
[0008] 在所述三维主筋避让所述钢骨柱翼缘处，依据搭建规范和设计说明添加牛腿或套 筒。
[0009] 所述倾斜混凝土矩形结构柱三维柱梁钢筋布置时，通过以下方式控制钢筋创建位 置和创建方向： 找到混凝土矩形结构柱的四个柱面，获取到四个柱面的方向向量和柱中心线的方向向 量，通过四个柱面的方向向量与柱中心线的方向向量，控制钢筋创建位置和创建方向。
[0010] 所述高低混凝土矩形框架梁三维柱梁钢筋布置时，通过以下方式控制钢筋创建位 置和创建方向： 找到所述矩形框架梁的四个柱面，获取到四个柱面的方向向量和柱中心线的方向向 量，通过四个柱面的方向向量与中心线的方向向量，控制钢筋创建位置和创建方向。
[0011] 所述按照规则对所述三维柱梁钢筋模型中节点处结构构件的三维主筋是否应当 避让钢骨柱进行处理采用如下方式： 获取该钢骨柱几何模型的面集合，计算得到创建主筋的中心线，用该中心线与所述面 集合进行相交处理，得到该中心线与所述钢骨柱相交的各个点集合，通过点的信息，判断出 相交位置，据此判断钢筋是否应该避让钢骨柱。
[0012] 所述检测钢筋与钢筋的碰撞、钢筋与节点处钢骨柱的碰撞问题时采用以下方式： 获取钢筋的中心线和直径，通过创建拉伸实体的方法创建一个与钢筋外形相同的实体 对象，用所述实体对象与其它实体对象或者节点处钢骨柱进行碰撞，以检测钢筋与钢筋的 碰撞、钢筋与节点处钢骨柱的碰撞问题。
[0013] 在依据建筑规范检测钢筋与钢筋的碰撞、钢筋与节点处钢骨柱的碰撞问题时，通 过将选择的冲突对象进行匹配放大并进行亮显。
[0014] 本发明方法通过以上技术方案，可以将复杂的梁柱钢筋节点进行自动配筋，完成 后在三维视图中进行人工修改，通过三维模型形式展现，从任意方向观察及任意进行剖面 的截取，导出二维CAD图纸，将钢骨柱的钻孔位置准确定位，对钢筋安装进行施工模拟验证 实际工程操作环境是否满足安装条件，对箍筋的种类形式自动进行设置，充分满足工程要 求，运用此BIM技术，将节点深化时间大大缩短，节约了工程成本，减少了工作量。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1所示为本发明实施例提供的梁柱钢筋节点自动布置与施工模拟方法的流程 图； 图2所示为三维梁柱钢筋节点自动布置模块的系统架构图； 图:Γ4本发明提供的梁柱钢筋节点自动布置的软件界面示意图； 图5所示为创建三维梁柱主筋的流程示意图； 图6所示为创建三维梁柱箍筋的流程示意图； 图7所示为创建三维梁柱钢筋的流程示意图； 图8所示为碰撞冲突检测的流程示意图。
【具体实施方式】
[0016] 下面，结合实例对本发明的实质性特点和优势作进一步的说明，但本发明并不局 限于所列的实施例。
[0017] 请参阅图1~3所示，一种基于BIM技术的梁柱钢筋节点自动布置与施工模拟方法， 采用以下步骤： 一、根据CAD梁柱结构详图，在Revit Structure软件中用预置的三维钢筋节点布置模 块，形成三维梁柱钢筋并进行布置；具体包括以下内容； 1)在Revit Structure软件中，根据CAD图元创建与所述CAD图元的信息、形状一致的 三维梁柱钢筋并布置； 具体实现时，在Revit Structure软件中通过预置的三维钢筋节点布置模块（软件插 件程序）读取导入的CAD图元信息，程序将自动判断获取的CAD图元信息是否符合当前需 求，如果符合，则将CAD图元信息转换为程序可识别的图形形状，在用户输入创建钢筋的一 些必要参数，如锚固、钢筋型号等，该形状钢筋的布局方式，Revit Structure软件即可自动 创建与该CAD图元信息一致的三维钢筋对象并布置； 具体实现时，主要是通过拾取截面CAD钢筋详图，实现钢筋布置，CAD详图中不同形状 和布局规则的钢筋，需分别拾取：拾取Revit中的CAD模型线，创建结构梁、柱中的主筋和箍 筋，根据箍筋模型线的形状，输入钢筋参数，自动创建生成相似的三维箍筋；根据主筋模型 线的圆心定位，输入钢筋参数，自动创建单个或多个三维主筋，从而加快了钢筋布置效率； 需要说明的是，本发明实施例中，所述三维梁柱钢筋模型包括三维梁钢筋、三维柱钢 筋，梁钢筋又分为正交梁钢筋及斜梁钢筋。所述三维柱钢筋包括柱主筋与柱箍筋，所述三维 梁钢筋包括梁主筋与梁箍筋。在进行三维柱钢筋创建时，可以先创建柱主筋，然后再创建柱 箍筋，最后生成三维柱钢筋，同时，在在进行三维梁钢筋创建时，可以先创建梁主筋，然后再 创建梁箍筋，最后生成三维梁钢筋，最终形成三维梁柱钢筋，图3示出的是创建的三维钢筋 在软件界面的示意及软件的设置界面，图4示出的是在钢筋布置时布置界面示意图，用于 设置主盘参数、箍筋参数等，具体的创建流程见图2~7所示： 参见图5所示，在创建主筋时，首先选择导入的CAD图元集合，直接运行三维钢筋节点 布置模块的主筋创建命令，模块自动检测CAD图元是否合法，合法则提取CAD图元信息，并 进一步判断选择的钢筋主体是否合法，合法则选择选点方式，设置主筋参数，即可直接创造 主筋，如果判断不合法，则结束； 参见图6所示，在创建柱梁箍筋时，先点击创建柱、梁箍筋命令，选择需要布置钢筋的 结构主体，选择相应的CAD箍筋图层，模块自动判断所选CAD箍筋图层的绘制顺序，并亮显 第一根及最后一根直线段，通过人机交互方式人工判断是否符合箍筋绘制顺序，符合则进 入箍筋参数界面输入相关参数，模块依据参数生成三维箍筋，如果不符合，则手动按程序要 求的顺序拾取CAD线段，然后进行入箍筋参数界面输入相关参数，由模块依据参数生成三 维箍筋； 参见图7所示，在创建柱梁钢筋时，直接运行预置的三维钢筋节点布置模块的创建柱 或梁钢筋命令，输入相关参数，选择钢筋主体(柱或梁)，并检测主体(柱或梁）正确与否，正 确则直接自动根据输入的参数创建钢筋，否则结束，返回上一层继续进行； 2) 根据预置于所述Revit Structure软件中的锚固计算规则，控制生成三维梁柱钢筋 的主筋锚固长度； 通过主体结构属性设置，实现自动锚固长度布置，具体实现方式为，根据行业的规范要 求，将锚固的计算参数绑定到程序中，用户选择了不同的参数后，执行计算公式，可以获取 到主筋的锚固长度，其中，系统采用上下锚固分开设计的方式，从而可以有效灵活调整上下 锚固的长度； 在软件的插件界面中，如图3所示，包含"主体结构属性"这一选项，按照真实施工情 况，输入相应的混凝土标号、使用年限、钢筋环境和锚固修正系数等参数，可以实现钢筋保 护层计算和结构柱主筋的自动锚固长度布置； 3) 通过人机交互方式判定三维梁柱钢筋的主筋定位，控制弯钩类型和弯钩方向； 由于放置钢筋的主体对象在模型环境中的放置并不是固定的，为了程序能够准确的识 别信息，需要通过客户确定主筋的主体面的位置关系，通过钢筋参数设置，通过位置关系可 以正确的创建出主筋弯钩的方向，可以对结构梁、柱中不同侧边的主筋进行弯钩方向和弯 钩形状的设置，以满足真实施工的需求； 4) 倾斜混凝土矩形结构柱三维柱梁钢筋布置； 本发明中，所述倾斜混凝土矩形结构柱三维柱梁钢筋布置时，通过以下方式控制钢筋 创建位置和创建方向： 找到混凝土矩形结构柱的四个柱面，获取到四个柱面的方向向量和柱中心线的方向向 量，由于柱中心线方向向量决定主筋的中心线与箍筋的创建方向，面的方向向量则是创建 主筋时钢筋的平铺法向量，因此，通过四个柱面的方向向量与柱中心线的方向向量，可以很 好地控制钢筋创建位置和创建方向； 5) 高低混凝土矩形框架梁三维柱梁钢筋布置； 本发明中，所述高低混凝土矩形框架梁三维柱梁钢筋布置时，通过以下方式控制钢筋 创建位置和创建方向： 找到所述矩形框架梁的四个柱面，获取到四个柱面的方向向量和柱中心线的方向向 量，由于柱中心线方向向量决定主筋的中心线与箍筋的创建方向，面的方向向量则是创建 主筋时钢筋的平铺法向量，因此，通过四个柱面的方向向量与中心线的方向向量，可以很好 地控制钢筋创建位置和创建方向； 6) 根据用户选择的包含混凝土等级、建筑物使用年限、钢筋环境的参数信息，生成三维 柱梁钢筋中结构主体的混凝土保护层数值，并应用到三维柱梁钢筋的创建计算中； 该混凝土等级、使用年限、钢筋环境等参数预先写入程序当中，当用户选择了不同的参 数条件时，程序会自动判断这些参数都符合的条件下的保护层厚度，并且将保护层的厚度 值应用在创建计算当中，实现钢筋定位； 7)按照钢筋施工的规则，对所述三维梁柱钢筋中节点处，结构构件的三维主筋是否应 当避让钢骨柱进行处理； 进一步的，本发明中，针对劲性结构，在所述三维主筋避让所述钢骨柱翼缘处，依据搭 建规范和设计说明添加牛腿或套筒。
[0018] 8)在三维梁柱钢筋中，依据建筑规范检测钢筋与钢筋的碰撞、钢筋与节点处钢骨 柱的碰撞问题，根据碰撞检测的结果，调整、修改钢筋间距和位置；包括有结构梁、柱的钢筋 之间、钢骨和钢筋之间的干扰检查； 在Revit中，通过拾取节点内多个对象(钢筋主体-混凝土框架梁、柱，及钢骨柱等)， 确定检测对象(主体内钢筋、钢骨等)，然后程序自动检测出干涉位置，并且将受干扰构件在 Revit的环境中，以亮显的方式表现出来，并可实现提取出干涉构件的名称、类型、ID编号 等信息，将数据按一定的格式以文本文件方式进行导出和存储，通过该上述布置模块布置 的钢筋，根据干涉报告，可以实现手动的单个钢筋独立调整； 具体的碰撞检测流程，请参见图8所示，首先选择需要检测的对象，对选择的对象集合 进行检测，检测确认没有问题后，点击运行软件中的冲突检测命令，自动进行碰撞检测，并 弹出对话框，检测完毕点击退出关闭一结束，并可点击导出报告，存储于本地存储设备中， 完成冲突碰撞报告的导出。
[0019] 二、对确认的三维梁柱钢筋模型根据施工现场情况自由组合、拆分，将构件进行施 工工序的编号，生成相应的施工工序流程模拟； 三、 将确认的三维梁柱钢筋模型转换输出为CAD二维图，根据该二维图加工构件； 四、 依据该二维图和钢筋施工工序流程模拟，在施工现场指导现场施工。
[0020] 需要说明的是，本发明三维钢筋节点布置模块的布置方式有通长和非通长两种： 通长情况下，柱钢筋两侧主筋到结构柱中心汇合；非通长的情况下，主筋到结构柱主体保护 层停止锚固，以此减少钢骨节点的不必要碰撞问题。
[0021] 需要说明的是，典型构件的钢筋布置时，如标准钢筋截面的混凝土框架梁、柱等构 件，在布置模块界面中，选择该结构梁、柱，模块弹出规则参数窗口，工具中，可以预定义多 种钢筋规范中的典型截面和钢筋分布、加密方式，用户使用时，可以直接调用，再输入一些 钢筋相关参数，实现结构梁、柱内的钢筋布置的功能。
[0022] 本发明中，所述按照规则对所述三维梁柱钢筋模型中节点处结构构件的三维主筋 是否应当避让钢骨柱进行处理采用如下方式： 获取该钢骨柱几何模型的面集合，计算得到创建主筋的中心线，用该中心线与所述面 集合进行相交处理，得到该中心线与所述钢骨柱相交的各个点集合，通过点的信息，判断出 相交位置，据此判断钢筋是否应该避让钢骨柱。
[0023] 本发明中，所述检测钢筋与钢筋的碰撞、钢筋与节点处钢骨柱的碰撞问题时采用 以下方式： 获取钢筋的中心线和直径，通过创建拉伸实体的方法创建一个与钢筋外形相同的实体 对象，用所述实体对象与其它实体对象或者节点处钢骨柱进行碰撞，以检测钢筋与钢筋的 碰撞、钢筋与节点处钢骨柱的碰撞问题，如果碰撞，得到碰撞后的信息，并将信息保存到数 据列表中生成报告。
[0024] 进一步的，本发明中，在依据建筑规范检测钢筋与钢筋的碰撞、钢筋与节点处钢骨 柱的碰撞问题时，通过将选择的冲突对象进行匹配放大并进行亮显。这样，方便进行编辑， 修改处理。
[0025] 具体实现时，可以在冲突检测界面选中对象后在Revit中匹配放大并进行亮显、 编辑，即选中一个冲突组合，通过对象ID号找到对应的对象，通过Revit的自动缩放功能与 选择亮显功能，可以将碰撞的对象组合缩放到最佳可视窗口并亮显。
[0026] 进一步的，本发明中，在三维梁柱钢筋模型生成过程中，可自动验证二维图是否符 合相关规范，并在不合格进通过弹出对话框等方式进行提示。
[0027] 本发明可以通过软件编程来实现，通过用户在软件中输入相关的参数，自动生成 三维形体模型，并自动避让钢骨柱翼缘，自动干涉碰撞检查，依据技术规程生成碰撞报告， 并采用人机交互的方式在三维视图中对生成的梁柱节点进行调整，最终形成符合规范要求 的三维形体模型，同时可实现施工工序的流程模拟，根据输出的CAD二维图进行构件加后， 再根据CAD二维图，施工工序的流程模拟在施工现场指导现场施工，大大提高了工作生产 效率。
[0028] 本发明方法可以实现三维模型形式展现，从任意方向观察及任意进行剖面的截 取，可以对钢骨柱的钻孔位置准确定位，可以通过施工模拟验证实际工程操作环境是否满 足安装条件，对箍筋的种类形式自动进行设置，充分满足工程要求，同时运用此BIM技术， 将节点深化时间缩短，节约工程成本，减少工作量。
【权利要求】
1. 一种基于BIM技术的梁柱钢筋节点自动布置与施工模拟方法，其特征在于，采用以 下步骤： 一、 根据CAD梁柱结构详图，在Revit Structure软件中用预置的三维钢筋节点布置模 块，形成三维梁柱钢筋并进行布置；具体包括以下内容： 1) 根据CAD图元创建与所述CAD图元的信息、形状一致的三维梁柱钢筋； 2) 根据预置的锚固计算规则，控制生成三维柱梁钢筋的主筋锚固长度； 3) 通过人机交互方式判定三维柱梁钢筋的主筋定位，控制弯钩类型和弯钩方向； 4) 倾斜混凝土矩形结构柱三维柱梁钢筋布置； 5) 高低混凝土矩形框架梁三维柱梁钢筋布置； 6) 根据用户选择的包含混凝土等级、建筑物使用年限、钢筋环境的参数信息，生成三维 柱梁钢筋中结构主体的混凝土保护层数值，应用到三维柱梁钢筋的创建计算中； 7) 按照规则对所述三维柱梁钢筋中节点处结构构件的三维主筋是否应当避让钢骨柱 进行处理； 8) 在三维柱梁钢筋中，依据建筑规范检测钢筋与钢筋的碰撞、钢筋与节点处钢骨柱的 碰撞问题，根据碰撞检测的结果，调整、修改钢筋间距和位置； 二、 对确认的三维柱梁钢筋根据施工现场情况自由组合、拆分，将构件进行施工工序的 编号，生成相应的施工工序流程模拟； 三、 将确认的三维柱梁钢筋转换输出为CAD二维图，根据该二维图加工构件； 四、 依据该二维图和钢筋施工工序流程模拟，在施工现场指导现场施工。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述三维主筋避让所述钢骨柱翼缘处， 依据搭建规范和设计说明添加牛腿或套筒。
3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述倾斜混凝土矩形结构柱三维柱梁钢筋 布置时，通过以下方式控制钢筋创建位置和创建方向： 找到混凝土矩形结构柱的四个柱面，获取到四个柱面的方向向量和柱中心线的方向向 量，通过四个柱面的方向向量与柱中心线的方向向量，控制钢筋创建位置和创建方向。
4. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高低混凝土矩形框架梁三维柱梁钢筋 布置时，通过以下方式控制钢筋创建位置和创建方向： 找到所述矩形框架梁的四个柱面，获取到四个柱面的方向向量和柱中心线的方向向 量，通过四个柱面的方向向量与中心线的方向向量，控制钢筋创建位置和创建方向。
5. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述按照规则对所述三维柱梁钢筋中节点 处结构构件的三维主筋是否应当避让钢骨柱进行处理采用如下方式： 获取该钢骨柱几何模型的面集合，计算得到创建主筋的中心线，用该中心线与所述面 集合进行相交处理，得到该中心线与所述钢骨柱相交的各个点集合，通过点的信息，判断出 相交位置，据此判断钢筋是否应该避让钢骨柱。
6. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述检测钢筋与钢筋的碰撞、钢筋与节点处 钢骨柱的碰撞问题时采用以下方式： 获取钢筋的中心线和直径，通过创建拉伸实体的方法创建一个与钢筋外形相同的实体 对象，用所述实体对象与其它实体对象或者节点处钢骨柱进行碰撞，以检测钢筋与钢筋的 碰撞、钢筋与节点处钢骨柱的碰撞问题。
7.如权利要求Γ6任一项所述的方法，其特征在于，在依据建筑规范检测钢筋与钢筋 的碰撞、钢筋与节点处钢骨柱的碰撞问题时，通过将选择的冲突对象进行匹配放大并进行 売显。
【文档编号】G06F17/50GK104156544SQ201410432811
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年8月29日 优先权日:2014年8月29日
【发明者】杨震卿, 宋萍萍, 潘朝辉, 张红, 尚辰超, 薛俊 申请人:北京六建集团有限责任公司