基于Restation的海上风电机组基础钢筋3D可视化应用

文 | 闾泽洋

Restation是华东勘测设计研究院有限公司基于Microstation开发的三维配筋软件，一般用于大型水电项目的配筋设计，具有直观方便的优点。本文以某海上风电工程的高桩承台为例，讨论Restation在风电机组基础钢筋3D可视化中的应用。

工程简介

该海上风电工程场址位于上海市南汇区海域，北距南汇嘴岸线约5km。其中26台风电机组单机容量为3.6MW。风电机组基础采用高桩混凝土承台群桩方案，混凝土承台顶面高程5.0m，底面高程0.5m，承台底面设置封底混凝土。承台分为上下两部分，下部圆柱体，上部为圆台体。混凝土承台采用现场浇筑的高性能钢筋混凝土结构。每个承台下设置8根钢管桩，钢管桩采用斜桩，在承台底部均匀布置。风电机组塔筒的过渡段埋入承台，并通过连接件与钢管桩焊接固定。在承台的侧面布置有靠船、防撞设施，承台上方设置了钢结构平台，如图1所示。

运用Restation实现风电机组基础钢筋3D可视化的流程

一、对风电机组基础模型进行分析并构造配筋体

首先要有选择地忽略次要几何特征，构造配筋体。风电机组基础的侧面有很多预埋件，需要在风电机组基础挖除，破坏了风电机组基础侧表面的完整性和规则性，并形成了许多零碎的面，不利于Restation识别配筋面。对于钢管桩伸入承台部分，由于Restation可以识别开孔的底面，在开孔处截断并自动实现钢筋锚固，就可以不忽略，只需要预先挖除这部分。

海上风电机组基础并不是单纯的混凝土结构，其中包含塔筒过渡段、连接件、钢管桩等钢结构。这些钢结构使砼承台形成了更多的混凝土内部表面，为实现混凝土与钢结构的共同作用，在这些混凝土内部表面也需要配筋。具体的方法是构造以钢结构表面为边界的配筋体。如图2所示，蓝色为连接件，绿色为连接件的内表面构造的配筋体。

对于只有一个面上有约束的，可以通过提取面调整面的尺寸，用面增厚为体的方法构造配筋体。如图3所示，蓝色为连接件，绿色为通过提取连接件外表面并构造的配筋体。

图1 高桩承台3D模型

图2 构造配筋体（a）

构造配筋体（b）

对于钢管桩桩周的钢筋，开孔的内表面是以椭圆为母线形成的面，不是Restation容易识别的圆柱面，经过试验后，最终采用了构造圆柱形配筋体的方法。如图3所示两个圆柱形灰色配筋体。

二、运用Restation实现基础配筋与钢筋组局部修改

运用Restation实现基础配筋比较关键的是确定配筋路径。比较常用的是按坐标系和按边配筋。坐标系通常为直角坐标系，仅适合规则形状的配筋面，对风电机组承台而言，可以用在承台侧表面的圆柱面、圆锥面和承台顶面，也可以用在构造出来的圆柱体和长方体上。按边配筋可以用在有圆弧的配筋面，适用范围比按坐标系配筋更广。其他方式如按线配筋用得较少，对于底面钢筋，由于采用三向配筋，即钢筋间隔60°布置，并不适用按坐标系配筋，也没有半径可以作为边识别，需要先构造辅助线。

Restation对于同一（组）配筋面不支持按相近的配筋路径多次配筋，在同一（组）配筋面上的2种钢筋需要运用APM复制的方法。如图4所示，首先生成红色钢筋，再运用APM复制，然后旋转并截短得到紫色钢筋。

风电机组基础承台中的架立钢筋，不是表面钢筋，经试验发现也不能通过修改拉筋方法得到，最终使用自定义的方法：先按画一组smartline，再将smartline定义为钢筋组。这种方法借助MicroStation平台的精确绘图功能，实际操作并不繁琐。如图5、图6所示。

对于Restation配筋后的成果有时需要进行局部的修改，如相邻面的钢筋合并，钢筋锚固方向的调整等。如图7所示，该图为顶视图，图中蓝色线条为塔筒的过渡段及法兰，绿色线条表示构造的圆柱形配筋体，红色线条为基础环外钢筋（穿过法兰孔），通过钢筋组旋转实现钢筋位置与法兰孔位置精确重合；通过调整钢筋锚固方向，实现钢筋径向向外锚固。

三、与AutoCAD二维钢筋图表达效果比较

常用的AutoCAD二维钢筋图制图与读图是分开的，先由设计工程师按照配筋需求，利用工程制图方法，将空间钢筋布置按投影规则在平面上表现出来；再由施工人员用相反的过程将平面图配筋转化为空间配筋。Restation软件借助Microstation的平台，将设计师的空间钢筋布置要求直接以三维空间的方式展示出来；只在需要时，用Microstation切图工具实现从三维空间到二维平面的转换。

图4 钢筋APM复制、修改

图5 自定义钢筋方式形成钢筋组（a）

图6 自定义钢筋方式形成钢筋组（b）

图7 3D钢筋的局部修改

Restation相比而言更加直观，减少了复杂的人工转化过程，可以直观地看到配筋的效果。比如连接件内侧的钢筋布置，在使用AutoCAD制图、读图时均是难点，只有很小的幅面，表达的内容却很多，制图时经常会混淆，读图时AutoCAD二维钢筋图需要有经验的工程师进行讲解（图8），而在Restation模型中，就一目了然（图9），钢筋的形状、尺寸所受限的边界都很清晰，与实际施工的效果（图10）更相近。

图8 连接件附近钢筋AutoCAD二维图

图9 连接件附近钢筋3D模型

图10 连接件附近钢筋施工照片

设计人员在建好三维配筋模型后，能实现与其他构件的碰撞检查，并可用于指导施工放样，减少现场的钢筋调整或切割。比如过渡段内Z形钢筋所受阀坑和集水坑影响，在AutoCAD二维制图时，在剖面图中被忽略掉了（实际上也难以准确表达出来），而在Restation三维配筋时很容易发现这个小问题，并将有关钢筋截断（阀坑和集水坑下表面另配有钢筋，所以这里选择截断钢筋而不是调整几根受影响的钢筋的局部尺寸），如图11所示。图12为现场Z形钢筋实际照片，可以作为钢筋3D可视化对施工指导意义的旁证。

图11 配筋的碰撞检查（a）

图12 配筋的碰撞检查（b）

当然，Restation风电机组基础钢筋3D可视化效果与AutoCAD二维钢筋图表达效果相比也有某种程度的不足，由于软件功能的限制，非规则的配筋面配筋有时会失败，部分钢筋的空间表达需要变通处理。如图9中矩形封闭钢筋，是通过控制锚固钢筋沿伸到面形成的，钢筋不能再次折弯锚固或是伸出200mm锚固，不能表达钢筋伸出交点200mm的效果（图10）。这样的锚固要求显然在AutoCAD中可以清楚标示（图8）。

结语

（1）运用Restation软件，通过合理构造配筋体，选用合适的配筋方法并对钢筋（组）修改，可以有效地实现风电机组基础钢筋3D可视化。

（2）风电机组基础钢筋3D可视化直接以三维空间的方式展示配筋成果，直观方便，减少了人工思维转化的工作量，并能实现部件间的碰撞检查，对施工具有更好的指导意义，相对于AutoCAD二维钢筋图表达效果有明显的优势。

（3）受Restation软件功能的限制，部分钢筋3D可视化效果与设计意图仍有差别，实际使用中应当注意并避免由此带来的不良影响。

（4）混凝土结构配筋的三维设计取代二维设计是大势所趋，在显示技术和手段进步的背景下，对于工程设计的表达有必要突破“纸”的概念，借助计算机或其他设备（比如全息投影），发挥出钢筋3D可视化的优点。

（5）海上风电机组基础的Restation 3D可视化难度略高于陆上风电机组基础。本文所提到的方法和技巧也可以在陆上风电机组基础及箱变基础上获得实质性的应用，并形成标准化模板，进一步提高效率。