行政院國家科學委員會專題研究計畫 成果報告
由建築結構設計圖自動產出鋼筋施工圖及料單(I)
研究成果報告(精簡版)
計 畫 類 別 ： 個別型
計 畫 編 號 ： NSC 95-2221-E-002-312-
執 行 期 間 ： 95 年 08 月 01 日至 96 年 07 月 31 日
執 行 單 位 ： 國立臺灣大學土木工程學系暨研究所
計 畫 主 持 人 ： 陳永祥
計畫參與人員： 其他：曾惠斌、林佑正、黃超煌
處 理 方 式 ： 本計畫可公開查詢
中 華 民 國 96 年 12 月 17 日
行政院國家科學委員會專題研究計畫成果報告
由建築結構設計圖自動產出鋼筋施工圖及料單 (I)
Automatically Design of Shop Drawing of Reinforcements
for RC Buildings (I)
計畫編號：NSC
95-2221-E-002-312-執行期限：95年 8月 1日至 96年 7月 31日
主持人：陳永祥
國立台灣大學土木工程學研究所
計畫參與人員：曾惠斌、林佑正、黃超煌
一、中文摘要 本計畫主要開發一套 RC 建築結構設 計-施工軟體，協助建築師及結構技師建立 建築結構設計圖，或協助營造廠商參加投 標所獲得之 RC 結構設計圖(一般電腦圖檔 無法取得)，將圖面上相關資料如梁柱構件 尺寸及鋼筋配筋量等 ，輸入電腦資料庫， 由本計畫所開發程式可自動建立圖檔 ，並 經 由 AutoCAD 自動快速繪製構件配筋 圖，並依照規範自動計算彎鉤 、錨碇、搭 接等，可以快速準確計算鋼筋用量 ，並彙 整料單及繪出鋼筋施工圖 ，作為投標數量 之依據。 本計畫所開發之程式可以由結構設計 資料建立圖檔，可提供建築相關設計或設 計變更之用途，同時可自動產生詳細鋼筋 料單及施工圖，因係依據規範自動計算錨 碇彎鉤長度、搭接位置與長度，可準確計 算鋼筋用量之多寡，故有助於施工進度及 避免錯誤之要求。研究成果可顯示結構設 計圖，梁柱構件及梁柱接頭配筋圖 ，故可 同時檢核配筋是否合乎規範之規定 (包括 鋼筋間距、保護層、搭接長度及錨碇彎鈎 等)。故可提供作為結構設計檢核及施工圖 之用途。對結構設計及施工品質之準確度 提升，提供有力的保証及應用之工具 。 關鍵詞：鋼筋施工圖、料單、自動化 AbstractThe automation of the shop drawing and the quantity list of the reinforce ments of a RC building is going to established in this research project. It is very important for a constructor to bid a RC building project or to construct a RC building under the control of budget and schedule. A two -year research project is presented for this purpose. The scope of the first year will include the basic design information data base, the automation of 2-D and 3-D structural drawing of a building, and the automation of the design drawings of the reinforcements. T he scope of the second year will include the automation of the shop drawings and the quantity list of the reinforcements. The hook, developed length, splice, and protection thickness will all be considered; therefore the automation established in this research project will be very precise and it can make the surplus and waste of the reinforcements as minimum as possible.
Keywords: Refinorcements, Shop Drawing, Quantity List, Automation
二、緣由與目的 有鑒於目前營造廠需要在投標時需於 短時間內就先依照結構設計圖計算數量 ， 準確評估投標金額。實際承接工程時，也 需要由現場施工人員依照結構設計圖以及 工程進度分樓層分區進料 ，這些工作現階 段都是由營造廠耗費大量的人力完成 ，不 但錯誤機率很高，造成成本及人力的浪 費，管理者也無法全盤掌握施工單位的作 業品質，成為營建施工管理的盲點 。 本計劃的目的主要是建立一套自動化 計算結構數量、繪出結構平面圖、立面圖、 三維構架圖、構件斷面圖、配筋圖，計算 鋼筋、混凝土、模版數量，以及輸出鋼筋 料單、施工圖，協助提供最佳化定尺進料 建議，廢料計算等功能之軟體。可以減少 營造單位發包施工過程中重覆數量計算浪 費的人力物力，加速營造廠投標作業，精 確完成成本估算，並且幫助施工單位有效 進料控制，減少廢料，降低成本，節省工 時。 一般營造廠投標之工程數量計算 ，非 常粗略，工程成本不易掌控，風險很大， 得標後又無法精確計算以及施工管理不確 實等因素，輕者影響成本收益，重者影響 工程品質及進度。營建工程中又以鋼筋數 量之計算更不易正確，草率估料施工，造 成鋼筋廢料很多，無法管制，形成浪費， 有鑑於斯，本計劃乃提出由結構設計圖經 由電腦技術自動產出資料庫 、圖檔、鋼筋 施工圖及料單之研究計劃，希望解決一般 營造廠無法或不易解決問題 ，研發一個電 腦自動化系統，協助營造廠投標前及得標 後營建材料(尤指鋼筋)數量計算，期減少風 險，提高品質及進度效益 ，同時可提供鋼 筋施工圖，有助於鋼筋之加工及減少 鋼筋 之廢料，以上效益應對營建業發展有很大 的幫助。本研究計劃所完成之成果，可再 與上游工作之結構分析設計結合 ，並可與 下游營建工程工料數量進場進度及財務管 理結合，形成上中下游工作之串聯整合 ， 即設計施工財務管理之自動化流 程 ， 故本計劃將可成為數位營建奠定基 礎，為營建數位時代開創契機 。本計畫第 一年研究已完成梁柱使用者輸入介面，及 鋼筋用量之計算，以下加以說明所研究之 成果。 三、程式架構及組成 本研究計畫依自動化程式開發作業流 程(如圖 1)，其工作內容主要包括建立基本 資料庫、設計資料庫、產生電腦資料檔資 料、鋼筋、混凝土、模板數量計算以及計 算結果輸出等部份，程式架構區分為三個 主要部分，分別為資料輸入資料儲存 圖形繪製。首先建構梁柱之使用者視窗介 面，將有關梁柱之圖面資料系統化的 儲存 於設計資料庫中，以提供後續施工圖及施 工料單繪製、物料計算及其他相關應用程 式開發之資料來源，以下就程式架構中所 組成之元件加以說明。 (一) 基本資料庫 (1) 鋼筋基本性質參數共計 4 個，包括鋼筋 單位長度質量(W)、鋼筋標稱直徑(db)、 鋼筋標稱面積(Ab)、鋼筋標稱周長(P) 等，如表 1 所示。另外，使用者於此階 段輸入梁、柱、板、牆、樓梯各結構元 件採用之混凝土 28 天抗壓強度 fc ’ ，鋼 筋降伏強度 fy等資料。 (2) 規範資料包括保護層厚度、主筋排列最 小間距、鋼筋搭接長度(表 2)、伸展長 度、彎鈎錨碇長度(表 3)。 (二) 梁柱設計資料庫 梁柱設計資料庫包含: 1.梁柱構件編號 梁柱編號依據樓層、柱線、配筋型式等 統一予以編號。 2.梁構件參數共計 33 個，參數係依據梁尺 寸及配筋加以分類，梁尺寸參數共計 3 個，梁配筋參數共計 30 個，如表 4 所示。 依梁配筋設計參數(圖 2)建構使用者輸入 視窗如圖 3、圖 4 所示。
3.柱設計參數共計 14 個，參數係依據柱尺 寸及配筋加以分類，柱尺寸參數共計 3 個，柱配筋參數共計 11 個，如表 5 所示。 依柱配筋設計參數建構使用者輸入視窗 如圖 5 所示。 將所設定之梁柱參數儲存於設計資料庫 內，做為日後圖形輸出之依據 。 (三) 產生電腦資料檔及輸出 合併基本資料庫及設計資料庫之電腦 資料檔，作為後續數量計算的根源 ，所有 輸入資料均可以藉由圖形或者檔案輸出 ， 供使用者檢查資料的正確性以及完 整性。 1. 文件輸出：將儲存於設計資料庫之構 件資料，顯示於構件圖形視窗，如圖 所示，依圖檢視，供使用者核對檢查 所輸入數據是否錯誤或遺漏 。 2. 圖檔輸出：藉由繪圖軟體 AutoCAD， 將結構資料以圖面表示，包括構件斷 面圖、配筋圖、施工圖及料單等等， 如構件斷面圖繪製時，需先擷取資料 傳入繪製構件斷面圖視窗，如圖 6 所 示，再執行繪圖程序，將斷面圖依實 際尺寸輸出，如圖 7 所示。 (四) 鋼筋數量計算 鋼筋數量計算–依照使用者輸入梁柱 設計資料以及基本資料庫中設定參數 ，程 式可自動計算箍筋用量，並於檢視視窗輸 出，如圖 8 所示，主筋數量計算另需考量 搭接位置及錨碇彎鉤長度，計算較為繁 複，需個別處理輸出，所有計算均需依據 規範要求加以檢核。 (五) 計算結果輸出 計算結果依據單一軸線分別完成數量 計算，並且提供下列計算結果供實際施工 進料、進度、品質、成本控制使用： 1. 鋼筋料單：以固定格式輸出鋼筋料單 (包括主筋、箍筋、彎鈎、搭接等)， 自動統計重量，並且以圖示、長度分 類彙整各種形式的需求數量，減少人 工計算出錯的可能。進行鋼筋裁切加 工作業時，也可以藉由格式統一、清 晰的料單，更加快速，避免錯誤造成 的材料浪費。 2. 鋼筋施工圖：依據使用者設定之相關 規範參數以及實際結構設計配筋結 果，以及錨碇、彎鈎、搭接等細部資 料，自動化繪出施工圖，現場施工者 可以方便正確地依圖施工 。 3. 鋼筋用量計算：程式可以由使用者輸 入實際定尺進料長度，並依照鋼筋使 用數量計算之結果，產生鋼筋數量， 提供管理單位作為成本控管的依據 之ㄧ。 使用者可以依據施工圖與料單正確無 誤訂購鋼筋，依據數量計算結果評估鋼筋 用量 ，不但可以使現場進料作業更加順 暢，對於鋼筋用量的控制以及工程進度的 控管效益也大幅提升。 四、結論 1. 本研究計畫所開發之梁柱配筋圖自動 化程式，能將使用者利用 ACCESS 資料 庫建置完成的鋼筋基本資料、鋼筋伸展 長度與搭接長度資料庫與程式連結，並 提供現行規範於梁柱配筋圖自動化程 式中做繪圖與計算的依據，若規範有任 何修訂，可於一般大眾常使用之資料庫 裡修改規範值。 2. 本研究計畫所開發之梁柱配筋圖自動 化程式，能讓使用者依照結構設計圖與 梁柱配筋圖輸入圖說上的資料，並將輸 入的資料儲存於梁柱斷面資料庫與梁 柱配筋資料庫，並提供梁柱配筋圖自動 化程式中做繪圖與計算的依據。並可將 程式中的梁柱斷面資料庫與梁柱配筋 圖資料庫建檔儲存於資料庫裡，如此可 讓使用者對於往後資料報表、文書處理 等工作能更加便利。 3. 目前計畫進度已完成在鋼筋 用量方面 能就箍筋及繫筋用量加以計算，主筋部 份因涉及搭接、續接情況不同而需較詳 細考慮，並符合規範要求予以計算。
五、參考文獻
[1] 中國土木水利工程學會 ,混凝土工程設
計規範與解說,(土木 401-93).
[2] Arthur H. Nilson,David Darwin, Charles
W. Dolan,Design of Concrete Structures , 13th Ed. McGraw Hill, 2003.
[3] G.. Booch,Object-Oriented Design with
Applications,2ndEd.,Benjamin/Cumming s, Redwood City, CA, USA, 1993.
[4] Steven Holzner, 精通 Visual Basic.NET
中文版黑皮書, 超維度工作室, 2003. 5.
[5] Debbie Stone 、Caroline Jarrett 、Mark
Woodroffe 、 Shailey Minocha,User
Interface Design and Evaluation ,
Morgan Kaufmann Publisher , 2005.
[6] Marion Cottingham,Mastering AutoCAD
VBA, 2004. [7] 劉醇政，梁配筋圖自動化程式開發 ， 2006.6.。 [8] 陳享禮，柱配筋圖自動化程式開發 ， 2006.6.。 表 1 鋼筋基本資料 表 2 受拉鋼筋之搭接長度
表 3 標準彎鈎長度 表 4 梁構件設計參數 表 5 柱構件設計參數 柱尺寸參數 (1) 柱高 (2) 柱寬 (3) 柱深 柱配筋參數 (5)水平主筋支數 主筋 參數 (4)主筋號數 (6)垂直主筋支數 上端圍束區 (7)箍筋號數 (8)箍筋間距 中央區 (9)箍筋號數 (10)箍筋間距 下端圍束區 (11)箍筋號數 (12)箍筋間距 箍 筋 參 數 梁柱接頭區 (13)箍筋號數 (14)箍筋間距 梁尺寸參數 (1) 梁跨距 (2) 梁寬 (3) 梁深 梁配筋參數 左 (4)主筋支數 (5)主筋號數 中 (6)主筋支數 (7)主筋號數 上層主筋 右 (8)主筋支數 (9)主筋號數 左 (10)主筋支數 (11)主筋號數 中 (12)主筋支數 (13)主筋號數 主 筋 參 數 下層主筋 右 (14)主筋支數 (15)主筋號數 左 (16)腰筋支數 (17)腰筋號數 中 (18)腰筋支數 (19)腰筋號數 腰 筋 參 數 右 (20)腰筋支數 (21)腰筋號數 (28)左端箍筋配置範圍 (22)箍筋號數 (23)箍筋間距 (24)箍筋號數 (25)箍筋間距 箍 筋 參 數 (29)右端箍筋配置範圍 (26)箍筋號數 (27)箍筋間距 (30)左端斷筋點位置 上層主筋 (31)右端斷筋點位置 (32)左端斷筋點位置 加 強 筋 參 數 下層主筋 (33)右端斷筋點位置
圖 1 由結構設計圖自動產出圖檔 、鋼筋施工圖及料單作業流程圖圖一：建築梁柱配筋施工圖之自動最佳化設計作業流程 電腦資料檔 資料檢查修正 數量計算 混凝土數量 鋼筋數量 模板數量 3.實際施工經 驗修正值 2.設計規範 1.材料資料 (鋼筋混凝土) 基本資料 庫 設計資料 庫 結構設計圖 系統介面輸入 (樑柱板牆樓梯等) 構件編號 電腦資料作業流程 構件參數設定 (構件尺寸、配筋等) AutoCAD 繪圖 平面圖 立面圖 三維構架圖 鋼筋施工圖 鋼筋料單 廢料計算 搭接位置及 定尺選擇之 最佳化設計 構件斷面圖 構件配筋圖 第 一 階 段 計 畫 第 二 階 段 計 畫
圖 2 梁構件參數配置圖
圖 3 梁構件配筋設計參數使用者輸入視窗
圖 5 柱配筋設計參數使用者輸入(input)視窗
圖 7 構件斷面配筋圖顯示視窗
