基于BIM的鋼筋數控集中加工在大型房建工程中的應用研究

(中交一公局第四工程有限公司，南寧 530000)

1 工程概況

1.1 項目簡介

西昌市航天大道東延線道路建設工程棚戶區改造拆遷安置點建設項目，位于西昌市航天大道東延線道路北側城東大道東側高枧鄉屬地內，地理坐標：北緯27°52'29.00"，東經102°17'50.00"。地處鮮水河-小江斷裂帶的分支斷裂帶：安寧河-則木河斷裂帶上。主要結構形式:框架-剪力墻結構(地下2層,地上4層至20層，為住宅、酒店、商業及其他配套設施)，抗震設防烈度為9°。建筑面積：96.76萬，鋼筋用量約為8萬多t，其中一分部和五分部的筏板基礎、框剪結構、鋼筋總用量約4.8萬t。

1.2 工程特點及難點

本項目為框架-剪力墻結構，鋼筋用量巨大；抗震設防烈度為9°，技術專業水平和鋼筋成品質量要求高；所有分部同步施工，建設工期緊張，需要綜合資源優化組合，高效率生產，確保鋼筋成品供應質量的同時還要確保供應規模；按照以往的傳統模式，分散建立相應的鋼筋加工廠，投入大成本高，管理難度大，浪費嚴重，人才利用率低；前端鋼筋料單生成依靠人工放樣或借助某種軟件翻模生成，涉及很多人工，存在著鋼筋翻樣精度不高等問題，對于后端，基本上還需要手工輸入料單到數控加工設備，不能形成料單和設備的自動對接，將會造成生產效率低，鋼筋成品的質量管控難度大；生產過程不能系統記錄統計步驟數據信息，成型鋼筋質量責任的追溯困難；為省內首批PPP大型房建項目，承擔著新模式探索應用及專業管理經驗系統總結的使命，特別是鋼筋作為工程成本控制的一項重要環節對經濟效益起著至關重要的作用，更需要對實踐過程中的數據資料分步驟留存，房建工程產業的進步發展需要將信息化融入生產管理中。

2 BIM組織與應用環境

2.1 BIM應用目標

通過采用基于BIM技術的鋼筋集中加工模式，解決鋼筋翻樣精度不高和翻樣速度慢的問題，同時可通過BIM技術對所有鋼筋進行編號歸類，提高鋼筋半成品理料效率，基于BIM平臺對整個項目的鋼筋原料和半成品進行綜合管理，節省施工時間和原材料，大大的提高施工生產效率，降低成本[1-2]。

2.2 實施方案

本項目基于BIM技術的鋼筋數控集中加工模式就是在施工場地外圍的固定場地，建立鋼筋集中加工廠，如圖1所示[3]，采用BIM技術建立的結構鋼筋模型自動導出經過優化組合過的精確下料單，結合成套的鋼筋切割工具以及自動化鋼筋數控加工設備和完善的信息化生產管理體系，實行制度化批量生產，結合工程施工生產進度提前將鋼筋制作成各個分部分項所需要的鋼筋制品，并通過運輸設備配送到施工現場位置的一種鋼筋加工應用模式[4]。

圖1 鋼筋集中數控加工場布圖

基于BIM技術的鋼筋數控集中加工模式作為當前建筑工程中先進的鋼筋加工工藝的產物，和以往傳統工藝相對，具有生產管理信息化、裝備工藝自動化、生產水平專業、質量控制標準化和集中加工產業化等五方面的特點，能夠很好地解決鋼筋加工應用過程中出現的一系列難題。

2.3 團隊組織

對應項目組織架構，設立了基于BIM技術的鋼筋集中加工管理小組，成立了了BIM技術鋼筋翻樣辦公室，對應設置組長和各個崗位專業人員及對口協調負責人，按照各版塊的責任分工和工作流程，有序開展工作[5-6]。

2.4 應用措施

工程開工前，通過BIM模型，分構件、分層自動編制鋼筋總量計劃；按項目管理要求對鋼筋下料順序和分料進行統籌；每月要根據進度計劃編制鋼筋需用計劃；根據庫存和鋼筋加工情況及市場價格進行采購計劃和采購；每批次鋼筋進場后將合格證上傳至BIM鋼筋管理平臺，同時更新材料入庫單，堆場信息等；根據BIM管理平臺下發實驗通知單進行取樣送檢，并出具試驗報告上傳至管理平臺；利用BIM鋼筋管理平臺，對鋼筋進場，加工進度和施工進度階段性生成結算單，輔助財務結算工作；每月在BIM鋼筋管理平臺填寫盤點單，記錄盤點數據。

2.5 軟硬件環境

配備了用于BIM建模的高配置臺式電腦和移動工作站，軟件采用基于Revit的二次開發的鋼筋建模插件和聯合星層科技有限公司研發的BIM鋼筋加工管理平臺等其他相關軟件(主要軟硬件配置如圖2所示)，鋼筋廠主要設備配置數控彎箍機2臺、數控調直機2臺、切斷機2臺、全自動彎曲機4臺、閃光對焊機2臺、行吊2臺、車絲機4臺。

圖2 BIM軟、硬件配置圖

3 應用內容

3.1 基于BIM技術的鋼筋數控集中加工模式實施工藝流程

3.1.1 鋼筋下料單準備

近年來，我國生態文明建設腳步不斷加快，使自然環境遭到毀壞，加重了水土資源的流失，因此，對環境保護需求逐漸加重。在環境管理與環境執法階段，均以環境監測數據作為核心要素，并對環境監測質量提出更高要求，使環境監測質量管理工作成為重中之重。根據之前的環境監測質量管理內容來看，存在的管理問題偏多，很難彰顯環境監測質量管理優點。工作人員要結合環境監測特征，提出行之有效的解決方案。

(1)鋼筋數控集中加工廠通過CAD施工圖自動創建BIM模型，生成BIM模型的同時導入配筋信息，根據構件配筋信息自動生成3D鋼筋并符合平法圖集及相關規范，如圖3所示。

圖3 創建結構鋼筋模型

(2)其中鋼筋模型的錨固長度及搭接長度將按照預設的抗震等級自動生成，計算結果與實際做法一致，如圖4所示。

圖4 根據鋼筋結構模型生成初步料單

(3)利用鋼筋模型生成初步料單，接著以獨立分部為將項目初步鋼筋料單根據鋼筋型號、加工順序及安裝區域等信息自動分類匯總，通過軟件自動優化配料和工位分配，使鋼筋切割按長短科學搭配，實現自動套料，將廢料量控制到最低，最后提前生成各工位加工鋼筋料單和分揀料單，如圖5所示[7-8]。

圖5 生成優化料單

3.1.2 下達成品鋼筋加工配送任務

鋼筋集中加工廠按照制定的加工配送計劃，將復核確認過的鋼筋料單數據存儲在網絡數據庫中，生成二維碼鋼筋料單，如圖6所示，下發給操作工人；二維碼鋼筋料單上同時顯示鋼筋信息，并對相應加工操作人員下達加工任務指標，明確加工的成型鋼筋原材料牌號規格、堆放位置和加工成型鋼筋制品幾何尺寸、加工數量以及加工任務完成時間等要求[9-10]。

圖6 下達成品鋼筋加工任務

3.1.3 實施成型鋼筋加工

圖7 實施成型鋼筋加工

3.1.4 成型鋼筋出廠檢驗及配送

在成型鋼筋出廠配送前，鋼筋集中加工廠質量檢驗人員對加工完成的成型鋼筋進行質量檢查，檢查成型鋼筋物理力學性能指標，出具檢驗報告，經檢查合格的成型鋼筋供應批次發放出廠合格證。經出場檢驗合格的成型鋼筋，鋼筋集中加工廠按照工程建設需求，在規定時間內將相應數量和規格型號的成型鋼筋制品配送到項目施工現場并提供成形鋼筋質量證明文件[9]。

3.2 創新應用點

通過基BIM鋼筋數控工解決方案，創新點有：

(1)基于CAD圖紙自動創建BIM模型。從CAD電子版圖紙，通過自主研發的軟件，自動識別梁、板、柱、墻，智能創建BIM模型；同時鋼筋信息包含在BIM模型構件屬性中。和目前普遍采用的人工建模比，效率大大提高，并能保證質量；

(2)智能生成梁板柱墻實體鋼筋。通過自主研發的軟件，基于以上，能快速自動智能生成實體鋼筋，同時滿足國標平法圖集及相關規范；

(3)形成項目完整的鋼筋數據庫。可以隨時提取各區域鋼筋數據，可在不同項目中比對校核鋼筋量，形成鋼筋優化的數據依據；鋼筋加工生產可以和施工過程對應。

4 應用效果

當傳統的分散現場加工換成工廠式集中數控加工，當手工料單換做軟件生成，當人力操作也被自動化數控機器替代， 工廠化集中生產、BIM技術精準化翻樣、精細化加工、精確化管控，采用基于BIM技術的鋼筋數控集中加工模式，改變了耗時耗力的傳統苦辦法,展現出新技術的威力，應用效果顯著[11-12]。

4.1 解決人員技術不專業問題，大大提高鋼筋加工效率，降低加工成本

基于BIM結構鋼筋模型，按施工進度和流水段匯總鋼筋料單，依據料單數據實時合理采購原材料，降低庫存成本，并對鋼筋料單進行智能優化，最終生成經濟最優的鋼筋下料單，數控加工設備可直接識別料單，進行鋼筋的自動加工；在鋼筋放樣上，和傳統的鋼筋數控加工相比，從鋼筋放樣開始即真正實現自動化、智能化，有效解決人員技術不專業問題，提高生產效率。例如傳統人工放樣1 000m2鋼筋，需約一個工作日，而基于BIM技術放樣則只需幾分鐘[13-14]。

4.2 有效解決施工現場加工下料剩余長度難以利用、損耗大的問題，降低鋼筋加工損耗

基于BIM技術的鋼筋數控集中加工廠可同時為多個工程提供鋼筋加工配送，并通過使用專用鋼筋下料軟件及數控機械連接技術，能夠實現多工程或同一工程不同部位鋼筋需求綜合套裁下料加工，滿足不同工程不同部位對鋼筋長度尺寸的不同需求，減少鋼筋下料損耗，通過BIM技術使鋼筋切割按長短科學搭配，實現自動套料，可以使大料廢料率控制在約0.8%以內，小料廢料率控制在約0.4%以內，綜合廢料率約在0.68%；正常鋼筋數控加工損耗率為2%左右，則降低鋼材使用量1.32%以上。

4.3 輔助鋼筋加工質量監管追溯，確保鋼筋成品質量

將多工程項目現場加工轉移到一個工廠集中加工配送，可以通過對一個鋼筋集中加工廠的質量監管實現對多個工程現場加工質量監管，能夠有效減少監管人力的投入，提高監管質量效率。同時，通過BIM系統的標準化流程操作，形成每一步的電子檔案，每一步可追溯，從流程上對質量進行把控，減少人為錯誤的發生；建立從原材料進廠到成型鋼筋出廠配送全過程的數據記錄系統，能夠很好地實現對用于建設工程成型鋼筋質量責任的追溯。

4.4 避免現場鋼筋加工條件限制，確保成品鋼筋供應規模

施工現場加工鋼筋受場地條件、氣候條件、人員素質裝備水平等條件限制，在場地狹小、交叉作業種類多、作業人員臨時缺失、加工設備突發故障等條件下，都將難以實施鋼筋連續順暢加工，影響鋼筋加工和工程進度，而鋼筋集中加工在專用封閉的加工廠房內，有固定作業技工和同型多臺鋼筋加工設備，確保24h鋼筋加工連續作業，確保鋼筋供應質量和規模。

4.5 對鋼筋集中加工過程信息存儲集成，為項目的鋼筋應用管理方面的總結提供有力的數據資料基礎，提高項目的信息化管理水平

鋼筋集中加工全過程中有一個龐大的數據存儲系統，能夠對以下數據進行存儲：1)鋼筋集中加工合同、施工單位鋼筋配料單、鋼筋集中加工廠的配送計劃；2)進場原材料時間、牌號規格、數量、廠家以及復檢結果、堆放區域等數據；3)鋼筋加工過程設備加工任務、加工作業人員、加工時間、成型鋼筋堆放區域等數據；4)成形鋼筋出廠檢驗數據和配送車輛、分部、時間等信息；5)3個月以內的影像監控數據記錄。通過這一數據庫能夠很好地為鋼筋使用管理總結提供真實有效的數據資料。

在完成相應部位鋼筋成品加工及配送的同時，還可以通過BIM鋼筋管理平臺，按樓層和構件類型過濾項目模型，快速定位到施工需要綁扎鋼筋的構件，在BIM鋼筋管理平臺移動端可自動顯示該構件的鋼筋綁扎示意圖，如圖8所示，指導現場施工人員對鋼筋的領料和綁扎，提高施工生產效率和項目信息化管理水平。

圖8 鋼筋綁扎可視化交底

5 結束語

作為建筑領域主要材料的混凝土已經實現了商品化，模板也部分實現了工業化生產，裝配式建筑的發展也更是突飛猛進，而鋼筋生產集約化方面進展比較緩慢，在一定程度上成為了制約施工現代化發展的重要因素。隨著勞動力的短缺和人工成本的不斷提高，鋼筋集中數控加工將逐步取代傳統現場加工，這也是行業發展不可逆轉的趨勢。綜上所述，基于BIM技術的鋼筋數控集中加工模式是一種行業領先、模式創新、標準提高、的先進模式，將鋼筋集中數控加工的工廠化、集約化優勢與BIM技術的專業化優勢完美結合，用在具有規模化、集中化條件的PPP大型房建項目，將充分發揮其節材節力、省時高效、質量保障、利于監管的技術經濟優勢，具有很好的推廣應用價值和發展前景，也將是建筑鋼筋加工工程發展的必然方向。