基于BIM的裝配式鋼筋加工技術研究與應用

文/梁玉德、范永晶、成潔瑤、楊博、羅炳鋒 中建四局深圳實業有限公司 廣東深圳 518000

近年來，隨著經濟增長逐漸減緩、可持續發展戰略的推進，傳統建筑行業面臨著巨大的轉型升級壓力，綠色環保、節能高效成為了當前建筑行業發展的主題。鋼筋的加工運輸是施工現場重要的一環，直接影響著工程質量的好壞。傳統的鋼筋工程主要依靠工人手動加工，生產效率低下，高能耗、低質量，因此目前越來越多的項目采用了鋼筋集中加工配送的模式，以解決施工現場鋼筋加工廠占地面積大、鋼筋生產質量不易控制等問題。

針對上述現象，本文在鋼筋集中加工配送模式的基礎上提出一種基于BIM的裝配式鋼筋加工技術。該技術通過BIM三維建模軟件建模提高鋼筋翻樣的準確性，經過BIM云信息管理平臺，交由經驗豐富的專業人員對鋼筋模型進行拆分和深化，拆分深化后的鋼筋產品模型會上傳至平臺，待數據轉化后導出鋼筋產品加工電子料單，電子料單自動導入自動化生產設備進行下料。然后將下好料的鋼筋半成品送到加工區域通過數控鋼筋籠加工設備與數控鋼筋焊接網加工設備加工成鋼筋籠和鋼筋焊接網產品，最后根據計劃把鋼筋成品運送到現場組織安裝。整個過程由BIM云信息管理平臺對深化設計、生產計劃、材料堆放與運輸安裝進行統一調度管理[1]。

1、基于BIM的裝配式鋼筋加工技術路線

如圖1所示，為基于BIM的裝配式鋼筋加工技術路線。首先，將施工圖紙上傳到BIM云信息管理平臺，翻樣人員通過廣聯達云翻樣軟件建立裝配式鋼筋模型，并生成初始翻樣料單。然后由經驗豐富的專業人員依據裝配式鋼筋模型和初始料單對鋼筋進行拆分和深化，把拆分和深化后的模型以及更新后的翻樣料單上傳至平臺。平臺根據導入的裝配式鋼筋翻樣料單，生成裝配式鋼筋加工料單，并將加工料單錄入自動化加工設備中進行下料加工。再將加工好的鋼筋半成品運送至裝配式鋼筋加工區域通過數控鋼筋籠加工設備與數控鋼筋焊接網加工設備加工成鋼筋籠和鋼筋焊接網產品。最后，由信息管理平臺對裝配式鋼筋產品的存放、運輸與安裝進行統一的管理[2]。

圖1 技術路線

2、裝配式鋼筋的拆分與深化

國內運用于鋼筋翻樣的軟件主要有revit、廣聯達和魯班等，廣聯達云翻樣軟件具有整體建模、局部識別的功能，能提高鋼筋建模的準確性。revit軟件能對鋼筋實現精細化建模，導入Navisworks進行鋼筋碰撞分析，拆分與深化效果較好。本研究基于廣聯達云翻樣軟件的鋼筋建模基礎上，采用revit軟件對裝配式鋼筋進行拆分與深化。

以華南理工國際校區T區小賣部的建造為例，該試驗對象屬于兩層半框架結構，通過廣聯達云翻樣軟件對建筑結構翻模，輸入圖紙鋼筋參數，生成鋼筋模型。隨后，經驗豐富的深化設計人員根據廣聯達軟件生成的模型和鋼筋翻樣料單進行拆分和深化。如圖2所示，是頂層框架柱，依據模型、圖紙以及圖集給出的參數把框架柱拆分為三部分，底部非連接區和節點區的箍筋屬于現場安裝部分，樓板面預留出一定長度的插筋用于安裝制作完成的鋼筋籠。同理，梁與柱的節點部分箍筋后安裝，樓板鋼筋采用鋼筋焊接網的形式進行拆分。

將拆分后的鋼筋使用revit軟件建模，如圖3所示，導入Navisworks軟件進行碰撞分析，深化碰撞部分。最后修改圖紙和模型，模型和圖紙上傳至平臺后，自動生成鋼筋電子加工料單[3]。

圖2 頂層柱鋼筋加工圖紙

圖3 鋼筋節點模型

3、裝配式鋼筋機械化生產

目前市場上常見的工程用商品鋼筋主要有：鋼筋強化、鋼筋成型、箍筋成型、鋼筋網成型、鋼筋籠成型、鋼筋桁架焊接成型、鋼筋機械連接等。而建筑的結構體部件主要包括柱、剪力墻、梁和樓板，剪力墻可以拆分成與柱類似的邊緣構件和墻體，因此它們均可以劃分為鋼筋籠和鋼筋網，成型所涉及的加工設備有：鋼筋網焊接機、箍筋折彎機、鋼筋桁架焊接成型機和鋼筋籠成型焊接機。本研究基于上述的機加工設備，采用鋼筋集中加工配送模式，參照鋼筋拆分和深化思路，優化鋼筋加工設備，用可靠的電阻焊機械焊點代替手工綁扎，提高質量和效率[4]。

4、裝配式鋼筋運輸與現場安裝

柱、梁鋼筋籠等線性構件生產和運輸都處于平躺狀態，剛性較高，可直接用卡車裝載，梁鋼筋籠設計時需考慮到運輸卡車長度問題，鋼筋籠長度不宜設計過長。鋼筋焊接網可以堆疊運輸，多數剪力墻整體的鋼筋構件外形不規則，不利于堆疊，運輸效率低下，所以將剪力墻鋼筋拆分成邊緣構件和鋼筋焊接網片，進行堆疊運輸，待運輸至現場后再裝配。

柱鋼筋籠吊裝時采用豎直的方式，安裝時對鋼筋籠的垂直度要求較高，需要一名管理人員負責指揮調整吊裝，兩名工人安裝鋼筋籠。鋼筋籠根據鋼筋的直徑選擇鋼筋連接方式，對于直徑20mm以上（不含20mm）的主筋，采用機械連接，直徑20mm及以下的采用搭接焊連接。本層的柱鋼筋預留插筋上的箍筋要提前放置，梁鋼筋籠與柱鋼筋籠交匯的節點區的箍筋要后裝，等鋼筋籠安裝完畢后再安裝到位，大致的安裝流程如圖5所示。

圖4 柱鋼筋籠安裝

圖5 梁、柱鋼筋籠安裝流程

5、BIM云信息管理平臺

為了管理裝配式鋼筋的深化設計、材料堆放、加工運輸過程中信息和數據，本研究擬開發了一個BIM云信息管理平臺，平臺主要包括了BIM模型管理、計劃管理、監控管理三大功能模塊。具體的內容如下：（1）BIM模型管理：施工圖上傳至BIM模型管理模塊，翻樣人員通過廣聯達云翻樣軟件對圖紙進行建模，一鍵生成裝配式鋼筋模型和初始翻樣料單。隨后由經驗豐富的專業人員對模型進行拆分與深化，將深化后的模型和修改后的料單上傳至BIM模型管理模塊。最后通過解析修改后的電子料單，獲取鋼筋信息，生成能被自動加工設備識別的鋼筋加工料單。這時系統會生成唯一的身份ID二維碼，通過二維碼可以獲取鋼筋模型的配筋信息、加工進度、運輸狀態和澆筑情況[5]。（2）計劃管理：根據平臺獲取的訂單數量、鋼筋加工料單以及工廠的加工能力，安排裝配式鋼筋下料和生產。實時分析所承接的工程進度，合理安排鋼筋加工的次序和產品的供應量。（3）監控管理：對生產區鋼筋原材的進場量和鋼筋種類、規格和數量進行監控，數據信息實時更新。通過GPS監控運輸車輛的運輸進度，根據施工現場管理人員及時反映的情況，調整運輸頻率并提供專業指導。

結語：

未來的建筑業發展必然是工業化的發展，除了裝配式建筑外，鋼筋工程的工業化生產也是建筑工業化的一大方向。基于BIM的裝配式鋼筋加工技術采用廣聯達、Revit、Navisworks等BIM工具對鋼筋進行自動化翻樣，節點碰撞檢查，提高鋼筋的翻樣深化效率。在工廠內完成大部分的鋼筋構件裝配，極大地減少現場工作量，縮短項目工期。BIM云信息管理平臺統一協助管理鋼筋的深化設計、下料生產、運輸安裝的全過程[6]。目前，鋼筋連接接頭和鋼筋產品種類仍不能滿足項目的全部需求，這是未來后續的研究內容。