基于BIM技術的鋼筋工程施工階段精細化管理研究

陳凱， 伍昌， 邵志國， 榮宇豪， 楊旭

(中建八局第一建設有限公司， 山東, 濟南 250100)

0 引言

建筑業在我國經濟建設中扮演著重要角色，是國民經濟中重要的支柱性產業之一。建筑業的高速發展帶動了混凝土、鋼筋等建筑材料用量的急劇增加，其中鋼筋的造價約占總造價的25%。目前，我國在房建項目中已實現了混凝土和模板集中采購并應用的商業化模式，而鋼筋因其規格、種類、形狀的多樣性，缺乏更為先進的加工技術，仍采用人工現場加工的模式，在一定程度上壓縮了項目的效益空間[1-3]。傳統的施工管理模式通常采用粗放式的管理手段，且過度依賴經驗，對施工管理的前、中期的控制管理有所忽視，從而引起項目成本和質量得不到有效的控制和管理，特別是在鋼筋工程方面。

近些年來，隨著建筑業的迅猛發展，數字化、信息化的技術手段被各大建筑企業廣泛應用，極大地提高了施工效率和工程質量，其中利用BIM技術進行三維建模實現指導施工，實現了施工信息化管理。以鋼筋工程為例，針對復雜的鋼筋施工方案，首先利用BIM技術對鋼筋進行翻模，經優化分析后對鋼筋下料長度進行優化調整，從而實現鋼筋的精細化管控。因此，BIM技術在施工階段的應用將有助于實現施工管理的精細化，是未來的發展趨勢，將推動現有施工管理模式的進一步發展和完善，提高施工管理水平[4-6]。

1 鋼筋工程管理現狀

在鋼筋工程施工中，理論上希望以專業、科學、多層把控的方式進行鋼筋制作和施工，一般由施工總承包方將鋼筋工程分包給鋼筋單項工程分包單位，鋼筋工程分包單位將參與的人員分成鋼筋制作方和鋼筋綁扎方，并且雙方均下設小組長對鋼筋的實際施工工人進行管理，過程如圖1所示。由于這種鋼筋制作和施工的方法需要參與的人員多，鋼筋工程的質量依賴于分包商的水平，加之很多工地由于沒有這么多的專業人員，將鋼筋工程直接交給勞務分包單位的情況很常見。目前這種方式存在生產效率較低、鋼筋質量難以得到保證等問題，一旦鋼筋工程出現問題，很難找到直接責任主體，不利于工程質量安全的監督和處罰[7-8]。

圖1 鋼筋工程制作和施工流程

由于鋼筋工程的制作和綁扎全部交給分包單位去完成，鋼筋制作人員主要依靠經驗以及鋼筋下料表完成鋼筋制作，專業水平和制作水平有限。按照傳統的方式進行制作，對于目前出現的一些新興的結構造型復雜的鋼筋制作缺乏創新，導致鋼筋質量尤其是節點質量較差，影響工程進度和安全[9-10]。

目前施工現場中，鋼筋工程多是粗放式的管理，沒有做到材料采購、材料制作、廢料管理的精細化資源配置，導致鋼筋浪費現象較多，不利于成本控制[11]。

2 BIM技術在鋼筋工程精細化管理的適用性

BIM(Building Information Model)技術是指建筑信息模型技術，可以對建住設計、建筑施工、建筑成本、施工進度等進行集成化的管理。深入使用BIM技術可以進行工程數據的收集、傳遞等智能化管理。由于BIM技術具有可以直觀顯示三維圖紙，多方共同使用平臺進行溝通協調、模擬工程全過程的施工、優化人員以及資源配置等特點，所以它被廣泛應用于建筑工程中[12]。

在鋼筋工程中，BIM技術的可視化特點可以利用鋼筋算量軟件進行建模，建完模型之后可以提量，并且可以隨時修改鋼筋信息，重新匯總計算，提取相應的工程量，大大提高了工作效率以及計算的準確性，對于鋼筋工程具有一定的作用。

在鋼筋工程精細化管理中，需要具備相應的管理平臺即BIM信息管理平臺，并且有相應的實施軟件即Tekla軟件，同時加上BIM技術的可視化、計算準確高效、碰撞檢查等作用，可以使鋼筋工程精細化管理。

但是目前在推進鋼筋工程精細化管理的過程中，仍然存在一些問題。首先，精細化管理仍然處于粗放式的階段，沒有規定的標準進行執行，導致現在市面上的管理約十分之一依靠管理軟件的操作，剩下的十分之九都是根據人的主觀意識進行設定，導致其使用的作用以及范圍受到很大的局限性；其次，軟件的使用便捷性較差，BIM軟件大多數由國外開發進而引入到國內，在操作和使用上，以國外開發者當地的使用習慣為主，我國BIM人員在使用軟件的時候需要花費一定的時間去學習軟件的使用習慣，大大降低了軟件推廣的速度和普及度；最后，BIM技術在使用過程中出現斷層現象，由于鋼筋工程精細化管理過程中需要多方的共同作用，但是現在各方之間的實際共同管理與理論之間存在一定的差距，導致整個BIM技術在鋼筋工程精細化管理中非連貫整體性的使用[13]。

3 基于BIM技術的鋼筋工程施工階段精細化管理體系構建

在鋼筋工程施工階段精細化管理體系構建的主要目的是實現BIM技術的實際以及管理層上由粗放式向精細化進行轉換。

3.1 精細化管理體系構建

在體系構建中，主要是集成整個鋼筋工程的信息，并且在信息管理平臺中進行使用、修改、輸出等。施工階段的鋼筋工程精細化管理體系由兩大部分組成：第一部分為BIM技術的應用；第二部分為精細化組織管理。BIM技術應用中主要包含的內容有鋼筋工程施工前的鋼筋翻樣、加工之前的下料單據管理、鋼筋加工過程中的管理、加工制作好后的運送管理、材料的保管和管理、鋼筋從業人員的管理等6個方面；精細化組織管理部分內容有精細化的結構組織設計的構建、管理制度的精細化制定管理、整個從業人員全員參與精細化管理的力度三個方面。整個體系的構建如圖2所示。

3.2 BIM技術應用層面支持

BIM技術應用層面支持中包括鋼筋翻樣、下料單據管理、鋼筋加工過程中的管理、加工制作好后的運送管理、材料的保管和管理、鋼筋從業人員的管理等6個方面，主要使用的平臺是信息管理平臺，這個平臺具體的功能如圖3所示。

在鋼筋工程施工前的鋼筋翻樣中，這個過程的特點是規范化要求較高、專業化程度要求較高、計算的復雜性以及結果的準確性要求較高，這個過程在鋼筋工程整個施工過程中是重要的一個環節。在具體實施過程中，要選擇一款計算準確度較高、適用性較好的軟件，計算過程中進行管理，避免多算或者少算的現象發生，達到計算準確的目的。具體可以從以下幾方面入手：第一，引入專業的鋼筋算量人才進行專門的鋼筋翻樣；第二，采用適用的一致性標準進行參數化建模，并且可以設計一些建模的輔助工具進行翻樣的便捷化；第三，注重模型檢查的作用，在建完模型之后可以選擇合適的方法進行模型檢查；第四，在斷料部分考慮多種因素的情況下采取智能化的斷料；第五，注重鋼筋排布圖的輸出以及準確率的檢查。

圖2 鋼筋工程精細化管理體系構建

加工之前的下料單據管理部分摒棄傳統的料單傳遞途徑，采用BIM技術實現料單傳輸網絡化，具體的傳輸途徑如圖4所示。由圖4可知，將鋼筋翻樣的結果進行數據提取，將數據分成加工制作料單和綁扎料單，進行相應的操作，最后形成一個數據文件。具體的操作步驟：第一，鋼筋料單的具體數據上傳，在這部分通過信息管理平臺的料單上傳功能進行實現；第二，材料加工安排，在核查第一步的料單數據準確的前提下，進行鋼筋加工的安排，將任務發給具體的工廠，進行加工批次的添加，添加好的界面如圖5所示，根據相應的加工批次進行材料配送的安排。

圖4 料單傳遞流程圖

圖5 鋼筋加工批次添加圖

鋼筋加工過程中的管理將傳統的粗放式的管理向集約化的管理進行轉變，同時引入大型的機械生產設備，降低人的主觀失誤的概率。首先要引進工廠加工設備，比如鋼筋彎曲機(型號是GW40)、鋼筋調直機(型號是JK3)、鋼筋切斷機(型號是GQ40)、直螺紋套絲機(型號是15-15)等；然后進行生產單元的預測和制定，將整個鋼筋制作過程分成鋼筋剪切和鋼筋彎曲兩大部分，并且估計每個部分的生產能力，形成最優化的加工配置。

加工制作好后的運送管理階段，要采用信息化的管理階段完成運輸路線的最優化設置、鋼筋的最佳堆放方式，接著完成鋼筋數量和型號的核查工作，然后將鋼筋進行分類分批次的運往施工現場。

鋼筋從業人員的管理需要從根本上加強意識，可以采用專門培訓的方式、定期考察的方式、每天堅持遵守制度等方面進行約束，當從業人員的效率提高了，整個鋼筋工程的產出也會大幅度的提高。

3.3 管理層面支持

管理層面的支持包括結構組織設計的構建、管理制度的精細化制定管理、整個從業人員全員參與精細化管理等三個方面。

在組織設計方面，人員的管理模式進行改革和創新，形成扁平化的模式，如圖6所示。這種組織管理模式具有高效、專業的優點，解決了管理混亂和不專業的問題。在企業制度管理方面，根據實際情況不斷修改制度，形成集員工績效、員工作業標準、員工責權劃分等于一體的精細化切實可行的管理制度。在員工管理方面，開展定期的鋼筋工程專業知識和管理的培訓、張貼橫幅、與知名專家進行交流等形式逐步提高員工的精細化意識。

圖6 結構組織設計圖

4 總結

本文針對基于BIM技術的鋼筋工程施工階段精細化管理進行研究，得到如下結論。

(1) 目前鋼筋工程在施工階段的管理存在的問題有：傳統分包模式盛行，導致工作效率低下；鋼筋工程從業人員專業水平低，創新能力有待提高；信息管理水平較差，以粗放式管理為主。

(2) BIM技術具有可以直觀顯示三維圖紙，多方共同使用平臺進行溝通協調、模擬工程全過程的施工、優化人員以及資源配置等特點，十分適合應用于鋼筋工程施工階段的精細化管理。

(3) 構建了基于BIM技術的鋼筋工程精細化管理體系，體系由BIM技術的應用和精細化管理兩大塊組成。其中，BIM技術應用部分由鋼筋翻樣、下料單據管理、鋼筋加工過程中的管理、材料運輸、材料的保管、從業人員的管理六個方面組成；精細化組織管理部分由結構組織設計的構建、管理制度的精細化制定管理、從業人員全員參與精細化管理三個方面組成。