(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(shè)工程棚戶區(qū)改造拆遷安置點建設(shè)項目，位于西昌市航天大道東延線道路北側(cè)城東大道東側(cè)高枧鄉(xiāng)屬地內(nèi)，地理坐標：北緯27°52'29.00"，東經(jīng)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(jié)構(gòu)形式:框架-剪力墻結(jié)構(gòu)(地下2層,地上4層至20層，為住宅、酒店、商業(yè)及其他配套設(shè)施)，抗震設(shè)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(chǔ)、框剪結(jié)構(gòu)、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(jié)構(gòu)，鋼筋用量巨大；抗震設(shè)防烈度為9°，技術(shù)專業(yè)水平和鋼筋成品質(zhì)量要求高；所有分部同步施工，建設(shè)工期緊張，需要綜合資源優(yōu)化組合，高效率生產(chǎn)，確保鋼筋成品供應(yīng)質(zhì)量的同時還要確保供應(yīng)規(guī)模；按照以往的傳統(tǒng)模式，分散建立相應(yīng)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(shù)控加工設(shè)備，不能形成料單和設(shè)備的自動對接，將會造成生產(chǎn)效率低，鋼筋成品的質(zhì)量管控難度大；生產(chǎn)過程不能系統(tǒng)記錄統(tǒng)計步驟數(shù)據(jù)信息，成型鋼筋質(zhì)量責任的追溯困難；為省內(nèi)首批PPP大型房建項目，承擔著新模式探索應(yīng)用及專業(yè)管理經(jīng)驗系統(tǒng)總結(jié)的使命，特別是鋼筋作為工程成本控制的一項重要環(huán)節(jié)對經(jīng)濟效益起著至關(guān)重要的作用，更需要對實踐過程中的數(shù)據(jù)資料分步驟留存，房建工程產(chǎn)業(yè)的進步發(fā)展需要將信息化融入生產(chǎn)管理中。

2 BIM組織與應(yīng)用環(huán)境

2.1 BIM應(yīng)用目標

通過采用基于BIM技術(shù)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(shù)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(jié)省施工時間和原材料，大大的提高施工生產(chǎn)效率，降低成本[1-2]。

2.2 實施方案

本項目基于BIM技術(shù)的鋼筋數(shù)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(shù)建立的結(jié)構(gòu)鋼筋模型自動導(dǎo)出經(jīng)過優(yōu)化組合過的精確下料單，結(jié)合成套的鋼筋切割工具以及自動化鋼筋數(shù)控加工設(shè)備和完善的信息化生產(chǎn)管理體系，實行制度化批量生產(chǎn)，結(jié)合工程施工生產(chǎn)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(shè)備配送到施工現(xiàn)場位置的一種鋼筋加工應(yīng)用模式[4]。

圖1 鋼筋集中數(shù)控加工場布圖

基于BIM技術(shù)的鋼筋數(shù)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(chǎn)物，和以往傳統(tǒng)工藝相對，具有生產(chǎn)管理信息化、裝備工藝自動化、生產(chǎn)水平專業(yè)、質(zhì)量控制標準化和集中加工產(chǎn)業(yè)化等五方面的特點，能夠很好地解決鋼筋加工應(yīng)用過程中出現(xiàn)的一系列難題。

2.3 團隊組織

對應(yīng)項目組織架構(gòu)，設(shè)立了基于BIM技術(shù)的鋼筋集中加工管理小組，成立了了BIM技術(shù)鋼筋翻樣辦公室，對應(yīng)設(shè)置組長和各個崗位專業(yè)人員及對口協(xié)調(diào)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(yīng)用措施

工程開工前，通過BIM模型，分構(gòu)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(tǒng)籌；每月要根據(jù)進度計劃編制鋼筋需用計劃；根據(jù)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(jù)BIM管理平臺下發(fā)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(jié)算單，輔助財務(wù)結(jié)算工作；每月在BIM鋼筋管理平臺填寫盤點單，記錄盤點數(shù)據(jù)。

2.5 軟硬件環(huán)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(fā)的鋼筋建模插件和聯(lián)合星層科技有限公司研發(fā)的BIM鋼筋加工管理平臺等其他相關(guān)軟件(主要軟硬件配置如圖2所示)，鋼筋廠主要設(shè)備配置數(shù)控彎箍機2臺、數(shù)控調(diào)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(yīng)用內(nèi)容

3.1 基于BIM技術(shù)的鋼筋數(shù)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(tài)文明建設(shè)腳步不斷加快，使自然環(huán)境遭到毀壞，加重了水土資源的流失，因此，對環(huán)境保護需求逐漸加重。在環(huán)境管理與環(huán)境執(zhí)法階段，均以環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)作為核心要素，并對環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量提出更高要求，使環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理工作成為重中之重。根據(jù)之前的環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理內(nèi)容來看，存在的管理問題偏多，很難彰顯環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量管理優(yōu)點。工作人員要結(jié)合環(huán)境監(jiān)測特征，提出行之有效的解決方案。

(1)鋼筋數(shù)控集中加工廠通過CAD施工圖自動創(chuàng)建BIM模型，生成BIM模型的同時導(dǎo)入配筋信息，根據(jù)構(gòu)件配筋信息自動生成3D鋼筋并符合平法圖集及相關(guān)規(guī)范，如圖3所示。

圖3 創(chuàng)建結(jié)構(gòu)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(yù)設(shè)的抗震等級自動生成，計算結(jié)果與實際做法一致，如圖4所示。

圖4 根據(jù)鋼筋結(jié)構(gòu)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(jù)鋼筋型號、加工順序及安裝區(qū)域等信息自動分類匯總，通過軟件自動優(yōu)化配料和工位分配，使鋼筋切割按長短科學搭配，實現(xiàn)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(yōu)化料單

3.1.2 下達成品鋼筋加工配送任務(wù)

鋼筋集中加工廠按照制定的加工配送計劃，將復(fù)核確認過的鋼筋料單數(shù)據(jù)存儲在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中，生成二維碼鋼筋料單，如圖6所示，下發(fā)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(yīng)加工操作人員下達加工任務(wù)指標，明確加工的成型鋼筋原材料牌號規(guī)格、堆放位置和加工成型鋼筋制品幾何尺寸、加工數(shù)量以及加工任務(wù)完成時間等要求[9-10]。

圖6 下達成品鋼筋加工任務(wù)

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(zhì)量檢驗人員對加工完成的成型鋼筋進行質(zhì)量檢查，檢查成型鋼筋物理力學性能指標，出具檢驗報告，經(jīng)檢查合格的成型鋼筋供應(yīng)批次發(fā)放出廠合格證。經(jīng)出場檢驗合格的成型鋼筋，鋼筋集中加工廠按照工程建設(shè)需求，在規(guī)定時間內(nèi)將相應(yīng)數(shù)量和規(guī)格型號的成型鋼筋制品配送到項目施工現(xiàn)場并提供成形鋼筋質(zhì)量證明文件[9]。

3.2 創(chuàng)新應(yīng)用點

通過基BIM鋼筋數(shù)控工解決方案，創(chuàng)新點有：

(1)基于CAD圖紙自動創(chuàng)建BIM模型。從CAD電子版圖紙，通過自主研發(fā)的軟件，自動識別梁、板、柱、墻，智能創(chuàng)建BIM模型；同時鋼筋信息包含在BIM模型構(gòu)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(zhì)量；

(2)智能生成梁板柱墻實體鋼筋。通過自主研發(fā)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(guān)規(guī)范；

(3)形成項目完整的鋼筋數(shù)據(jù)庫。可以隨時提取各區(qū)域鋼筋數(shù)據(jù)，可在不同項目中比對校核鋼筋量，形成鋼筋優(yōu)化的數(shù)據(jù)依據(jù)；鋼筋加工生產(chǎn)可以和施工過程對應(yīng)。

4 應(yīng)用效果

當傳統(tǒng)的分散現(xiàn)場加工換成工廠式集中數(shù)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(shù)控機器替代， 工廠化集中生產(chǎn)、BIM技術(shù)精準化翻樣、精細化加工、精確化管控，采用基于BIM技術(shù)的鋼筋數(shù)控集中加工模式，改變了耗時耗力的傳統(tǒng)苦辦法,展現(xiàn)出新技術(shù)的威力，應(yīng)用效果顯著[11-12]。

4.1 解決人員技術(shù)不專業(yè)問題，大大提高鋼筋加工效率，降低加工成本

基于BIM結(jié)構(gòu)鋼筋模型，按施工進度和流水段匯總鋼筋料單，依據(jù)料單數(shù)據(jù)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(yōu)化，最終生成經(jīng)濟最優(yōu)的鋼筋下料單，數(shù)控加工設(shè)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(tǒng)的鋼筋數(shù)控加工相比，從鋼筋放樣開始即真正實現(xiàn)自動化、智能化，有效解決人員技術(shù)不專業(yè)問題，提高生產(chǎn)效率。例如傳統(tǒng)人工放樣1 000m2鋼筋，需約一個工作日，而基于BIM技術(shù)放樣則只需幾分鐘[13-14]。

4.2 有效解決施工現(xiàn)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(shù)的鋼筋數(shù)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(shù)控機械連接技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù)使鋼筋切割按長短科學搭配，實現(xiàn)自動套料，可以使大料廢料率控制在約0.8%以內(nèi)，小料廢料率控制在約0.4%以內(nèi)，綜合廢料率約在0.68%；正常鋼筋數(shù)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(zhì)量監(jiān)管追溯，確保鋼筋成品質(zhì)量

將多工程項目現(xiàn)場加工轉(zhuǎn)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(zhì)量監(jiān)管實現(xiàn)對多個工程現(xiàn)場加工質(zhì)量監(jiān)管，能夠有效減少監(jiān)管人力的投入，提高監(jiān)管質(zhì)量效率。同時，通過BIM系統(tǒng)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(zhì)量進行把控，減少人為錯誤的發(fā)生；建立從原材料進廠到成型鋼筋出廠配送全過程的數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)，能夠很好地實現(xiàn)對用于建設(shè)工程成型鋼筋質(zhì)量責任的追溯。

4.4 避免現(xiàn)場鋼筋加工條件限制，確保成品鋼筋供應(yīng)規(guī)模

施工現(xiàn)場加工鋼筋受場地條件、氣候條件、人員素質(zhì)裝備水平等條件限制，在場地狹小、交叉作業(yè)種類多、作業(yè)人員臨時缺失、加工設(shè)備突發(fā)故障等條件下，都將難以實施鋼筋連續(xù)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(nèi)，有固定作業(yè)技工和同型多臺鋼筋加工設(shè)備，確保24h鋼筋加工連續(xù)作業(yè)，確保鋼筋供應(yīng)質(zhì)量和規(guī)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(yīng)用管理方面的總結(jié)提供有力的數(shù)據(jù)資料基礎(chǔ)，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(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)，能夠?qū)σ韵聰?shù)據(jù)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(guī)格、數(shù)量、廠家以及復(fù)檢結(jié)果、堆放區(qū)域等數(shù)據(jù)；3)鋼筋加工過程設(shè)備加工任務(wù)、加工作業(yè)人員、加工時間、成型鋼筋堆放區(qū)域等數(shù)據(jù)；4)成形鋼筋出廠檢驗數(shù)據(jù)和配送車輛、分部、時間等信息；5)3個月以內(nèi)的影像監(jiān)控數(shù)據(jù)記錄。通過這一數(shù)據(jù)庫能夠很好地為鋼筋使用管理總結(jié)提供真實有效的數(shù)據(jù)資料。

在完成相應(yīng)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(gòu)件類型過濾項目模型，快速定位到施工需要綁扎鋼筋的構(gòu)件，在BIM鋼筋管理平臺移動端可自動顯示該構(gòu)件的鋼筋綁扎示意圖，如圖8所示，指導(dǎo)現(xiàn)場施工人員對鋼筋的領(lǐng)料和綁扎，提高施工生產(chǎn)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(jié)束語

作為建筑領(lǐng)域主要材料的混凝土已經(jīng)實現(xiàn)了商品化，模板也部分實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，裝配式建筑的發(fā)展也更是突飛猛進，而鋼筋生產(chǎn)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(xiàn)代化發(fā)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(shù)控加工將逐步取代傳統(tǒng)現(xiàn)場加工，這也是行業(yè)發(fā)展不可逆轉(zhuǎn)的趨勢。綜上所述，基于BIM技術(shù)的鋼筋數(shù)控集中加工模式是一種行業(yè)領(lǐng)先、模式創(chuàng)新、標準提高、的先進模式，將鋼筋集中數(shù)控加工的工廠化、集約化優(yōu)勢與BIM技術(shù)的專業(yè)化優(yōu)勢完美結(jié)合，用在具有規(guī)模化、集中化條件的PPP大型房建項目，將充分發(fā)揮其節(jié)材節(jié)力、省時高效、質(zhì)量保障、利于監(jiān)管的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢，具有很好的推廣應(yīng)用價值和發(fā)展前景，也將是建筑鋼筋加工工程發(fā)展的必然方向。