高濤陳云娟敬藝?yán)钇G龍覃敬超

(1.山東建筑大學(xué) 土木工程學(xué)院， 山東 濟(jì)南250101；2.廣西建工集團(tuán)第一建筑工程有限責(zé)任公司，廣西 南寧530001)

0 引言

1 鋼筋算量與BIM 軟件概述

在建筑趨于現(xiàn)代化、信息化、智能化的今天，建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)技術(shù)在工程建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用價(jià)值已在全球范圍內(nèi)得到認(rèn)可，并在工程項(xiàng)目中得到快速發(fā)展和應(yīng)用。 近10年間，從基礎(chǔ)技術(shù)研究到標(biāo)準(zhǔn)的制定，再到工程實(shí)踐，BIM 技術(shù)應(yīng)用逐漸趨于成熟，這必將給我國建筑行業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展帶來巨大的價(jià)值[1-4]。 BIM 技術(shù)下的新算量具有可視化、動(dòng)態(tài)模擬性、碰撞檢查、出圖性等突出的優(yōu)點(diǎn)，大大提高了工程算量的精確性和速度[5-8]，將改善我國鋼筋算量的現(xiàn)狀。 隨著建筑行業(yè)市場的競爭越來越激烈，對于工程算量的誤差把控顯得特別重要，尤其如何快速地得到工程中鋼筋算量的數(shù)據(jù)，從而使經(jīng)濟(jì)利益最大化已經(jīng)成為各方關(guān)心的首要問題[9]。

文章比較了傳統(tǒng)手算工程量、電子表格工程量計(jì)算和BIM 工程量計(jì)算，直觀地展示了BIM 技術(shù)的優(yōu)越性。 利用廣聯(lián)達(dá)土建算量GTJ 軟件，計(jì)算了雞西市職業(yè)技能公共實(shí)訓(xùn)基地工程中鋼筋算量建模的方法。 深入研究了在鋼筋工程中模型建立、BIM 技術(shù)識(shí)別鋼筋信息、鋼筋布置修正等，提出了一些基本的解決方法。 同時(shí)，應(yīng)用BIM 土建算量平臺(tái)，得到工程的鋼筋工程量計(jì)算明細(xì)表和鋼筋用量匯總表，為以后的BIM 招標(biāo)控制價(jià)文件編制提供精確數(shù)據(jù)。

1.1 鋼筋算量

研究鋼筋算量的基本方法一般分為基于外皮長度的計(jì)算和基于中心線及實(shí)際保護(hù)層的計(jì)算。 前者是平法計(jì)算中較為傳統(tǒng)的方法，不考慮鋼筋量度差值，而且對其保護(hù)層厚度的計(jì)算并沒有按照實(shí)際尺寸，會(huì)造成鋼筋消耗量大于其平均消耗量，由此產(chǎn)生較大的誤差[10]。 后者的鋼筋計(jì)算要考慮量度差問題， 還要考慮鋼筋的實(shí)際保護(hù)層扣減，雖然工程量誤差小，但耗時(shí)耗力、效率低下。

手工方式進(jìn)行鋼筋算量的流程為:熟悉施工圖，對照規(guī)范和圖集檢查施工圖，按照結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求計(jì)算鋼筋的長度，利用鋼筋長度乘以密度計(jì)算鋼筋重量，匯總各類報(bào)表。 利用BIM 軟件建?？梢宰R(shí)別圖紙中的鋼筋信息[11-13]，自動(dòng)布置鋼筋后進(jìn)行正誤的檢查，這時(shí)利用基本的鋼筋信息知識(shí)進(jìn)行校正，使工程量更加精確。與傳統(tǒng)計(jì)算鋼筋工程量相比，使用BIM 軟件進(jìn)行計(jì)算可以很好地解決人工布置容易出錯(cuò)的問題。 兩者算量計(jì)算原理的對比如圖1 所示，可以看出BIM 建模軟件可以對工程進(jìn)行符合實(shí)際的設(shè)置，鋼筋工程的計(jì)算有其特定的規(guī)范，并按照最新的16 系平法規(guī)計(jì)算[14]。 在軟件中鋼筋匯總計(jì)算可設(shè)置鋼筋圖尺寸，其尺寸計(jì)算分為外皮匯總和中心線匯總兩種方式，將傳統(tǒng)的人工計(jì)算方法整合到軟件中，不僅提高了效率，而且大大地改善了工程量計(jì)算的正確性。

圖1 傳統(tǒng)方式與BIM 應(yīng)用方式對比圖

1.2 BIM 軟件

使用BIM 技術(shù)進(jìn)行工程建模，需要一些基本的建模軟件。 BIM 技術(shù)發(fā)展至今，對BIM 軟件的開發(fā)也越來越成熟，但BIM 軟件沒有特定的劃分，主要按階段分為幾類主流軟件:在規(guī)劃階段和設(shè)計(jì)階段，多采用Revit、SketchBook 和廣聯(lián)達(dá)GICD 等軟件進(jìn)行項(xiàng)目工程總體布局，建立整個(gè)工程的信息模型；在施工階段主要運(yùn)用BIM360、廣聯(lián)達(dá)5D 和Tekla BIM sight 等對信息模型進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，模擬計(jì)劃施工流程來指導(dǎo)實(shí)際工程；運(yùn)維階段利用Bentley Facilities和BIM-FIM 對整體工程的水暖電及消防實(shí)時(shí)監(jiān)測，對可能發(fā)生的潛在危害進(jìn)行預(yù)防。

2 項(xiàng)目概況介紹

2.1 項(xiàng)目介紹

工程主要應(yīng)用廣聯(lián)達(dá)系列軟件進(jìn)行工程建造，實(shí)訓(xùn)中心位于黑龍江省雞西市，項(xiàng)目總建筑面積＞10 000 m2。 結(jié)構(gòu)體系為框架結(jié)構(gòu)，其長度為92.30 m、寬度為38.30 m。 項(xiàng)目工程量大，內(nèi)部構(gòu)件比較復(fù)雜，涉及土方工程、土建工程、鋼筋工程、裝飾工程等。 在對工程量的建模過程中采用BIM 技術(shù)建模手段，而非傳統(tǒng)造價(jià)軟件對工程構(gòu)建的逐一建模。 使用Revit 工程效果圖如圖2 所示。

圖2 項(xiàng)目BIM 模型效果圖

2.2 項(xiàng)目難點(diǎn)

在鋼筋工程的實(shí)際施工中，大多數(shù)采用CAD 二維圖紙對鋼筋信息解讀，相關(guān)工作人員再根據(jù)具體的平法信息指導(dǎo)施工。 在對項(xiàng)目的結(jié)構(gòu)施工圖研究討論后，發(fā)現(xiàn)工程圖紙信息量大、節(jié)點(diǎn)構(gòu)造復(fù)雜、相關(guān)的鋼筋信息變更不統(tǒng)一以及施工管理繁瑣混亂等，極易造成錯(cuò)誤和質(zhì)量跟不上技術(shù)要求，施工進(jìn)度緩慢、誤工現(xiàn)象嚴(yán)重以及資金浪費(fèi)。 尤其在實(shí)際施工中遇到復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的鋼筋編排問題中，鋼筋施工人員很容易導(dǎo)致綁扎搭接錯(cuò)誤，進(jìn)而影響結(jié)構(gòu)的安全性。 因此，將BIM 技術(shù)三維模型與工程施工指導(dǎo)相結(jié)合，能夠有效地解決鋼筋工程中設(shè)計(jì)不合理的缺陷，從而提高施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、減少資金浪費(fèi)，達(dá)到綠色施工的技術(shù)要求。

2.3 項(xiàng)目BIM 軟件使用

使用BIM 軟件建模時(shí)，針對不同的結(jié)構(gòu)類型，采用不同的操作步驟能夠更方便地繪制、更快速地計(jì)算。 軟件繪制構(gòu)件遵循的一般規(guī)律為:先主體構(gòu)件后零星構(gòu)件；先支撐構(gòu)件后水平構(gòu)件；先地上構(gòu)件后地下構(gòu)件；基礎(chǔ)構(gòu)件可作為最后一關(guān)[15]。 工程主要應(yīng)用廣聯(lián)達(dá)BIM 土建計(jì)量平臺(tái)GTJ2018 軟件體系，GTJ2018 軟件運(yùn)行過程可大致分為3 個(gè)階段:

(1) 工程參數(shù)設(shè)置 包含了計(jì)算規(guī)則、清單定額庫、鋼筋規(guī)則3 大類。 計(jì)算規(guī)則主要以清單規(guī)則和定額規(guī)則兩種進(jìn)行計(jì)價(jià)，兩種清單定額庫會(huì)根據(jù)統(tǒng)一的計(jì)價(jià)更新。

其優(yōu)勢是與手工算量或傳統(tǒng)工程造價(jià)類軟件相比，BIM 技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)二者交融，提高了鋼筋算量的時(shí)效性。

(2) 圖紙識(shí)別管理 利用CAD 軟件對二維圖紙進(jìn)行檢查修正；再使用廣聯(lián)達(dá)新系列BIM 軟件進(jìn)行圖紙輸入管理，加入建筑結(jié)構(gòu)等級(jí)參數(shù)以及基本的環(huán)境類別；在BIM 軟件中進(jìn)行圖紙的處理，如分割圖層、定位信息等。

其優(yōu)勢是將二維圖紙直接導(dǎo)出三維模型，可以直觀地顯示工程信息概況，節(jié)省大量的建模時(shí)間和基本參數(shù)的設(shè)置，應(yīng)用BIM 技術(shù)借助三維可視化特點(diǎn)，使細(xì)部節(jié)點(diǎn)充分展現(xiàn)，指導(dǎo)施工，從而提升施工水平，提高建筑質(zhì)量。

(3) 構(gòu)件校核檢查 圖紙智能識(shí)別準(zhǔn)確率約為90%，但對于識(shí)別錯(cuò)誤的圖紙或者其他構(gòu)件，BIM 軟件給予標(biāo)記并隨工程統(tǒng)一保存，同時(shí)提供了完善的圖紙管理功能，能夠有效管理原電子圖。

其優(yōu)勢是易于檢查，提高了工程量的效率和準(zhǔn)確性。

經(jīng)過軟件對圖紙的智能識(shí)別，通過提取軸線、識(shí)別柱、梁、板等，利用軟件進(jìn)行檢查識(shí)別是否有錯(cuò)誤。BIM 軟件在圖紙管理方面功能強(qiáng)大，智能識(shí)別準(zhǔn)確率約達(dá)90%，對于識(shí)別錯(cuò)誤的圖紙或者其他構(gòu)件，可以自動(dòng)給出紅色的構(gòu)件標(biāo)記，易于檢查提高工程量的效率和準(zhǔn)確性。 檢查后的三維模型如圖3 所示。

圖3 工程三維模型圖

3 實(shí)訓(xùn)中心工程案例分析

3.1 構(gòu)件鋼筋工程量

使用廣聯(lián)達(dá)BIM 土建計(jì)量平臺(tái)GTJ2018 進(jìn)行鋼筋建模后，經(jīng)過軟件的匯總計(jì)算工程量，得到各類構(gòu)件鋼筋工程量。 對鋼筋模型進(jìn)行三維可視化，三維模型中的所有的鋼筋工程量都可以與鋼筋表一一對應(yīng)，通過鋼筋表得到鋼筋工程量的基本信息，如筋號(hào)、直徑、根數(shù)、質(zhì)量等，這些相關(guān)信息給之后的鋼筋計(jì)價(jià)以及采購提供精確數(shù)據(jù)。

(1) 梁構(gòu)件的鋼筋工程量——以某根框架梁為例

在框架梁中，透過軟件的三維模型鋼筋圖如圖4 所示，可以清晰觀察到每根鋼筋的具體構(gòu)造，鋼筋三維模型中每根鋼筋都可以與鋼筋表中的鋼筋對應(yīng)。 梁上部通長筋的根數(shù)、質(zhì)量均可以在鋼筋表中查閱(見表1)，梁的箍筋、拉筋等也可以在鋼筋表中得到直徑、質(zhì)量等相關(guān)數(shù)值。 KL18(框架梁)位置為首層3 軸至8 軸，鋼筋重為206.34 kg。

圖4 框架梁鋼筋三維模型圖

表1 框架梁鋼筋明細(xì)表

(2) 柱構(gòu)件的鋼筋工程量——以KZ1 為例

柱的三維模型充分反應(yīng)了BIM 可視化的特點(diǎn)，在軟件中可以得到柱的截面尺寸和鋼筋具體信息。從柱鋼筋三維模型了解角筋、箍筋等排列方式(如圖5 所示)以及這些鋼筋的屬性特點(diǎn)，導(dǎo)出的鋼筋表規(guī)范這些工程量見表2，柱鋼筋表中對于構(gòu)件名稱劃分明確，很容易查到各類鋼筋。 KZ1(框架柱)位置為14 軸與A 軸交線處，鋼筋重為419.51 kg。

圖5 柱鋼筋三維模型圖

表2 柱鋼筋明細(xì)表

(3) 基礎(chǔ)構(gòu)件的鋼筋工程量

在基礎(chǔ)構(gòu)件鋼筋工程中，應(yīng)用GTJ2018 軟件把基礎(chǔ)鋼筋及墊層厚度均以三維展示，鋼筋表中的鋼筋信息包含了所有的基本屬性，三維模型中x、y方向鋼筋布置以及與框架柱的連節(jié)點(diǎn)如圖6 所示。 通過軟件分析得出基礎(chǔ)鋼筋表，見表3，與圖6 中鋼筋三維模型數(shù)量一一對應(yīng)。 DJ-1(獨(dú)立基礎(chǔ))位置為1 軸與A 軸交線處，鋼筋重為213.48 kg。

圖6 基礎(chǔ)鋼筋三維模型圖

表3 基礎(chǔ)鋼筋明細(xì)表

3.2 匯總鋼筋工程量

使用BIM 軟件進(jìn)行各個(gè)部分建模后，進(jìn)行各個(gè)部分的匯總，將鋼筋各個(gè)級(jí)別的不同直徑鋼筋進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，方便工程量的查閱以及后期招投標(biāo)文件的編制。 各類鋼筋工程量匯總見表4。

表4 鋼筋工程量匯總表/t

3.3 現(xiàn)場施工應(yīng)用

在鋼筋工程的施工中，若根據(jù)傳統(tǒng)的鋼筋圖紙進(jìn)行鋼筋構(gòu)件的綁扎預(yù)埋，很容易造成鋼筋用料錯(cuò)誤。 結(jié)合項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)三維模型及BIM 模型可視化、精確化的實(shí)體特點(diǎn)，對每部分的鋼筋給予指導(dǎo)施工。 利用實(shí)際工程中的施工經(jīng)驗(yàn)和三維模型中的理論數(shù)值作對比分析，對于鋼筋工程施工加以不斷優(yōu)化調(diào)整，使實(shí)際工程用量與BIM 模型之間的誤差減少到允許范圍之內(nèi)。

(1) 進(jìn)度方面 通過BIM 技術(shù)模擬現(xiàn)場鋼筋工程施工，指導(dǎo)現(xiàn)場工作人員進(jìn)行鋼筋精確綁扎，避免多余的施工步驟。 對施工過程中遇到問題，利用BIM 軟進(jìn)行件虛擬模擬處理，結(jié)合BIM 五維技術(shù)(集成模型、施工模擬、進(jìn)度控制、成本控制以及質(zhì)量跟蹤與管理)得到優(yōu)化方案以解決施工中的問題，保證工期的按時(shí)交付。

(2) 質(zhì)量方面 利用BIM 技術(shù)三維可視化的特點(diǎn)，對鋼筋尺寸和定位更精確，避免鋼筋種類應(yīng)用不合理，減少鋼筋綁扎尤其是復(fù)雜節(jié)點(diǎn)施工中的各種錯(cuò)誤，如圖7 所示。

圖7 復(fù)雜節(jié)點(diǎn)鋼筋綁扎施工圖

(3) 綠色施工方面 在鋼筋工程施工前運(yùn)用BIM 技術(shù)優(yōu)化選擇最優(yōu)方案，根據(jù)明細(xì)表統(tǒng)計(jì)進(jìn)行物料管理及資金管控，更加合理地進(jìn)行物料管理，從而節(jié)約了材料。 BIM 技術(shù)的應(yīng)用使施工管理更加規(guī)范化、精準(zhǔn)化，避免材料的浪費(fèi)，達(dá)到物盡其用的效果，更加環(huán)保。

3.4 BIM 技術(shù)與傳統(tǒng)造價(jià)算量對比

從BIM 軟件對鋼筋二維圖紙的識(shí)別、關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的修改、鋼筋碰撞的檢查模擬到全過程應(yīng)用BIM 技術(shù)指導(dǎo)施工，通過實(shí)際現(xiàn)場鋼筋用料與應(yīng)用BIM 技術(shù)作對比，極大減少了鋼筋材料的損耗率，將其損耗率控制在＜0.5%(傳統(tǒng)造價(jià)算量損耗率為3% ～5%)，更好地管理現(xiàn)場施工和監(jiān)控。 鋼筋總量按傳統(tǒng)造價(jià)算量為1 237 t，按BIM 算量為1 198 t，而現(xiàn)場實(shí)際用量為1 174 t。 其理論結(jié)余率為5.4%、實(shí)際結(jié)余率為5.1%、一般損耗率為3%、實(shí)際損耗率為0.17%。

4 結(jié)論

借助廣聯(lián)達(dá)BIM 土建計(jì)量平臺(tái)GTJ2018，通過對CAD 二維圖紙進(jìn)行三維建模，研究BIM 技術(shù)下鋼筋工程量的具體應(yīng)用，對鋼筋的工程量進(jìn)行對比分析研究，得到以下結(jié)論:

(1) 在建立鋼筋三維模型過程中，研究BIM 平臺(tái)智能識(shí)別二維鋼筋信息，圖紙識(shí)別準(zhǔn)確率約為90%，可以清晰地看到鋼筋的具體排列方式、鋼筋的加密區(qū)與非加密區(qū)、鋼筋的彎起角度的具體規(guī)范和信息。

(2) 計(jì)算鋼筋的具體工程量，對主體構(gòu)件的鋼筋明細(xì)表進(jìn)行了討論，明細(xì)表中各類鋼筋用量與實(shí)際工程用量的誤差在允許范圍內(nèi)，表明了鋼筋材料采購和招標(biāo)文件編制可以應(yīng)用BIM 平臺(tái)計(jì)算的數(shù)據(jù)。

(3) 對比傳統(tǒng)單一造價(jià)軟件，使用BIM 平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的共享，模擬檢查鋼筋碰撞問題來指導(dǎo)實(shí)際施工，將鋼筋材料的損耗率控制在0.5%內(nèi)，減少資源的浪費(fèi)。