陳辰

（河北博澤建筑工程有限公司，河北石家莊 050000）

0 引言

如今，世界上正在經(jīng)歷一次信息技術(shù)的改革，建筑行業(yè)同樣如此，伴隨建筑信息建模（BIM）技術(shù)進步，精益施工和建筑信息建模（BIM）是截然不同的舉措，但兩者都對建筑行業(yè)產(chǎn)生深遠的影響。對它們之間無數(shù)具體相互作用的嚴格分析表明，存在一種協(xié)同作用，如果從理論上加以正確理解，就可以利用這種協(xié)同效應(yīng)改進施工過程，而不是通過單獨應(yīng)用這些范例中的任何一種改進施工過程。使用一個將BIM 功能與規(guī)定的精益構(gòu)建原則并列的矩陣，雖然大多數(shù)證據(jù)已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)，矩陣并不被認為是完整的，而是一個研究框架，以探索相互作用的有效程度。施工管理人員、管理人員、設(shè)計人員和建筑信息技術(shù)系統(tǒng)的開發(fā)人員也可以從該框架中受益，這有助于在規(guī)劃精益和BIM 采用時認識到潛在的協(xié)同作用。

1 簡述

建筑信息建模（BIM）技術(shù)的概念是對數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用，將建筑的全部信息存儲在計算機相應(yīng)的虛擬建筑模型中，構(gòu)建一個和現(xiàn)實高度匹配的虛擬平臺。我國還有一些學(xué)者明確提出鋼筋管理的流程，創(chuàng)建Revit 鋼筋下料優(yōu)化的基礎(chǔ)上創(chuàng)建初步方案，實現(xiàn)鋼筋下料的最小化。

2 Revit 鋼筋深化建模

根據(jù)英文來了解，BIM 中Building 表示建筑，Information 表示信息，Modeling 表示模型，使用數(shù)字化技術(shù)，在計算機相應(yīng)的虛擬建筑模型中存儲全部信息，構(gòu)建和現(xiàn)實完全匹配的虛擬平臺。在這個平臺上，人們能夠模擬整棟建筑，建筑信息建模（BIM）是建筑、工程和建筑（AEC）行業(yè)最有前途的發(fā)展之一。利用BIM 技術(shù)，可以數(shù)字化地建立建筑物的精確虛擬模型。該模型被稱為基礎(chǔ)信息模型，可用于設(shè)施的規(guī)劃、設(shè)計、施工和運行。它幫助架構(gòu)師、工程師和建設(shè)者將在模擬環(huán)境中構(gòu)建的內(nèi)容可視化，識別任何潛在的設(shè)計、構(gòu)造或操作問題。BIM 代表AEC 中的一種新范式，它鼓勵在項目中整合所有利益相關(guān)者的角色。建筑信息管理（BIM）在AEC 行業(yè)的發(fā)展趨勢較好，但也可能面臨的風(fēng)險和未來的挑戰(zhàn)，在其項目中實施BIM 技術(shù)提供有用的信息。建筑信息建模（BIM）使可視化、施工前模擬、生命周期分析發(fā)生革命性的變化，使施工速度更快，從而促進更可持續(xù)的綜合實踐，為設(shè)計團隊提供豐富的建筑信息。這個新的工具為設(shè)計者提供機會，這些都是進行綜合實踐所必需的，在配筋的同時應(yīng)該遵守以下幾個標準：

（1）對鋼筋長度大于9m 的，由施工現(xiàn)場工程師在模型中進行鋼筋連接，鋼筋搭接的位置可以規(guī)避一些受力較弱的點；

（2）施工現(xiàn)場通常會具有一些復(fù)雜節(jié)點，使得施工困難并造成臨時變更，因此，最大限度使用BIM 技術(shù)對模型進行穿插模擬；

（3）從autodeskrevit 導(dǎo)出建筑結(jié)構(gòu)參數(shù)到結(jié)構(gòu)分析程序的過程。首先，該過程使用C#插件，該插件從Revit 文檔中提取構(gòu)造圖元的參數(shù)并將其輸出到文本文件中。參數(shù)可以是物理（材料特性）、幾何（尺寸、坐標、橫截面形狀）和其他。然后，由專用程序轉(zhuǎn)換器讀取文件，生成梁框架模型，并以新的格式存儲信息，該格式與先前開發(fā)的結(jié)構(gòu)分析程序兼容。此程序允許向任何梁框架節(jié)點添加垂直或水平荷載和力矩。結(jié)構(gòu)分析采用有限元法。通過有限元分析，給出荷載作用下的變形模式。實現(xiàn)獲取包含建筑施工主要特點的Microsoft Word 文檔的機會，圖1 是真實案例。能夠確定鋼筋尺寸與定位，讓隱蔽工程變得可視化，能夠身臨其境地體會配筋信息。

圖1 鋼筋模型和某復(fù)雜節(jié)點

3 優(yōu)化算法處理鋼筋下料問題

3.1 Revit 鋼筋算量

鋼筋用量和直徑的實際材料要求（例如直徑為12mm）。通過相關(guān)了解，我們知道了，使用量最大的鋼筋直徑為14mm，占據(jù)了整個鋼筋的13.85%；使用量最少的鋼筋直徑是10/18mm，占據(jù)了整個鋼筋的0.21%。直徑是12mm 的鋼筋使用量為13.79%，在此其中，5.45 的需求根數(shù)最多，達到72 根，數(shù)量清單中詳細列舉鋼筋的長度與數(shù)量。

3.2 鋼筋裁切數(shù)學(xué)模型

裁切為20~40cm 長短的棒料，其分別為20cm 的50 根，30cm 的45 根，40cm 的20 根，怎樣下料最省材料。而我們所說的怎樣下料最節(jié)省材料主要表示將1m 的鋼筋根據(jù)三種長度進行裁切，在對各種料長根數(shù)需求滿足的前提下，最大限度降低鋼筋的耗費。所以，應(yīng)該先對1m 的長鋼筋進行分析，如果裁切為三種長度有哪些方式。在這一案例中，總共有8 中裁切方法，每一種都會造成材料浪費，具體情況。通過相關(guān)了解我們能夠發(fā)現(xiàn)，若使用方法I，那么將生產(chǎn)20cm、30cm、40cm 的鋼筋各1 根，然而會形成10cm 的廢料；如果使用方法VI，那么可以生產(chǎn)20cm、30cm 的鋼筋各兩根，不會形成廢料，但不能裁切40cm 的鋼筋。

3.3 優(yōu)化算法

當(dāng)前，在國內(nèi)外被提出的優(yōu)化算法具有許多，進化遺傳優(yōu)化算法（GA）過去一直被用于建筑熱工優(yōu)化。然而，由于隨機搜索，這些算法的結(jié)果可能會有很大的差異，并且不能保證最優(yōu)解接近全局最優(yōu)解。此外，這些算法對非專家用戶的使用是有限的。因此，該算法在不增加改進的SA 的情況下比遺傳算法提供更可靠的結(jié)果。無約束建筑優(yōu)化問題的有效優(yōu)化包括將建筑能耗模擬程序與優(yōu)化進化算法（如遺傳算法）耦合。尋找最合適的遺傳算法集，在合理的計算時間（較少的模擬次數(shù)）內(nèi)獲得最優(yōu)解或近似最優(yōu)解。結(jié)合EnergyPlus 仿真程序，對二進制編碼遺傳算法的12 個控制參數(shù)集進行求解無約束建筑優(yōu)化問題的試驗。結(jié)果表明，種群規(guī)模是最顯著的控制參數(shù)，交叉概率和變異率對遺傳算法的性能影響不大。一般來說，一個二進制編碼的小種群遺傳算法可以通過大約250 個建筑模擬調(diào)用來解決無約束的建筑優(yōu)化問題。尤其是5 個個體的較小種群比較大的種群規(guī)模有助于更快地達到最優(yōu)解。但是對較為復(fù)雜的問題來講，還可以使用近幾年來興起的群智能算法等。這次的研究表示在整理完鋼筋數(shù)量明細表以后，能夠提出最好的鋼筋下料裁切方式。

4 鋼筋下料切割的最初優(yōu)化順序

其具體流程為以下幾個步驟：①統(tǒng)計鋼筋明細表。首先，在Revit 表中，計算了不同直徑鋼筋使用量的細目表；②通過Revit功能導(dǎo)出列表：利用匯出功能將明細表轉(zhuǎn)化成文檔，然后導(dǎo)入Excel 中實現(xiàn)再次整理；③利用公式（1）、（2）對Excel 數(shù)量表進行轉(zhuǎn)換，程序用Matlab 編寫，能夠讀取數(shù)學(xué)程序代碼；④采用Matlab 編寫優(yōu)化算法，對鋼筋的數(shù)量進行數(shù)學(xué)程序代碼優(yōu)化，從而最終產(chǎn)生鋼筋的數(shù)量裁切和報廢狀況；⑤分析找到的不同鋼筋下料的裁切方案；⑥明確優(yōu)化方案可以實施以后，如果不行，再返回步驟④。

5 結(jié)論

在本次研究中，我們通過將假設(shè)的混凝土結(jié)構(gòu)作為研究的案例，提出在Revit 基礎(chǔ)上的鋼筋下料優(yōu)化初步流程，并且最大限度使用BIM 技術(shù)以及優(yōu)化演算方法，初步結(jié)果表明，該下料優(yōu)化方案是可行的，流程出去完成虛擬施工指導(dǎo)實踐以外，還引進優(yōu)化演算方法獲得的最佳的下料方案，能夠為BIM 技術(shù)更好使用與實際工程中鋼筋下料優(yōu)化方面提供方向。作為初步程序，這項思路能夠為有關(guān)工作人員提供參考。