秦立鵬，丁 杰

（中交三公局工程總承包分公司 北京100023）

0 引言

近年來，建筑信息模型（Building Information Mod?eling），即BIM 技術(shù)得到了快速發(fā)展，正是因?yàn)槠淠茌^好地滿足工程需求，具有眾多優(yōu)勢(shì)［1］。對(duì)于鋼筋混凝土工程體量龐大的結(jié)構(gòu)，合理運(yùn)用BIM 技術(shù)，可以直接生成結(jié)構(gòu)的立面圖、剖面圖，布置三維鋼筋模型，快速地統(tǒng)計(jì)鋼筋數(shù)量，鋼筋圖也可以依靠電腦程序自動(dòng)繪制，效率大大提高［2］?？梢暂^強(qiáng)適應(yīng)非標(biāo)準(zhǔn)建筑結(jié)構(gòu)，特別是對(duì)于大型土木水利工程項(xiàng)目，建筑物非標(biāo)結(jié)構(gòu)多，鋼筋圖可復(fù)用性低，BIM 技術(shù)可以大大提高設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率。此外，數(shù)字化配筋技術(shù)可以使“錯(cuò)、漏、碰”等常見問題得到快速檢查，以及便利地修改［3］，這樣可以大大減輕校審工作人員的負(fù)荷。

BIM 技術(shù)可以形成一個(gè)精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)源和一個(gè)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)流，這將對(duì)后續(xù)的工程量統(tǒng)計(jì)、工程造價(jià)、技術(shù)交底、現(xiàn)場施工指導(dǎo)等過程具有較高的應(yīng)用價(jià)值。BIM 技術(shù)的應(yīng)用極大推動(dòng)了施工效率和質(zhì)量的提升［4］。通過建立符合實(shí)際結(jié)構(gòu)的三維鋼筋模型，不但可以精準(zhǔn)檢查鋼筋碰撞問題，還可以輔助設(shè)計(jì)人員進(jìn)行配筋圖繪制、鋼筋數(shù)量自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。BIM 技術(shù)使技術(shù)員和施工員平行協(xié)作，精準(zhǔn)把控工程量和節(jié)約成本，從施工前期到后期，全程指導(dǎo)施工人員進(jìn)行下料施工管理、施工現(xiàn)場作業(yè)和數(shù)字化交付［4］。目前國內(nèi)各設(shè)計(jì)單位都在自主開發(fā)數(shù)字化自動(dòng)配筋軟件［5］，主要有以下幾種主流數(shù)字化配筋軟件：①Rebarsmart 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件［6-7］，該系統(tǒng)能夠提供“一站式”的三維鋼筋布置、二維圖紙出圖和全面、成熟、可靠的數(shù)字化交付解決方案，包括設(shè)計(jì)、施工、造價(jià)、采購、安裝等全生命周期管理過程，以及工程后期的數(shù)字化交付及運(yùn)維管理。②多標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化三維鋼筋站設(shè)計(jì)系統(tǒng)Restation［8-9］。它具有支持多種標(biāo)準(zhǔn)、相關(guān)性強(qiáng)、自動(dòng)編號(hào)、智能繪圖等優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)應(yīng)用廣泛，為鋼筋設(shè)計(jì)、現(xiàn)場施工下料、鋼筋圖繪制、材料統(tǒng)計(jì)等提供了便捷的工具。③港口工程數(shù)字化智能勘察設(shè)計(jì)集成系統(tǒng)（HIDAs 系統(tǒng)）［10-11］，該系統(tǒng)可提供多種三維智能建模方法。系統(tǒng)建立的鋼筋模型與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的三維CAD 模型直接關(guān)聯(lián)，當(dāng)模型只改變幾何尺寸時(shí)，可自動(dòng)更新鋼筋，計(jì)算鋼筋的長度、體積和質(zhì)量。

目前針對(duì)鋼筋混凝土工程的三維布筋和鋼筋量統(tǒng)計(jì)的數(shù)字化研究，得到了較為廣泛的研究和發(fā)展，但是對(duì)鋼筋原材料加工的優(yōu)化未見報(bào)道，本文基于某高速公路中的橋梁墩柱配筋工程，闡述了YJK-REVIT一體化平臺(tái)的數(shù)字化配筋應(yīng)，并采用VBA宏語言對(duì)鋼筋加工的應(yīng)用進(jìn)行了研究。

1 工程背景

本文以某實(shí)際工程項(xiàng)目為研究對(duì)象，從而為工程實(shí)踐提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。某高速公路工程連接北京與雄安新區(qū)，呈東北至西南走向，其中某段長6.833 km，線路圖如圖1所示。由于本地區(qū)屬于平原地區(qū)，地勢(shì)相對(duì)較為平坦、開闊，地形起伏較小，人口較為密集。所以項(xiàng)目橋梁占比高達(dá)99.5%，其中482個(gè)鋼筋混凝土墩柱為工程主要施工內(nèi)容，且墩柱構(gòu)形式復(fù)雜多樣，鋼筋數(shù)量極大，某段T 型鋼筋混凝土墩柱如圖2所示。所以引用數(shù)字化技術(shù)對(duì)于提高橋墩配筋和加工效率尤為重要，同時(shí)也可以一定程度上減輕技術(shù)工程人員的負(fù)擔(dān)，加快施工進(jìn)度。

圖1 某高速公路線路圖Fig.1 Route Map of a Expressway

圖2 鋼筋混凝土墩柱Fig.2 Reinforced Concrete Pier

2 數(shù)字化配筋方案

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，BIM 技術(shù)也得到了快速發(fā)展，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和建筑施工領(lǐng)域已經(jīng)逐步轉(zhuǎn)向全三維設(shè)計(jì)，傳統(tǒng)的二維工程圖可以通過切割、投影等操作直接從三維模型中獲取，使設(shè)計(jì)過程變得更加便利、更輕松、更高效。然而，傳統(tǒng)的平面設(shè)計(jì)模式需要繪制結(jié)構(gòu)不同截面的平面圖、立面圖和配筋圖。鋼筋表和材料表中的鋼筋用量、材料消耗等信息需要人工清點(diǎn)，工作量巨大。設(shè)計(jì)方案變更時(shí)，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)投影規(guī)律對(duì)相關(guān)二維配筋圖進(jìn)行逐一修改，重新計(jì)算配筋量和材料消耗量，非常繁瑣，容易出現(xiàn)錯(cuò)漏?；贐IM 技術(shù)的數(shù)字化配筋技術(shù)可以改變傳統(tǒng)平面設(shè)計(jì)模式存在的固有問題，能進(jìn)一步提高目前結(jié)構(gòu)配筋的效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量。

本文結(jié)合盈建科建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)軟件和BIM應(yīng)用主流軟件REVIT，實(shí)現(xiàn)了施工結(jié)構(gòu)的模型可視化，使結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分析模型和信息模型集成一體，便于發(fā)現(xiàn)和檢查結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中存在的問題，避免其出現(xiàn)于實(shí)際施工過程中，形成一種有效可行的基于BIM 的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法。對(duì)某橋墩進(jìn)行三維建筑結(jié)構(gòu)建模方法如下：

⑴創(chuàng)建建筑模型。建立橋墩的三維建筑視圖，然后加入更多細(xì)部組件模型，從而為動(dòng)態(tài)模型的建立做好基礎(chǔ)，建筑模型可以隨時(shí)發(fā)生變更。

⑵建立REVIT 初步結(jié)構(gòu)模型。加入施工現(xiàn)場布置、鋼筋、預(yù)應(yīng)力鋼絞線、肋板結(jié)構(gòu)等，并按規(guī)則進(jìn)行命名，便于能夠在一體化平臺(tái)中進(jìn)行查找和執(zhí)行特定的操作命令。利用YJK 軟件對(duì)模型進(jìn)行初步分析計(jì)算，對(duì)配筋進(jìn)行調(diào)整。

⑶調(diào)整REVIT 模型。根據(jù)初步設(shè)計(jì)結(jié)果對(duì)RE?VIT 模型進(jìn)行調(diào)整更新，并進(jìn)行碰撞檢查。最終完成三維實(shí)體布筋，構(gòu)建完善的BIM 結(jié)構(gòu)模型?？梢宰詣?dòng)生成結(jié)構(gòu)施工圖。

通過BIM 物理模型和YJK 軟件的分析和設(shè)計(jì)結(jié)果的動(dòng)態(tài)集成，實(shí)現(xiàn)了配筋信息根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)更新。模型初步設(shè)計(jì)分析中的墩肋板配筋示意圖如圖3所示，橋墩REVIT模型示意圖如圖4所示。

圖3 橋墩肋板配筋Fig.3 Reinforcement of Pier Rib Plate （cm）

3 數(shù)字化鋼筋加工

結(jié)合工程特點(diǎn)及橋梁分部情況，考慮標(biāo)準(zhǔn)化集中管理方便、高效的原則，本項(xiàng)目集中鋼筋加工場，如圖5所示。鋼筋加工場分為材料堆放區(qū)、半成品區(qū)、成品區(qū)、加工作業(yè)區(qū)，并形成流水線作業(yè)；鋼筋半成品區(qū)、成品區(qū)位于一側(cè)，材料堆放區(qū)和作業(yè)區(qū)位于另一側(cè)，二者進(jìn)行適當(dāng)間距分隔，以便與成品材料進(jìn)場。為滿足施工進(jìn)度要求，鋼筋加工設(shè)備使用進(jìn)口自動(dòng)數(shù)控加工設(shè)備。

圖4 REVIT整體建模Fig.4 REVIT Overall Modeling

圖5 鋼筋加工場Fig.5 Reinforcement Processing Yard

Visual Basic for Applications（簡稱VBA）是新一代標(biāo)準(zhǔn)宏語言，是基于Windows 的VB 語言發(fā)展而來的。VBA 宏語言提供了一種面向?qū)ο蟮木幊谭椒ê鸵环N比較完整的編程語言。用戶可以方便地將瑣碎的下料設(shè)計(jì)和加工優(yōu)化轉(zhuǎn)換成VBA程序代碼，使工作自動(dòng)化。VBA 語言具有以下特點(diǎn)：①使重復(fù)的任務(wù)自動(dòng)化；②自定義EXCEL 工具欄，菜單和界面；③自定義EX?CEL，使其成為開發(fā)平臺(tái)；④可以方便地創(chuàng)建報(bào)表；⑤能夠?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行復(fù)雜的操作和分析。

為提高鋼筋加工效率和控制成本，本文基于YJK-REVIT 一體化平臺(tái)結(jié)合EXCEL 格式的VBA 程序開發(fā)，對(duì)鋼筋混凝土墩柱鋼筋加工進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，以達(dá)到鋼筋原料的最優(yōu)化利用，以節(jié)約成本。鋼筋原材料長度一定，而橋墩需要各種不同長度和規(guī)格的鋼筋，當(dāng)體量小時(shí)造成的浪費(fèi)不大，而當(dāng)體量大時(shí)，對(duì)下料進(jìn)行優(yōu)化可以節(jié)省較大的成本。VBA 程序優(yōu)化步驟如下：

⑴根據(jù)一體化平臺(tái)的配筋方案得到橋墩中鋼筋構(gòu)件的規(guī)格、形狀、尺寸、數(shù)量、重量等內(nèi)容；

⑵VBA 程序根據(jù)所需鋼筋信息集合原材料信息進(jìn)行組合優(yōu)化，使余料最短；

⑶輸出鋼筋下料表，下料表記錄鋼筋的樣式、規(guī)格、尺寸以及所在位置。

⑷鋼筋工按下料表進(jìn)行鋼筋構(gòu)件制作和綁扎安裝。

通過一體化平臺(tái)得到鋼筋數(shù)量和類型，在用戶屬性定義中，只需定義每種構(gòu)件鋼筋的屬性，配合特定的程序代碼，即可讀取鋼筋下料的信息，局部鋼筋加工VBA優(yōu)化程序如圖6所示。

圖6 鋼筋加工VBA優(yōu)化方案Fig.6 VBA Optimization Scheme of Steel Bar Processing

4 結(jié)語

本文基于某高速公路中的橋梁墩柱配筋工程，闡述了YJK-REVIT 一體化平臺(tái)的數(shù)字化配筋應(yīng)用，并采用VBA宏語言對(duì)鋼筋加工的應(yīng)用進(jìn)行了研究，為類似工程的設(shè)計(jì)和施工提供參考和借鑒。今后，如何對(duì)復(fù)雜的鋼筋模型的數(shù)據(jù)源和施工臨時(shí)變化所致的數(shù)據(jù)流進(jìn)行有效結(jié)合，是工程應(yīng)用領(lǐng)域亟待解決的難題。數(shù)字化技術(shù)在工程項(xiàng)目中的應(yīng)用具有巨大優(yōu)勢(shì)，必將得到長足發(fā)展。