秦立鵬,丁 杰
(中交三公局工程總承包分公司 北京100023)
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。
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
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)
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
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。