基于BIM的装配式钢筋加工技术研究与应用

文/梁玉德、范永晶、成洁瑶、杨博、罗炳锋 中建四局深圳实业有限公司 广东深圳 518000

近年来，随着经济增长逐渐减缓、可持续发展战略的推进，传统建筑行业面临着巨大的转型升级压力，绿色环保、节能高效成为了当前建筑行业发展的主题。钢筋的加工运输是施工现场重要的一环，直接影响着工程质量的好坏。传统的钢筋工程主要依靠工人手动加工，生产效率低下，高能耗、低质量，因此目前越来越多的项目采用了钢筋集中加工配送的模式，以解决施工现场钢筋加工厂占地面积大、钢筋生产质量不易控制等问题。

针对上述现象，本文在钢筋集中加工配送模式的基础上提出一种基于BIM的装配式钢筋加工技术。该技术通过BIM三维建模软件建模提高钢筋翻样的准确性，经过BIM云信息管理平台，交由经验丰富的专业人员对钢筋模型进行拆分和深化，拆分深化后的钢筋产品模型会上传至平台，待数据转化后导出钢筋产品加工电子料单，电子料单自动导入自动化生产设备进行下料。然后将下好料的钢筋半成品送到加工区域通过数控钢筋笼加工设备与数控钢筋焊接网加工设备加工成钢筋笼和钢筋焊接网产品，最后根据计划把钢筋成品运送到现场组织安装。整个过程由BIM云信息管理平台对深化设计、生产计划、材料堆放与运输安装进行统一调度管理[1]。

1、基于BIM的装配式钢筋加工技术路线

如图1所示，为基于BIM的装配式钢筋加工技术路线。首先，将施工图纸上传到BIM云信息管理平台，翻样人员通过广联达云翻样软件建立装配式钢筋模型，并生成初始翻样料单。然后由经验丰富的专业人员依据装配式钢筋模型和初始料单对钢筋进行拆分和深化，把拆分和深化后的模型以及更新后的翻样料单上传至平台。平台根据导入的装配式钢筋翻样料单，生成装配式钢筋加工料单，并将加工料单录入自动化加工设备中进行下料加工。再将加工好的钢筋半成品运送至装配式钢筋加工区域通过数控钢筋笼加工设备与数控钢筋焊接网加工设备加工成钢筋笼和钢筋焊接网产品。最后，由信息管理平台对装配式钢筋产品的存放、运输与安装进行统一的管理[2]。

图1 技术路线

2、装配式钢筋的拆分与深化

国内运用于钢筋翻样的软件主要有revit、广联达和鲁班等，广联达云翻样软件具有整体建模、局部识别的功能，能提高钢筋建模的准确性。revit软件能对钢筋实现精细化建模，导入Navisworks进行钢筋碰撞分析，拆分与深化效果较好。本研究基于广联达云翻样软件的钢筋建模基础上，采用revit软件对装配式钢筋进行拆分与深化。

以华南理工国际校区T区小卖部的建造为例，该试验对象属于两层半框架结构，通过广联达云翻样软件对建筑结构翻模，输入图纸钢筋参数，生成钢筋模型。随后，经验丰富的深化设计人员根据广联达软件生成的模型和钢筋翻样料单进行拆分和深化。如图2所示，是顶层框架柱，依据模型、图纸以及图集给出的参数把框架柱拆分为三部分，底部非连接区和节点区的箍筋属于现场安装部分，楼板面预留出一定长度的插筋用于安装制作完成的钢筋笼。同理，梁与柱的节点部分箍筋后安装，楼板钢筋采用钢筋焊接网的形式进行拆分。

将拆分后的钢筋使用revit软件建模，如图3所示，导入Navisworks软件进行碰撞分析，深化碰撞部分。最后修改图纸和模型，模型和图纸上传至平台后，自动生成钢筋电子加工料单[3]。

图2 顶层柱钢筋加工图纸

图3 钢筋节点模型

3、装配式钢筋机械化生产

目前市场上常见的工程用商品钢筋主要有：钢筋强化、钢筋成型、箍筋成型、钢筋网成型、钢筋笼成型、钢筋桁架焊接成型、钢筋机械连接等。而建筑的结构体部件主要包括柱、剪力墙、梁和楼板，剪力墙可以拆分成与柱类似的边缘构件和墙体，因此它们均可以划分为钢筋笼和钢筋网，成型所涉及的加工设备有：钢筋网焊接机、箍筋折弯机、钢筋桁架焊接成型机和钢筋笼成型焊接机。本研究基于上述的机加工设备，采用钢筋集中加工配送模式，参照钢筋拆分和深化思路，优化钢筋加工设备，用可靠的电阻焊机械焊点代替手工绑扎，提高质量和效率[4]。

4、装配式钢筋运输与现场安装

柱、梁钢筋笼等线性构件生产和运输都处于平躺状态，刚性较高，可直接用卡车装载，梁钢筋笼设计时需考虑到运输卡车长度问题，钢筋笼长度不宜设计过长。钢筋焊接网可以堆叠运输，多数剪力墙整体的钢筋构件外形不规则，不利于堆叠，运输效率低下，所以将剪力墙钢筋拆分成边缘构件和钢筋焊接网片，进行堆叠运输，待运输至现场后再装配。

柱钢筋笼吊装时采用竖直的方式，安装时对钢筋笼的垂直度要求较高，需要一名管理人员负责指挥调整吊装，两名工人安装钢筋笼。钢筋笼根据钢筋的直径选择钢筋连接方式，对于直径20mm以上（不含20mm）的主筋，采用机械连接，直径20mm及以下的采用搭接焊连接。本层的柱钢筋预留插筋上的箍筋要提前放置，梁钢筋笼与柱钢筋笼交汇的节点区的箍筋要后装，等钢筋笼安装完毕后再安装到位，大致的安装流程如图5所示。

图4 柱钢筋笼安装

图5 梁、柱钢筋笼安装流程

5、BIM云信息管理平台

为了管理装配式钢筋的深化设计、材料堆放、加工运输过程中信息和数据，本研究拟开发了一个BIM云信息管理平台，平台主要包括了BIM模型管理、计划管理、监控管理三大功能模块。具体的内容如下：（1）BIM模型管理：施工图上传至BIM模型管理模块，翻样人员通过广联达云翻样软件对图纸进行建模，一键生成装配式钢筋模型和初始翻样料单。随后由经验丰富的专业人员对模型进行拆分与深化，将深化后的模型和修改后的料单上传至BIM模型管理模块。最后通过解析修改后的电子料单，获取钢筋信息，生成能被自动加工设备识别的钢筋加工料单。这时系统会生成唯一的身份ID二维码，通过二维码可以获取钢筋模型的配筋信息、加工进度、运输状态和浇筑情况[5]。（2）计划管理：根据平台获取的订单数量、钢筋加工料单以及工厂的加工能力，安排装配式钢筋下料和生产。实时分析所承接的工程进度，合理安排钢筋加工的次序和产品的供应量。（3）监控管理：对生产区钢筋原材的进场量和钢筋种类、规格和数量进行监控，数据信息实时更新。通过GPS监控运输车辆的运输进度，根据施工现场管理人员及时反映的情况，调整运输频率并提供专业指导。

结语：

未来的建筑业发展必然是工业化的发展，除了装配式建筑外，钢筋工程的工业化生产也是建筑工业化的一大方向。基于BIM的装配式钢筋加工技术采用广联达、Revit、Navisworks等BIM工具对钢筋进行自动化翻样，节点碰撞检查，提高钢筋的翻样深化效率。在工厂内完成大部分的钢筋构件装配，极大地减少现场工作量，缩短项目工期。BIM云信息管理平台统一协助管理钢筋的深化设计、下料生产、运输安装的全过程[6]。目前，钢筋连接接头和钢筋产品种类仍不能满足项目的全部需求，这是未来后续的研究内容。