BIM技术 在核电工程钢筋自动加工中的应用

陈斐

近年来，我国核电项目进展顺利，捷报连连。随着我国核电技术方面重大突破和核电标准化体系的完善，将不断推动我国核电品牌建设和国际合作。

在核电施工中要使用大量的钢筋，某些堆型单机组钢筋使用量高达6万吨，由此可见，钢筋深化设计和加工是核电建设的重要环节之一，直接影响核电工程的质量和安全。

因此，中国核工业二四建设有限公司在核电工程中配备了美国KRB机械公司制造的先进钢筋加工设备，包括钢筋联动剪切线、数控弯箍机和数控弯曲机，加工精度和生产效率较高。

目前各大施工企业利用BIM技术进行钢筋深化设计的成果有很多，但将BIM技术应用于钢筋自动化加工的成果较少，主要是由于BIM软件与钢筋加工设备间存在数据孤岛问题。尤其在核电工程中，虽然钢筋加工设备较为先进，但仍需要人工手动录入钢筋信息到设备中才能完成钢筋加工。该方式人工成本较高、效率低，存在一定的人为失误因素，因此，利用BIM技术开展钢筋自动化加工研究是很有必要的。

本文研究技术路线主要是在核电工程中利用BIM技术进行钢筋深化设计后，通过二次开发，将模型通过专用格式与核电多项目管理系统ENPower集成，在系统中将钢筋数据自动处理转换成PDF417二维条码，并自动生成钢筋加工计划和配料单;然后利用与钢筋加工设备配套的扫码器扫描配料单上的二维条码，由此将钢筋加工数据传输到设备中，从而完成钢筋自动加工。

BIM与钢筋加工设备的数据交互

利用BIM技术进行钢筋深化设计得到的是含有详细数据信息的几何形状，如何让钢筋加工设备读取钢筋的BIM几何形状信息并正确加工是主要研究点。通过查阅国外钢筋加工设备技术手册，最终选定BVBS码作为钢筋几何形状信息的数据载体，钢筋加工设备只需读取钢筋对应的BVBS码便可以解析二维钢筋形状和三维钢筋形状数据。

一个完整的BVBS码用来表示一根或多根同类型的待加工钢筋，可分为形状类型、头部数据块（标识符H）、几何数据块（标识符G）、校验数据块（标识符C）、换行符（标识符CRLF）四部分。其中头部数据块和几何数据块的钢筋信息可以从BIM模型中读取。

形状类型是用来描述待加工钢筋的形状是二维还是三维形状的，其中二维形状用“BF2D”表示，三维形状用“BF3D”表示。在“BF2D@”或“BF3D@”后面紧跟其他数据块。

头部数据块包含钢筋的工程编号、图号、索引、条目、长度（mm）、数量（根）、重量（kg）、直径（mm）、等级、弯曲直径（mm）、设计人（可为空）等信息，每条信息以“字母标识+数据+@”的方式表达。

几何数据块包含钢筋的段长（mm）、弯曲半径（mm）、弯折角度（度）、XYZ轴坐标信息（仅三维钢筋形状即异平面钢筋使用）等信息，每条信息也以“字母标识+数据+@”的方式表达。

校验数据块用来对前两个数据块的字符的ASCII值进行校验;

校验数据块的数值计算方式为：对校验数据值前端所有字符的ASCII值求和Sum，然后对“Sum/32”求余，用96减去余数即得到校验数据值。

换行符“CRLF”表示一条完整的钢筋几何形状信息表达结束。這里的换行符在被机器识别时并不会显示字符“CRLF”，仅是一个换行命令。

PDF417二维条码是一种堆叠式二维条码，1991年由美国SYMBOL公司发明，PDF（Portable Data File）意思是“便携数据文件”。组成条码的每一个条码字符由4个条和4个空共17个模块构成，故称为PDF417条码。PDF417条码最大的优势在于其庞大的数据容量和极强的纠错能力，即使条形码污损50%也能被正确读出。PDF417二维条码是实现证件及卡片等大容量、高可靠性信息自动存储、携带并可用机器自动识读的理想手段。

因此，PDF417码完全满足作为钢筋几何信息载体的条件，将BVBS码转化为PDF417码便可将数据扫描读取到钢筋加工设备。

BIM与核电多项目管理系统的集成

核电工程钢筋深化设计采用Bentley公司的ProStructures软件。核电多项目管理信息系统ENPower是在统一的数据库和网络系统支持下建立的系统的、高集成度的信息系统，它管理核电建造过程各阶段业务的全部信息，包括钢筋加工料单信息。要将BIM技术应用到钢筋自动加工中就必须实现BIM与ENPower的集成。

Bentley提供的i-model技术是为支持项目团队联合工作的信息交互的通用方法，适用于项目的几何图形信息和数据信息，同时适用于Bentley的和非Bentley的产品。

i-model包含丰富的元数据和组件的业务属性、几何图形及关系，不需要专门的应用程序逻辑来解析，不需要引用外部的架构定义，所有需要的架构定义都内置在i-model中。

i-model包含信息的来源、日期、状态等，且是只读的。i-model可直接由Bentley软件输出或转换程序生成。鉴于此，i-model技术是实现BIM与ENPower系统集成的最优方式。利用i-model技术，经过二次开发，ENPower系统中可以直接查看钢筋三维模型并读取钢筋的几何形状信息，实现二者的数据集成。接下来在ENPower系统中添加两个功能模块，一是将钢筋的几何形状信息转换为BVBS码的功能模块，二是将BVBS码转为PDF417码的功能模块。

ENPower系统导出钢筋配料单，钢筋加工厂工人利用扫码枪扫描料单上的PDF417码，加工数据便传输到钢筋加工设备，设备读取完一个批次的数据后开始自动加工。

应用中的不足

目前各类堆型的核电工程中约有近200种二维和三维钢筋形状，采用BVBS码格式能够准确表达其中约100种常用钢筋形状。但对于非标准、异形钢筋，数控加工难以解决技术问题，仍需要借助常规加工设备。数控设备与常规设备搭配使用，解决不同的加工需求，数控设备的高效性可以解决批量化半成品加工，常规设备的灵活性可以解决非标构件、零星变更补料等需求。

将BIM技术应用在核电工程钢筋自动加工中，操作简单，不仅可以大大减少人为干预过程，避免因人为失误造成损失，还可以提高钢筋的加工质量和效率，在实际应用中钢筋加工效率提升约29.23%，此外也降低了钢筋加工废料余料率，每吨钢筋成本可以节省约175元，具有较好的经济和社会效益，是今后核电工程和其他大型工程钢筋加工的趋势，而且能够提高企业在市场上的科技实力和综合竞争力。

下一步，研究方向是通过ENPower系统连接钢筋加工设备、采集钢筋加工信息，可支持钢筋加工厂的加工过程监控、材料管理;通过扫码监控钢筋成品的仓储、物流和交付等过程，可提高项目管理水平、减少仓储积压，进一步助力我国数字化核电建设。