基于BIM技术的钢筋工程量精细化计算方法研究

朱冬飞 陈高威 张军委 沈志伟

摘 要：利用BIM技术并结合工程案例从计算规则、参数设置、绘图方法等方面分析不同因素对钢筋工程量的影响程度，并提出较为精细化的钢筋工程量计算方法，以解决因钢筋工程量计算误差过大带来的工程造价增加和现场管理难度加大的问题。

关键词：BIM技术;钢筋工程;精细化计算;工程造价

中图分类号：TU723.3;TU17       文献标识码：A

文章编号：1001-5922（2022）02-0157-07

Abstract：According to the use of BIM technology and engineering cases， aspects such as calculation rules， parameter settings， drawing method are focused to analyze the influence of different factors on the reinforcement of quantities， relatively fine steel quantity calculation method is also puts forward in order to solve construction cost increase and on＼|site management problem of increasing difficulty due to excessive reinforcement calculation error of quantities.

Key words：BIM technology; reinforcing bar engineering; refinement calculation; building cost of projects

钢筋是建筑工程中的主要材料之一，钢筋工程量不仅影响工程的造价，也决定着建筑工程的质量。钢筋工程量如果计算不准确容易造成原材料浪费、现场管理难、加工成本和管理成本高、工人劳动强度大等问题。

随着我国建筑施工水平的提高，高层建筑和超高层建筑越来越多，但仍以钢筋混凝土结构为主，此时钢筋工程量的精细化计算显得更为重要。采用传统的手工计算方法计算钢筋工程量效率极低且容易漏算，BIM算量软件的出现极大的提高了工程项目钢筋工程量的准确性和完整性[1]。建筑工程在不同的阶段对钢筋量的精确度要求不一样，不同的计算规则适用于不同的阶段，在不同的计算规则下计算出的钢筋量容易产生材料的浪费和管理成本的增加[2]。软件中参数的合理选择和绘图方法的选择都会在一定程度上影响钢筋的工程量，进而影响整个工程造价。本文以一个工程案例为着入点，从计算规则、参数设置等方面分析钢筋量的变化。

1 工程概况

本工程为框架剪力墙结构，其中地下一层外墙为剪力墙，地上五层为框架结构。基础采用梁板式筏形基础和独立基础，基础和主体结构的构件混凝土强度等级为C30，工程抗震设防烈度为8度，结构抗震等级为二级。工程的基础平面布置如图1所示;工程的BIM三维模型如图2所示。

2 计算规则对钢筋工程量计算的影响

现阶段无论是手工计算钢筋工程量还是软件计算钢筋工程量，几乎基于的都是16 G101平法图集和工程相应的结构施工图纸。目前钢筋工程量的计算规则主要有按照钢筋图示尺寸计算，即钢筋外皮长度计算和按照钢筋中心线长度计算两种方法。

一般结构施工圖纸中标注的钢筋尺寸都是钢筋的外皮尺寸，它只是设计尺寸，与钢筋的中心线长度不同。当钢筋水平放置而不存在弯折时，按照外皮长度计算出来的钢筋量和按照中心线计算出来的钢筋量是相等的。现实情况多数是钢筋运到施工现场后一般需要进行加工弯折才能使用，如常见的箍筋。但是钢筋弯折前后，钢筋中心线的长度是保持不变的。因此，若要相对精细的计算钢筋的工程量，应在建设项目全过程周期中按照钢筋中心线的规则进行钢筋量的计算。

两种计算方式最大的区别在于，按照外皮长度计算钢筋工程量不考虑弯曲调整值，而采用中心线长度计算钢筋工程量需要考虑弯曲调整值。钢筋的弯曲调整值受弯弧直径、钢筋型号、直径和弯折角度的影响。

在广联达BIM计量平台软件中默认三级钢筋（如HRB400E）的弯弧直径D为钢筋直径的5倍，即D=5d（d为钢筋直径）[3]。工程中常见的弯折角度主要有90°和135°两种，90°的弯折主要存在于箍筋、梁的纵筋、柱的纵筋、板的负筋中;135°的弯折主要存在于箍筋中。针对以上工程案例利用广联达BIM计量平台软件着重分析梁、板、柱构件内受力纵筋和箍筋在两种不同计算规则下钢筋工程量的变化。

在BIM软件中，默认了不同钢筋等级的弯弧直径，具体如图3所示。

从图3可以看出，弯弧直径与钢筋等级有关，钢筋等级越高，弯曲直径越大。不同的钢筋等级在不同的弯折角度下，其弯曲调整值随着弯曲直径的增大而增大;调整值的大小取决于钢筋直径的大小，目前工程项目中运用最多的钢筋为HRB400E钢筋。以下采用不同的计算规则对常用的三级钢筋在进行90°和135°弯折后的情形钢筋量的变化进行分析。

2.1 90°情形下不同计算规则对钢筋量的影响

按照图4所示，当钢筋为HRB400E级钢筋时，弯弧半径R=2.5d（d为钢筋直径），则bc弧长=（2.5d+0.5d）×2×3.14×90/360=4.71d，即圆弧段处钢筋中心线长度为4.71d;外皮尺寸=X+Y=2.5d+d+2.5d+d=7d，此时两者差值为2.29d。因此，在90°弯折情形下，按照外皮计算的钢筋量要比按照中心线计算出的钢筋多2.29d，并且钢筋直径越大，差值越大。

2.2 135°情形下不同计算规则对钢筋量的影响

按照图5所示，同样采用HRB400E级钢筋进行分析，此時AB弧长=（2.5d+0.5d）×2×3.14×135/360=7.065d，即圆弧段处钢筋中心线长度为7.065d;外皮尺寸=R+d=2.5d+d=3.5d。此时，两者差值=7.065d-3.5d=3.57d。因此，在135°弯折情形下，按照外皮计算的钢筋量要比按照中心线计算出的钢筋少算3.57d，钢筋直径越大，差值越大。

下面分析BIM软件中针对90°和135°两种情形在不同计算规则下是如何计算的。在软件中分别建立不同计算规则下的BIM三维模型，并分析带有弯折角度90°和135°的箍筋工程量变化，具体如图6、如图7所示。

从图6和图7可以发现，软件针对135°的弯钩，无论是按照中心线计算还是按照外皮计算，其工程量是不变的。但是90°的弯钩两种计算规则计算出来的钢筋量有所不同，按照中心线计算规则计算出来的量考虑了3个弯曲调整值2.29d。

两种计算规则对梁构件内受力纵筋和箍筋的钢筋量对比如表1所示。

通过表1分析可知，不同计算规则主要影响的是纵向受力钢筋和箍筋的钢筋量。因为纵向受力钢筋存在弯锚情形时是需要弯折的，因此，按照外皮计算出来的钢筋量比按照中心线计算出来的要大。

一个箍筋中一般存在3个90°的弯钩和两个135°的弯钩，由于梁构件中箍筋的数量相对较多，因此箍筋受计算规则的影响较受力纵筋的要大。

两种计算规则对柱构件内受力纵筋和箍筋的钢筋量对比如表2所示。

通过表2分析可知，在柱构件中，不同的计算规则对箍筋的影响仍然要大于受力纵筋的影响，因为柱纵筋一般只在插筋和顶部才出现弯折。而箍筋则存在加密区和非加密区，数量远比纵筋多。

两种计算规则对板构件内受力纵筋和箍筋的钢筋量对比如表3所示。

通过表3分析可知，在板构件中，不同的计算规则对钢筋量的影响整体要比梁构件和柱构件的影响小。虽然板内钢筋也存在弯折的情形，尤其是支座负筋，但是由于板内钢筋直径相对较小，导致弯弧直径小，弯曲调整值较小。因此两种计算规则下钢筋量相差不大，但是采用钢筋中心线计算依旧相对精细化些。

以上钢筋按照平均0.5万元/t计算，梁内箍筋按钢筋外皮计算比按钢筋中心线计算费用要高出近1.6万元。当存在多个单位工程时，造价费用相差更大。因此，合理的选择计算规则能在源头上控制钢筋的数量，以免造成浪费。

3 工程抗震和图元抗震对钢筋工程量计算的影响

工程抗震主要是指整个结构的抗震等级，而图元抗震主要针对是构件的抗震等级。一般建筑物只计算水平地震作用，而柱、梁、剪力墙等构件主要抵抗水平地震作用产生的水平力，所以柱、梁、墙属于抗震构件。《建筑抗震设计规范》规定，只有大跨度和长悬臂结构的建筑，且在8级、9级地震时，楼板、基础和楼梯可认为是抗震构件[4]。因此本工程中的楼板、基础和楼梯均可认为是非抗震构件。  BIM算量软件中默认楼板和楼梯是非抗震构件，而对基础构件默认的是抗震构件[5]。因此，本工程在进行钢筋工程量的计算时，应将基础构件设置成非抗震构件，具体如图8所示。

软件中针对箍筋弯钩平直段的计算采用了工程抗震和图元抗震两种方式，具体如图9所示。构件是否抗震主要影响的是箍筋弯钩平直段的长度，一般抗震构件中弯钩的平直段长度为max（10d，75），非抗震构件中弯钩的平直段为10d和75两者中取较大值，即5d[6]。因此，采用工程抗震还是图元抗震主要影响的是基础构件和非框架梁等非抗震构件的箍筋工程量。

软件在进行计算时默认采用的是工程抗震，即将工程中所有的构件均按照工程的抗震等级进行计算，这显然是不合理的。表4是箍筋弯钩平直段按照不同计算方式计算时基础梁和非框架梁中箍筋钢筋量的对比。

通过表4分析可知，是否按图元抗震考虑主要影响的是箍筋的工程量。一般来说，箍筋的直径相对较小，所以5d的取值相差不大。但由于基础梁内的箍筋存在加密区与非加密区之分，而非框架梁内的箍筋一般只有非加密区。所以基础梁内箍筋的数量要比非框架梁内箍筋数量多，这就导致弯钩平直段的影响主要集中在基础梁的箍筋量中，而对于非框架梁的箍筋相差则较少。但是在进行钢筋工程量精细化计算时，应采用按图元抗震考虑。

4 参数设置对钢筋工程量计算的影响

广联达BIM计量平台软件作为一种钢筋算量软件有着其独特的优势，出量效率高是其在算量方面最大的优势。但是软件在进行算量时一定要准确合理的选择参数。参数的设置应根据相应的规范和图纸进行确定，否则将出现钢筋量误差较大的情形。

两个方向基础主梁相交的柱下区域，应有一向截面较高的基础主梁箍筋贯通设置;当两个方向基础主梁高度相同时，任选一个方向基础主梁箍筋贯通设置[7];而BIM软件中默认的均是贯通设置，具体如图10所示。

以本工程基础梁为例，其平面布置如图11所示。

分析两个方向基础梁相交时箍筋是否贯通布置这一参数对箍筋工程量的影响如表5所示。

通过表5分析可知，基础梁箍筋与框架梁箍筋布置形式有所不同。柱子设置在基础梁上方，因此基础梁内的箍筋是可以贯通布置的。但是实际施工时只需要选择一个方向的箍筋贯通布置，因此在利用BIM软件计算基础梁内箍筋量时应准确设置参数，否则将出现较大的差距。

5 绘图方法对钢筋工程量计算的影响

在BIM软件中采用不同的绘制方法对构件进行绘制时有可能出现钢筋的锚固形式与规范要求不一致，这在剪力墙中体现的较为明显。下面以墙高为3.9 m，墙长为1.6 m，水平分布筋直径为10 mm，间距为150 mm的HRB400E级钢筋，且墙的两端是构造边缘构件时由剪力墙来进行分析确定的。图12表示剪力墙绘制时伸入到边缘构件内;图13表示剪力墙绘制时不伸入到边缘构件内。

通过对以上两种情况进行分析得出剪力墙水平分布筋的变化情况，结果如表6所示。

通过表6分析可知，不同的绘制方法对构件的钢筋量是有影响的。但是该处影响的量较小，原因是对于剪力墙是否深入边缘构件，只对其锚固长度有影响。若伸入边缘构件，里侧钢筋锚固长度为15 d，而外侧钢筋则伸至对边留个保护层厚度，具体如图14所示，若不伸入边缘构件，里侧和外侧钢筋均采用弯锚10 d的情形，具体如图15所示。

6 结语

采用BIM技术进行钢筋工程量的计算，能大大提高工作效率，同时能较准确计算钢筋的工程量，这为钢筋的采购和工程的成本控制提供了可靠的依据，将有效降低钢筋的浪费。但需要注意的是，在进行模型建立时，不同的计算规则和参数设置对钢筋量的影响较大，应引起足够的重视。

（1）按钢筋外皮计算和按钢筋中心线计算两者最大的区别在于是否考虑弯曲调整值，对于直条的钢筋，当不存在弯折时两种计算规则计算出的钢筋量是相同的。对于存在弯折的箍筋、受力纵筋等影响较大，尤其是对于箍筋，因为单个箍筋的周长相对较小，同时具有5个弯折，所以选择按中心线计算的方法更接近实际所需钢筋工程量;

（2）钢筋的工程量与结构和构件的抗震等级、混凝土强度等级以及钢筋型号与直径都有关系，在BIM软件中只有准确合理的计算方式和合理的设置参数，才能较为精细化的计算钢筋工程量;

（3）采用BIM技术进行钢筋工程量的精细化计算不仅能够为工程造价提供更为可靠的依据，同时还能降低因钢筋材料过多或过少给施工现场管理带来的难度。

【参考文献】

[1] 裴艳，王君峰.基于BIM技术的精细化算量实现方法研[J].工程经济，2016，26（4）：39-43.

[2] 高竞，高韶明，高韶萍，等.平法制图的钢筋加工下料计算[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3] 候君伟.钢筋工手册[M].北京：中国建筑工业出版社，2009.

[4] 中华人民共和国住房和城乡建设部.混凝土结构设计规范（GB50010—2010）[M].北京：中国建筑工业出版社，2010.

[5] 广联达课程委员会.广联达算量应用宝典（土建篇）[M].北京：中国建筑工业出版社，2019.

[6] 中國建筑标准设计研究院.钢筋混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（16G101—1）[M].北京：中国计划出版社，2016.

[7] 中国建筑标准设计研究院.钢筋混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（16G101—3）[M].北京：中国计划出版社，2016.