在BIM技术推动下, 建筑行业信息化转型得到高速发展。钢筋工程作为工程建造阶段主要专业之一, 也是建筑BIM全生命周期生态链上的重要一环。因此钢筋工程BIM技术的应用和发展也成为一种必然趋势, 逐渐被业内人士所关注和重视。

钢筋BIM智能化翻样技术克服传统钢筋翻样技术的不足, 旨在通过建立精确的混凝土钢筋三维模型并在模型中存储相关建造施工信息, 使得翻样数据精准化、可视化、结构化, 达到可统筹、可分解、可追踪的信息化管理目的。然而, 目前国内主流的BIM建模软件均无法适应我国的平法规则, 钢筋的特征属性、工艺属性等基础数据也与我国的行业标准不符, 导致建模效率低下甚至模型数据不能满足实际生产和施工需求, 无法实现BIM翻样技术应用真正落地和大范围推广。因此基于BIM软件自主研发了“钢筋BIM翻样辅助系统” (见图1) , 并依托葛店新城百万平方米建筑面积大体量房建项目, 结合集约化加工生产模式, 在一线进行深入应用, 打通数据壁垒, 突破BIM建模效率瓶颈, 实现钢筋BIM翻样技术在房建项目中的落地和推广, 为进一步推动BIM技术在钢筋工程中的应用和普及提供参考。

1) 钢筋特征属性本土化为使钢筋模型数据符合我国相关行业标准, 辅助系统对软件中钢筋对象的特征属性进行添加或修改, 如钢筋的材质等级 (CRB600H) 、尺寸 (6.5/7.5) 、弯曲半径 (最大/最小) 、标准弯钩工艺 (角度/长度) 、单位质量等, 每组数据并非孤立存在而是结构化关联, 这些数据均为标准ASCII码格式, 可用文本编辑器进行编辑。

2) 钢筋形状属性本土化钢筋形状属性定义了钢筋的几何线性特性, 关系到钢筋弯钩的正负值、肢长顺序、外皮长度、下料长度等加工生产所需要的主要数据。建筑造型和结构设计的不同会产生各种钢筋形状类型, 为适应项目实际需求, 辅助系统对钢筋形状属性进行本土化和定制化改造。钢筋形状属性数据为XML格式, 可通过软件自动生成。

创建钢筋模型是一件繁琐且耗时的工作, 是制约建模效率的主要原因, 为此, 基于钢筋依附于混凝土构件这一思路, 按照构件类型和钢筋类别不同开发了一系列参数化建模插件。插件程序内置相关规范中钢筋的锚固规则、构造形状、排布要求、肢长计算公式等固化逻辑, 用户只需选择混凝土构件实体和相关约束实体, 输入必要的参数信息即可驱动计算机快速生成构件级别的钢筋模型, 修改参数值也可以对钢筋模型进行快速批量更新。这种创新的参数化建模方式不但大幅提高了建模人员的工作效率和准确率, 更重要的是通过数据驱动模型为标准化协同工作提供了必不可少的技术支撑, 如图2所示。

钢筋断料需要依靠丰富的专业知识、加工经验和现场经验, 断料计算时要考虑如钢筋分批连接、接头错开、接头位置、模数控制、原材利用率等诸多因素的影响, 不同的翻样人员对同一批次钢筋断料的结果可能大不相同, 因此通过面向经验的开发思维, 结合以上相关因素设计编写了算法程序, 程序采取截断法、穷举法等计算方式推算出最优断点位置, 也可根据实际情况实时调整, 辅助系统则通过调用断点位置信息在模型中将钢筋自动批量断开, 计算过程中无需人工干涉, 快速精准, 同时也降低了专业门槛, 如图3所示。

技术变革也带来流程上的革新, BIM翻样技术由于分工更加精细, 责任界限更加明确, 因此更加强调参与各方的高度协同, 实施流程如图4所示。

大体量的建模工作依靠团队多人共同参与、相互配合才能更有效地提高工作效率, 协同建模时为了保证团队中每位成员对图纸说明、保护层控制、节点做法、构件状态划分、钢筋编号设定等信息的理解保持一致, 使得模型质量把控标准统一, 基于钢筋BIM翻样辅助系统制定一套建模标准和指导手册, 依据标准和手册可以实现不同成员创建的模型在质量和数据上高度一致。

结合设计图和标准化协同建模标准, 制定相应的模型审核销项图表对模型进行严格审核, 只有模型质量可靠才能保证导出的钢筋数据符合要求。在实践过程中总结出了“两校一审”的分级审核方式, “两校”是指建模人员首先对自己负责的模型区域进行自校核, 排除明显的错误, 如钢筋碰撞、漏出、尺寸材质不对等, 然后由模型负责人从翻样业务层面对模型进行二次校核, 如节点做法、锚固做法等问题, 同时对模型中各类结构细节进行全面抽检;“一审”则是指最后由技术负责人对翻样数据进行审定。通过“两校一审”的方式, 在兼顾审核效率的同时也最大限度地保障了BIM模型的质量。

BIM数据交付相对于传统手翻料表交付是一种全新的尝试, 根据实践制定相关交付标准, 标准中对数据格式、数据分类、文件命名等做出具体要求, 交付文件主要包括钢筋数据表和排布图, 数据表采用文本格式记录钢筋模型数据, 可直接导入到生产管理系统中, 而排布图则对现场绑扎起指导作用, 排布图中的构件编号与钢筋数据表中构件编号一一对应, 便于识别和追踪。

葛店新城试点项目地下室基础部分钢筋量约1万t, 投入5人团队 (1名熟练人员带领4名新手协同作业) 耗时2个月完成BIM翻样数据交付, 人均月产能可达1 000t, 地上塔楼部分标准层复用率较高, 平均1栋33层塔楼每人耗时30d完成, 人均月产能可达700t。从产能数据上看, 在包含人员培训时间的情况下, 翻样效率基本超过了常规翻样效率, 且翻样质量更高, 现场反馈的错误率仅为0.04%, 同时有效降低了专业门槛, 三维化的操作模式提高了各环节的沟通效率。

通过在葛店新城项目中创新应用自主研发的钢筋BIM翻样辅助系统, 使钢筋BIM翻样技术在房建领域中真正实现了精准化建模、标准化协同、可视化交底、数据可追踪等落地应用, 同时在翻样质量、数据维度以及对集约化生产的支持方面有着巨大的潜在价值, 进一步验证了钢筋BIM翻样技术的可行性、可靠性和先进性。但鉴于目前钢筋BIM翻样辅助系统存在功能性缺乏和专业深度积累不足的问题, 无法有效提高从业人员的人均产能, 无法实现全面应用和推广。希望通过不断实践和持续迭代完善钢筋BIM翻样技术, 进一步推动钢筋工业化发展, 同时促进行业的精细化、专业化分工。