基于BIM的裝配式鋼筋加工技術(shù)研究與應(yīng)用

梁玉德 范永晶 成潔瑤 楊博 羅炳鋒

【摘要】裝配式鋼筋是指應(yīng)用自動(dòng)化加工技術(shù)在工廠內(nèi)完成鋼筋的下料和加工，生產(chǎn)出鋼筋成品，運(yùn)送到現(xiàn)場安裝，代替?zhèn)鹘y(tǒng)現(xiàn)場綁扎的鋼筋工程。針對目前傳統(tǒng)鋼筋工程存在的生產(chǎn)效率低下、加工場地占地面積大、高能耗、低質(zhì)量等問題，提出一種基于BIM的裝配式鋼筋加工技術(shù)，該技術(shù)利用BIM軟件對鋼筋翻樣，通過BIM云信息管理平臺管理裝配式鋼筋的拆分與深化、下料與加工、運(yùn)輸與安裝，實(shí)現(xiàn)裝配式鋼筋的集中加工配送的管理模式。

【關(guān)鍵詞】裝配式鋼筋;BIM技術(shù);信息管理

近年來，隨著經(jīng)濟(jì)增長逐漸減緩、可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的推進(jìn)，傳統(tǒng)建筑行業(yè)面臨著巨大的轉(zhuǎn)型升級壓力，綠色環(huán)保、節(jié)能高效成為了當(dāng)前建筑行業(yè)發(fā)展的主題。鋼筋的加工運(yùn)輸是施工現(xiàn)場重要的一環(huán)，直接影響著工程質(zhì)量的好壞。傳統(tǒng)的鋼筋工程主要依靠工人手動(dòng)加工，生產(chǎn)效率低下，高能耗、低質(zhì)量，因此目前越來越多的項(xiàng)目采用了鋼筋集中加工配送的模式，以解決施工現(xiàn)場鋼筋加工廠占地面積大、鋼筋生產(chǎn)質(zhì)量不易控制等問題。

針對上述現(xiàn)象，本文在鋼筋集中加工配送模式的基礎(chǔ)上提出一種基于BIM的裝配式鋼筋加工技術(shù)。該技術(shù)通過BIM三維建模軟件建模提高鋼筋翻樣的準(zhǔn)確性，經(jīng)過BIM云信息管理平臺，交由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員對鋼筋模型進(jìn)行拆分和深化，拆分深化后的鋼筋產(chǎn)品模型會(huì)上傳至平臺，待數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化后導(dǎo)出鋼筋產(chǎn)品加工電子料單，電子料單自動(dòng)導(dǎo)入自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行下料。然后將下好料的鋼筋半成品送到加工區(qū)域通過數(shù)控鋼筋籠加工設(shè)備與數(shù)控鋼筋焊接網(wǎng)加工設(shè)備加工成鋼筋籠和鋼筋焊接網(wǎng)產(chǎn)品，最后根據(jù)計(jì)劃把鋼筋成品運(yùn)送到現(xiàn)場組織安裝。整個(gè)過程由BIM云信息管理平臺對深化設(shè)計(jì)、生產(chǎn)計(jì)劃、材料堆放與運(yùn)輸安裝進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度管理[1]。

1、基于BIM的裝配式鋼筋加工技術(shù)路線

如圖1所示，為基于BIM的裝配式鋼筋加工技術(shù)路線。首先，將施工圖紙上傳到BIM云 信息管理平臺，翻樣人員通過廣聯(lián)達(dá)云翻樣軟件建立裝配式鋼筋模型，并生成初始翻樣料單。然后由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員依據(jù)裝配式鋼筋模型和初始料單對鋼筋進(jìn)行拆分和深化，把拆分和深化后的模型以及更新后的翻樣料單上傳至平臺。平臺根據(jù)導(dǎo)入的裝配式鋼筋翻樣料單，生成裝配式鋼筋加工料單，并將加工料單錄入自動(dòng)化加工設(shè)備中進(jìn)行下料加工。再將加工好的鋼筋半成品運(yùn)送至裝配式鋼筋加工區(qū)域通過數(shù)控鋼筋籠加工設(shè)備與數(shù)控鋼筋焊接網(wǎng)加工設(shè)備加工成鋼筋籠和鋼筋焊接網(wǎng)產(chǎn)品。最后，由信息管理平臺對裝配式鋼筋產(chǎn)品的存放、運(yùn)輸與安裝進(jìn)行統(tǒng)一的管理[2]。

2、裝配式鋼筋的拆分與深化

國內(nèi)運(yùn)用于鋼筋翻樣的軟件主要有revit、廣聯(lián)達(dá)和魯班等，廣聯(lián)達(dá)云翻樣軟件具有整體建模、局部識別的功能，能提高鋼筋建模的準(zhǔn)確性。revit軟件能對鋼筋實(shí)現(xiàn)精細(xì)化建模，導(dǎo)入Navisworks進(jìn)行鋼筋碰撞分析，拆分與深化效果較好。本研究基于廣聯(lián)達(dá)云翻樣軟件的鋼筋建?；A(chǔ)上，采用revit軟件對裝配式鋼筋進(jìn)行拆分與深化。

以華南理工國際校區(qū)T區(qū)小賣部的建造為例，該試驗(yàn)對象屬于兩層半框架結(jié)構(gòu)，通過廣聯(lián)達(dá)云翻樣軟件對建筑結(jié)構(gòu)翻模，輸入圖紙鋼筋參數(shù)，生成鋼筋模型。隨后，經(jīng)驗(yàn)豐富的深化設(shè)計(jì)人員根據(jù)廣聯(lián)達(dá)軟件生成的模型和鋼筋翻樣料單進(jìn)行拆分和深化。如圖2所示，是頂層框架柱，依據(jù)模型、圖紙以及圖集給出的參數(shù)把框架柱拆分為三部分，底部非連接區(qū)和節(jié)點(diǎn)區(qū)的箍筋屬于現(xiàn)場安裝部分，樓板面預(yù)留出一定長度的插筋用于安裝制作完成的鋼筋籠。同理，梁與柱的節(jié)點(diǎn)部分箍筋后安裝，樓板鋼筋采用鋼筋焊接網(wǎng)的形式進(jìn)行拆分。

將拆分后的鋼筋使用revit軟件建模，如圖3所示，導(dǎo)入Navisworks軟件進(jìn)行碰撞分析，深化碰撞部分。最后修改圖紙和模型，模型和圖紙上傳至平臺后，自動(dòng)生成鋼筋電子加工料單[3]。

3、裝配式鋼筋機(jī)械化生產(chǎn)

目前市場上常見的工程用商品鋼筋主要有：鋼筋強(qiáng)化、鋼筋成型、箍筋成型、鋼筋網(wǎng)成型、鋼筋籠成型、鋼筋桁架焊接成型、鋼筋機(jī)械連接等。而建筑的結(jié)構(gòu)體部件主要包括柱、剪力墻、梁和樓板，剪力墻可以拆分成與柱類似的邊緣構(gòu)件和墻體，因此它們均可以劃分為鋼筋籠和鋼筋網(wǎng)，成型所涉及的加工設(shè)備有：鋼筋網(wǎng)焊接機(jī)、箍筋折彎機(jī)、鋼筋桁架焊接成型機(jī)和鋼筋籠成型焊接機(jī)。本研究基于上述的機(jī)加工設(shè)備，采用鋼筋集中加工配送模式，參照鋼筋拆分和深化思路，優(yōu)化鋼筋加工設(shè)備，用可靠的電阻焊機(jī)械焊點(diǎn)代替手工綁扎，提高質(zhì)量和效率[4]。

4、裝配式鋼筋運(yùn)輸與現(xiàn)場安裝

柱、梁鋼筋籠等線性構(gòu)件生產(chǎn)和運(yùn)輸都處于平躺狀態(tài)，剛性較高，可直接用卡車裝載，梁鋼筋籠設(shè)計(jì)時(shí)需考慮到運(yùn)輸卡車長度問題，鋼筋籠長度不宜設(shè)計(jì)過長。鋼筋焊接網(wǎng)可以堆疊運(yùn)輸，多數(shù)剪力墻整體的鋼筋構(gòu)件外形不規(guī)則，不利于堆疊，運(yùn)輸效率低下，所以將剪力墻鋼筋拆分成邊緣構(gòu)件和鋼筋焊接網(wǎng)片，進(jìn)行堆疊運(yùn)輸，待運(yùn)輸至現(xiàn)場后再裝配。

柱鋼筋籠吊裝時(shí)采用豎直的方式，安裝時(shí)對鋼筋籠的垂直度要求較高，需要一名管理人員負(fù)責(zé)指揮調(diào)整吊裝，兩名工人安裝鋼筋籠。鋼筋籠根據(jù)鋼筋的直徑選擇鋼筋連接方式，對于直徑20mm以上（不含20mm）的主筋，采用機(jī)械連接，直徑20mm及以下的采用搭接焊連接。本層的柱鋼筋預(yù)留插筋上的箍筋要提前放置，梁鋼筋籠與柱鋼筋籠交匯的節(jié)點(diǎn)區(qū)的箍筋要后裝，等鋼筋籠安裝完畢后再安裝到位，大致的安裝流程如圖5所示。

5、BIM云信息管理平臺

為了管理裝配式鋼筋的深化設(shè)計(jì)、材料堆放、加工運(yùn)輸過程中信息和數(shù)據(jù)，本研究擬開發(fā)了一個(gè)BIM云信息管理平臺，平臺主要包括了BIM模型管理、計(jì)劃管理、監(jiān)控管理三大功能模塊。具體的內(nèi)容如下：（1）BIM模型管理：施工圖上傳至BIM模型管理模塊，翻樣人員通過廣聯(lián)達(dá)云翻樣軟件對圖紙進(jìn)行建模，一鍵生成裝配式鋼筋模型和初始翻樣料單。隨后由經(jīng)驗(yàn)豐富的專業(yè)人員對模型進(jìn)行拆分與深化，將深化后的模型和修改后的料單上傳至BIM模型管理模塊。最后通過解析修改后的電子料單，獲取鋼筋信息，生成能被自動(dòng)加工設(shè)備識別的鋼筋加工料單。這時(shí)系統(tǒng)會(huì)生成唯一的身份ID二維碼，通過二維碼可以獲取鋼筋模型的配筋信息、加工進(jìn)度、運(yùn)輸狀態(tài)和澆筑情況[5]。（2）計(jì)劃管理：根據(jù)平臺獲取的訂單數(shù)量、鋼筋加工料單以及工廠的加工能力，安排裝配式鋼筋下料和生產(chǎn)。實(shí)時(shí)分析所承接的工程進(jìn)度，合理安排鋼筋加工的次序和產(chǎn)品的供應(yīng)量。（3）監(jiān)控管理：對生產(chǎn)區(qū)鋼筋原材的進(jìn)場量和鋼筋種類、規(guī)格和數(shù)量進(jìn)行監(jiān)控，數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)更新。通過GPS監(jiān)控運(yùn)輸車輛的運(yùn)輸進(jìn)度，根據(jù)施工現(xiàn)場管理人員及時(shí)反映的情況，調(diào)整運(yùn)輸頻率并提供專業(yè)指導(dǎo)。

結(jié)語：

未來的建筑業(yè)發(fā)展必然是工業(yè)化的發(fā)展，除了裝配式建筑外，鋼筋工程的工業(yè)化生產(chǎn)也是建筑工業(yè)化的一大方向?；贐IM的裝配式鋼筋加工技術(shù)采用廣聯(lián)達(dá)、Revit、Navisworks等BIM工具對鋼筋進(jìn)行自動(dòng)化翻樣，節(jié)點(diǎn)碰撞檢查，提高鋼筋的翻樣深化效率。在工廠內(nèi)完成大部分的鋼筋構(gòu)件裝配，極大地減少現(xiàn)場工作量，縮短項(xiàng)目工期。BIM云信息管理平臺統(tǒng)一協(xié)助管理鋼筋的深化設(shè)計(jì)、下料生產(chǎn)、運(yùn)輸安裝的全過程[6]。目前，鋼筋連接接頭和鋼筋產(chǎn)品種類仍不能滿足項(xiàng)目的全部需求，這是未來后續(xù)的研究內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

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