基于BIM技術(shù)的鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造模型的應(yīng)用

【摘 要】為加強(qiáng)BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)與施工之間的紐帶作用，必須推動(dòng)建筑工業(yè)的信息化步伐，推進(jìn)BIM技術(shù)在設(shè)計(jì)階段和施工階段的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)建筑工程施工的精細(xì)化管理。針對(duì)目前混凝土框架結(jié)構(gòu)鋼筋工程施工過(guò)程中存在的問(wèn)題，文章提出基于BIM技術(shù)的鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)構(gòu)造模型的應(yīng)用，為BIM技術(shù)的應(yīng)用提供一個(gè)可參考借鑒的發(fā)展方向。

【關(guān)鍵詞】BIM;框架節(jié)點(diǎn);鋼筋工程

【中圖分類(lèi)號(hào)】TU712.3 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）08-0070-03

0 引言

建筑行業(yè)是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)，2016年我國(guó)建筑業(yè)產(chǎn)值占到我國(guó)GDP總量的1/4左右。在眾多建筑結(jié)構(gòu)中，現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架是主要的結(jié)構(gòu)形式。隨著建筑使用功能的要求越來(lái)越復(fù)雜，建筑結(jié)構(gòu)的跨度和承受的荷載越來(lái)越大，框架結(jié)構(gòu)中的鋼筋用量也越來(lái)越大。

現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)作為梁、柱等構(gòu)件的交匯節(jié)點(diǎn)，鋼筋的用量和布置形式、施工質(zhì)量的要求也更高，節(jié)點(diǎn)施工的質(zhì)量直接影響整個(gè)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。然而，目前我國(guó)采用的平法表示的結(jié)構(gòu)施工圖卻不能直觀地將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)內(nèi)容傳達(dá)給施工人員，施工人員對(duì)平法施工圖進(jìn)行翻樣的質(zhì)量直接影響施工質(zhì)量，且當(dāng)施工過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)不能及時(shí)反饋給設(shè)計(jì)人員導(dǎo)致延誤工期[1-3]。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是在CAD技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的多維模型信息集成技術(shù)，是對(duì)工程項(xiàng)目設(shè)施實(shí)體和功能特性的可視化表達(dá)。BIM技術(shù)是繼CAD后新一代的建筑信息化技術(shù)手段，精確的BIM模型可以涵蓋建筑全生命周期的各個(gè)階段和專(zhuān)業(yè)，以此為基礎(chǔ)對(duì)工程項(xiàng)目信息進(jìn)行整合優(yōu)化，可以有效提高復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)深度，從而提高施工的質(zhì)量和速度，減少材料浪費(fèi)[4-6]。

1 鋼筋翻樣過(guò)程存在的問(wèn)題

目前，我國(guó)結(jié)構(gòu)施工圖采用的是平法表達(dá)方式，只是將結(jié)構(gòu)的尺寸、構(gòu)造、配筋等信息表達(dá)在結(jié)構(gòu)平面上，施工人員在施工階段需要配合相應(yīng)的圖集進(jìn)行鋼筋深化后方能進(jìn)行施工?，F(xiàn)在的施工單位鋼筋的翻樣一般由勞務(wù)隊(duì)自行翻樣，然后項(xiàng)目管理人員進(jìn)行審核。很多時(shí)候由于工區(qū)緊張，項(xiàng)目管理人員沒(méi)有足夠的時(shí)間進(jìn)行審核。鋼筋的成本占整個(gè)工程造價(jià)的30%～40%[7]，有的勞務(wù)人員缺乏經(jīng)驗(yàn)，對(duì)鋼筋的損耗缺乏考慮，鋼筋加工會(huì)多出很多廢料頭;或者出現(xiàn)鋼筋錨固長(zhǎng)度、連接點(diǎn)位置不符合規(guī)范要求等質(zhì)量問(wèn)題;有的班組甚至不能準(zhǔn)確控制主筋數(shù)量，導(dǎo)致剩余很多主筋;有的勞務(wù)班組為綁扎鋼筋方便，隨意增大箍筋尺寸，不但導(dǎo)致鋼筋損耗量遠(yuǎn)大于預(yù)算，還會(huì)造成返工或者形成安全隱患?？梢哉f(shuō)，鋼筋翻樣的質(zhì)量直接決定鋼筋工程的施工質(zhì)量。

2 鋼筋混凝土框架節(jié)點(diǎn)存在的問(wèn)題

2.1 節(jié)點(diǎn)成型標(biāo)高問(wèn)題

隨著建筑的使用功能和立面造型的要求越來(lái)越高，建筑的結(jié)構(gòu)形式越來(lái)越復(fù)雜，多梁交匯、異形柱節(jié)點(diǎn)越來(lái)越多，節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的鋼筋也更復(fù)雜。一般設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行配筋設(shè)計(jì)時(shí)是按照經(jīng)驗(yàn)選定梁的有效高度，沒(méi)有充分考慮由于鋼筋重疊對(duì)梁有效高度的影響。而且，目前常用的結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件主要是提供配筋面積，并不會(huì)考慮鋼筋沖突的問(wèn)題，最終采用平法表示的結(jié)構(gòu)施工圖也不能直觀地表現(xiàn)出鋼筋的排布情況。

施工人員在現(xiàn)場(chǎng)綁扎鋼筋，一般的施工步驟是先預(yù)支模板，然后綁扎柱鋼筋，主梁和次梁鋼筋，最后放入支設(shè)好的模板里。如果支設(shè)完成后才發(fā)現(xiàn)節(jié)點(diǎn)核心區(qū)的鋼筋重疊較多，如果不改變?cè)鞔瘟轰摻畹奈恢煤托螤睿凑赵瓨?biāo)高澆筑混凝土，則可能導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)處保護(hù)層厚度不足，從而影響結(jié)構(gòu)的耐久性;如果單純地保證滿足保護(hù)層厚度，又有可能導(dǎo)致澆筑之后梁的標(biāo)高高于設(shè)計(jì)標(biāo)高，影響裝修層的厚度，增大裝修難度。有的施工人員在現(xiàn)場(chǎng)施工的時(shí)候?yàn)榱吮ＷC保護(hù)層厚度，對(duì)鋼筋進(jìn)行隨意的彎折，并沒(méi)有按照《混凝土結(jié)構(gòu)施工鋼筋排布規(guī)則與構(gòu)造詳圖18901-1》的要求進(jìn)行彎折躲讓?zhuān)?duì)彎折躲讓的鋼筋增加梁下部縱筋彎起搭接的附加鋼筋，降低了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。也有施工人員在現(xiàn)場(chǎng)采取了將某一根梁的鋼筋整體向上或者向下躲讓的辦法，但沒(méi)有經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)人員確認(rèn)，有可能導(dǎo)致梁的有效高度不足而留下安全隱患，或者是鋼筋躲讓之后梁的保護(hù)層厚度增加，沒(méi)有采取相應(yīng)的防裂措施導(dǎo)致保護(hù)層混凝土剝落。

2.2 梁柱節(jié)點(diǎn)箍筋綁扎問(wèn)題

當(dāng)多個(gè)梁在柱節(jié)點(diǎn)處交匯時(shí)，梁的縱筋要深入柱內(nèi)錨固或者穿過(guò)柱子，就會(huì)造成箍筋綁扎困難。一般情況下，梁柱節(jié)點(diǎn)的施工順序?yàn)橹v筋→支設(shè)梁模板→梁鋼筋綁扎→梁鋼筋整體沉入模板。沉梁之后，節(jié)點(diǎn)處的位置基本被梁縱筋占據(jù)，導(dǎo)致箍筋估計(jì)無(wú)法綁扎和漏扎或者聚集在一處的情況。對(duì)于復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)，提前做好施工模擬，確定鋼筋的綁扎順序，可以有效避免工序不合理導(dǎo)致的返工和箍筋漏綁的情況。

2.3 梁的主筋間距不足問(wèn)題

結(jié)構(gòu)復(fù)雜且荷載很大時(shí)，梁的配筋量復(fù)雜，從平法施工圖上不能直觀地發(fā)現(xiàn)鋼筋之間的交錯(cuò)碰撞情況，如果現(xiàn)場(chǎng)綁扎的勞務(wù)工人缺乏經(jīng)驗(yàn)，綁扎過(guò)程就容易出現(xiàn)鋼筋凈距不均勻甚至出現(xiàn)并筋的情況。鋼筋間距不能滿足規(guī)范要求，就會(huì)因?yàn)殇摻钆c混凝土之間的握裹力不足而留下安全隱患。若是梁頂鋼筋過(guò)密，在施工過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)澆筑困難的現(xiàn)象，影響澆筑質(zhì)量，導(dǎo)致蜂窩麻面等施工問(wèn)題，嚴(yán)重的甚至需要重新澆筑，影響施工進(jìn)度。

對(duì)于一些鋼筋較多的節(jié)點(diǎn)，特別是當(dāng)柱縱筋較多時(shí)，柱子縱筋位置已經(jīng)確定，勞務(wù)人員現(xiàn)場(chǎng)只能對(duì)梁鋼筋進(jìn)行調(diào)整，仍然會(huì)無(wú)法達(dá)到規(guī)范所規(guī)定的要求，此時(shí)只能更換更大直徑的鋼筋以減少鋼筋的數(shù)量，更換鋼筋往往需要設(shè)計(jì)單位重新確認(rèn)，則有可能造成工期延誤，因此提前做好深化設(shè)計(jì)是十分必要的。

2.4 鋼筋錨固長(zhǎng)度問(wèn)題

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，框架梁的上部縱筋在端節(jié)點(diǎn)錨固時(shí)容易出現(xiàn)錨固長(zhǎng)度不足的問(wèn)題?？蚣芰旱目v筋需要伸進(jìn)柱內(nèi)進(jìn)行錨固，特別是在頂層的邊柱端節(jié)點(diǎn)和柱子變截面處，由于柱頂鋼筋也需要彎入柱內(nèi)錨固，同時(shí)梁的鋼筋也需要深入柱內(nèi)錨固，如果柱鋼筋綁扎過(guò)程不考慮梁鋼筋的情況，就會(huì)導(dǎo)致彎折段的鋼筋扎堆，導(dǎo)致梁的鋼筋很難錨固進(jìn)入柱內(nèi)，導(dǎo)致彎折段的鋼筋沒(méi)有預(yù)留25 mm的最小凈距要求，導(dǎo)致錨固效果受到影響。一般傳統(tǒng)的綁扎過(guò)程為先綁扎柱縱筋，然后在綁扎主梁和次梁鋼筋，如果柱鋼筋考慮梁鋼筋之間的碰撞，柱端就會(huì)被彎錨的柱鋼筋擠在一起，導(dǎo)致梁的鋼筋無(wú)法完成沉梁，現(xiàn)場(chǎng)工地為了保證能夠按照?qǐng)D紙施工，甚至切割掉部分彎錨的柱鋼筋，導(dǎo)致鋼筋驗(yàn)收不通過(guò)而返工。

3 BIM技術(shù)在節(jié)點(diǎn)鋼筋深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

3.1 運(yùn)用BIM技術(shù)合理排布鋼筋

經(jīng)分析可知，鋼筋混凝土框架中主次梁節(jié)點(diǎn)梁縱筋碰撞、梁柱節(jié)點(diǎn)鋼筋碰撞、梁縱筋的凈距不足的問(wèn)題在實(shí)際工程中經(jīng)常發(fā)生，采用BIM的軟件預(yù)先進(jìn)行碰撞檢查和深化設(shè)計(jì)是解決施工問(wèn)題的有效辦法。其中，Autodesk Revit配套的管理軟件Naviswork Manage可以對(duì)Revit中建立的鋼筋模型進(jìn)行碰撞檢查，生成檢查報(bào)告，提供給設(shè)計(jì)人員進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。

考慮到結(jié)構(gòu)的使用要求，首先檢查按照鋼筋的排布是否會(huì)導(dǎo)致澆筑后節(jié)點(diǎn)標(biāo)高與設(shè)計(jì)不符或者保護(hù)層厚度不滿足要求情況。然后由于梁鋼筋的凈距比較難滿足，所以在進(jìn)行梁柱鋼筋碰撞檢查時(shí)可以先分析梁縱筋的凈距是否能夠滿足規(guī)范要求，如不滿足則先進(jìn)行調(diào)整，接著對(duì)柱鋼筋進(jìn)行排布，盡量避開(kāi)梁鋼筋碰撞，最后調(diào)整柱鋼筋直至滿足規(guī)范的要求。通過(guò)BIM模型深化設(shè)計(jì)，可以使得鋼筋排布更加合理，從而減少施工的錯(cuò)誤率和施工過(guò)程中的設(shè)計(jì)變更。

3.2 運(yùn)用BIM技術(shù)優(yōu)化鋼筋下料明細(xì)

傳統(tǒng)的施工設(shè)計(jì)階段，只是對(duì)鋼筋量進(jìn)行預(yù)算，鋼筋預(yù)算量多用于建設(shè)初期的規(guī)劃設(shè)計(jì)和對(duì)工程的總造價(jià)進(jìn)行估算。傳統(tǒng)的建設(shè)過(guò)程中，鋼筋精確下料計(jì)算下料只存在于施工階段，是一個(gè)“結(jié)構(gòu)施工圖→鋼筋下料清單→鋼筋加工→鋼筋施工”的過(guò)程，兩者的信息精度存在一定差異，碰上下料經(jīng)驗(yàn)不足的勞務(wù)班組往往會(huì)使得實(shí)際鋼筋用料遠(yuǎn)超預(yù)算的用量。

利用BIM建模軟件直接建立結(jié)構(gòu)模型，提取BIM模型中的配筋數(shù)據(jù)，或者直接讀取BIM平法表示圖紙中的注釋族信息獲取配筋的數(shù)據(jù)，導(dǎo)入如MATLAB等計(jì)算軟件中，完成鋼筋下料計(jì)算，并生成鋼筋下料的明細(xì)表（見(jiàn)表1）。然后利用BIM技術(shù)軟件的可視化功能，將生成的鋼筋施工明細(xì)表和鋼筋施工區(qū)分圖在三維模型中對(duì)施工人員進(jìn)行展示（如圖1所示），可以有效提高施工的效率和正確率。

4 BIM技術(shù)在節(jié)點(diǎn)鋼筋施工的應(yīng)用

4.1 節(jié)點(diǎn)施工可視化管理交底

通過(guò)BIM技術(shù)的多維度的信息管理系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)項(xiàng)目的全生命周期的可視化管理，有效地將設(shè)計(jì)信息傳遞給施工單位，減少關(guān)鍵設(shè)計(jì)信息漏傳誤傳。通過(guò)三維模型展示所需建造的鋼筋骨架，可以減少勞務(wù)人員素質(zhì)參差不齊導(dǎo)致的圖紙翻樣錯(cuò)誤。并且，可以通過(guò)在BIM模型中進(jìn)行漫游，查詢每一個(gè)實(shí)體構(gòu)件的信息，將場(chǎng)地情況與施工進(jìn)度相對(duì)應(yīng)，形成多維的施工進(jìn)度管理。

4.2 運(yùn)用BIM技術(shù)模擬節(jié)點(diǎn)鋼筋的施工順序

對(duì)于復(fù)雜的節(jié)點(diǎn)，還可以應(yīng)用BIM技術(shù)模擬鋼筋的綁扎施工的順序，分析現(xiàn)場(chǎng)條件是否滿足施工要求，提前暴露施工的問(wèn)題，避免在施工中出現(xiàn)問(wèn)題而影響施工進(jìn)度。利用BIM技術(shù)制訂施工計(jì)劃，不但可以將可能遇到的問(wèn)題提前暴露出來(lái)進(jìn)行解決，還可以將任務(wù)準(zhǔn)確地分配到各個(gè)工期節(jié)點(diǎn)上，對(duì)工期過(guò)程中每天需要完成的工程量進(jìn)行細(xì)化，從而提高施工計(jì)劃的合理性，在施工之前就對(duì)人工、機(jī)械、材料進(jìn)行合理分配，避免在施工過(guò)程中由于準(zhǔn)備不充分而導(dǎo)致停工延誤工期。

4.3 運(yùn)用BIM模型指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工

確定完成最終用于施工的BIM模型和施工計(jì)劃后，將三維可視化的施工計(jì)劃和鋼筋下料信息交付現(xiàn)場(chǎng)的勞務(wù)工長(zhǎng)，利用部分模型對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的班組進(jìn)行可視化的施工交底，勞務(wù)班組在現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核BIM工程師提供的施工大樣與現(xiàn)場(chǎng)結(jié)構(gòu)是否相符，檢查現(xiàn)場(chǎng)條件是否與BIM施工計(jì)劃相吻合，無(wú)出入即可施工，減少圖紙的錯(cuò)誤率。

5 結(jié)語(yǔ)

框架節(jié)點(diǎn)作為“強(qiáng)節(jié)點(diǎn)，弱構(gòu)件”設(shè)計(jì)思想中的重要部分，對(duì)結(jié)構(gòu)的質(zhì)量安全、使用效果、材料利用率都有著巨大影響。傳統(tǒng)的二維結(jié)構(gòu)施工圖不能很好地把設(shè)計(jì)信息傳遞給施工，導(dǎo)致施工與設(shè)計(jì)脫節(jié)而產(chǎn)生了許多問(wèn)題。

BIM技術(shù)作為建筑行業(yè)信息化發(fā)展的革命性技術(shù)，可以全生命周期地參與到項(xiàng)目的每一個(gè)過(guò)程中。其以三維模型為基礎(chǔ)的數(shù)字技術(shù)是構(gòu)建“設(shè)計(jì)—施工—管理”的有效橋梁，可以有效解決傳統(tǒng)混凝土框架節(jié)點(diǎn)鋼筋施工中的質(zhì)量和材料浪費(fèi)等問(wèn)題。

參 考 文 獻(xiàn)

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