基于BIM技術(shù)的鋼筋工程量精細(xì)化計(jì)算方法研究

朱冬飛 陳高威 張軍委 沈志偉

摘 要：利用BIM技術(shù)并結(jié)合工程案例從計(jì)算規(guī)則、參數(shù)設(shè)置、繪圖方法等方面分析不同因素對(duì)鋼筋工程量的影響程度，并提出較為精細(xì)化的鋼筋工程量計(jì)算方法，以解決因鋼筋工程量計(jì)算誤差過大帶來的工程造價(jià)增加和現(xiàn)場(chǎng)管理難度加大的問題。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);鋼筋工程;精細(xì)化計(jì)算;工程造價(jià)

中圖分類號(hào)：TU723.3;TU17 ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：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

鋼筋是建筑工程中的主要材料之一，鋼筋工程量不僅影響工程的造價(jià)，也決定著建筑工程的質(zhì)量。鋼筋工程量如果計(jì)算不準(zhǔn)確容易造成原材料浪費(fèi)、現(xiàn)場(chǎng)管理難、加工成本和管理成本高、工人勞動(dòng)強(qiáng)度大等問題。

隨著我國(guó)建筑施工水平的提高，高層建筑和超高層建筑越來越多，但仍以鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)為主，此時(shí)鋼筋工程量的精細(xì)化計(jì)算顯得更為重要。采用傳統(tǒng)的手工計(jì)算方法計(jì)算鋼筋工程量效率極低且容易漏算，BIM算量軟件的出現(xiàn)極大的提高了工程項(xiàng)目鋼筋工程量的準(zhǔn)確性和完整性[1]。建筑工程在不同的階段對(duì)鋼筋量的精確度要求不一樣，不同的計(jì)算規(guī)則適用于不同的階段，在不同的計(jì)算規(guī)則下計(jì)算出的鋼筋量容易產(chǎn)生材料的浪費(fèi)和管理成本的增加[2]。軟件中參數(shù)的合理選擇和繪圖方法的選擇都會(huì)在一定程度上影響鋼筋的工程量，進(jìn)而影響整個(gè)工程造價(jià)。本文以一個(gè)工程案例為著入點(diǎn)，從計(jì)算規(guī)則、參數(shù)設(shè)置等方面分析鋼筋量的變化。

1 工程概況

本工程為框架剪力墻結(jié)構(gòu)，其中地下一層外墻為剪力墻，地上五層為框架結(jié)構(gòu)?；A(chǔ)采用梁板式筏形基礎(chǔ)和獨(dú)立基礎(chǔ)，基礎(chǔ)和主體結(jié)構(gòu)的構(gòu)件混凝土強(qiáng)度等級(jí)為C30，工程抗震設(shè)防烈度為8度，結(jié)構(gòu)抗震等級(jí)為二級(jí)。工程的基礎(chǔ)平面布置如圖1所示;工程的BIM三維模型如圖2所示。

2 計(jì)算規(guī)則對(duì)鋼筋工程量計(jì)算的影響

現(xiàn)階段無(wú)論是手工計(jì)算鋼筋工程量還是軟件計(jì)算鋼筋工程量，幾乎基于的都是16 G101平法圖集和工程相應(yīng)的結(jié)構(gòu)施工圖紙。目前鋼筋工程量的計(jì)算規(guī)則主要有按照鋼筋圖示尺寸計(jì)算，即鋼筋外皮長(zhǎng)度計(jì)算和按照鋼筋中心線長(zhǎng)度計(jì)算兩種方法。

一般結(jié)構(gòu)施工圖紙中標(biāo)注的鋼筋尺寸都是鋼筋的外皮尺寸，它只是設(shè)計(jì)尺寸，與鋼筋的中心線長(zhǎng)度不同。當(dāng)鋼筋水平放置而不存在彎折時(shí)，按照外皮長(zhǎng)度計(jì)算出來的鋼筋量和按照中心線計(jì)算出來的鋼筋量是相等的?，F(xiàn)實(shí)情況多數(shù)是鋼筋運(yùn)到施工現(xiàn)場(chǎng)后一般需要進(jìn)行加工彎折才能使用，如常見的箍筋。但是鋼筋彎折前后，鋼筋中心線的長(zhǎng)度是保持不變的。因此，若要相對(duì)精細(xì)的計(jì)算鋼筋的工程量，應(yīng)在建設(shè)項(xiàng)目全過程周期中按照鋼筋中心線的規(guī)則進(jìn)行鋼筋量的計(jì)算。

兩種計(jì)算方式最大的區(qū)別在于，按照外皮長(zhǎng)度計(jì)算鋼筋工程量不考慮彎曲調(diào)整值，而采用中心線長(zhǎng)度計(jì)算鋼筋工程量需要考慮彎曲調(diào)整值。鋼筋的彎曲調(diào)整值受彎弧直徑、鋼筋型號(hào)、直徑和彎折角度的影響。

在廣聯(lián)達(dá)BIM計(jì)量平臺(tái)軟件中默認(rèn)三級(jí)鋼筋（如HRB400E）的彎弧直徑D為鋼筋直徑的5倍，即D=5d（d為鋼筋直徑）[3]。工程中常見的彎折角度主要有90°和135°兩種，90°的彎折主要存在于箍筋、梁的縱筋、柱的縱筋、板的負(fù)筋中;135°的彎折主要存在于箍筋中。針對(duì)以上工程案例利用廣聯(lián)達(dá)BIM計(jì)量平臺(tái)軟件著重分析梁、板、柱構(gòu)件內(nèi)受力縱筋和箍筋在兩種不同計(jì)算規(guī)則下鋼筋工程量的變化。

在BIM軟件中，默認(rèn)了不同鋼筋等級(jí)的彎弧直徑，具體如圖3所示。

從圖3可以看出，彎弧直徑與鋼筋等級(jí)有關(guān)，鋼筋等級(jí)越高，彎曲直徑越大。不同的鋼筋等級(jí)在不同的彎折角度下，其彎曲調(diào)整值隨著彎曲直徑的增大而增大;調(diào)整值的大小取決于鋼筋直徑的大小，目前工程項(xiàng)目中運(yùn)用最多的鋼筋為HRB400E鋼筋。以下采用不同的計(jì)算規(guī)則對(duì)常用的三級(jí)鋼筋在進(jìn)行90°和135°彎折后的情形鋼筋量的變化進(jìn)行分析。

2.1 90°情形下不同計(jì)算規(guī)則對(duì)鋼筋量的影響

按照?qǐng)D4所示，當(dāng)鋼筋為HRB400E級(jí)鋼筋時(shí)，彎弧半徑R=2.5d（d為鋼筋直徑），則bc弧長(zhǎng)=（2.5d+0.5d）×2×3.14×90/360=4.71d，即圓弧段處鋼筋中心線長(zhǎng)度為4.71d;外皮尺寸=X+Y=2.5d+d+2.5d+d=7d，此時(shí)兩者差值為2.29d。因此，在90°彎折情形下，按照外皮計(jì)算的鋼筋量要比按照中心線計(jì)算出的鋼筋多2.29d，并且鋼筋直徑越大，差值越大。

2.2 135°情形下不同計(jì)算規(guī)則對(duì)鋼筋量的影響

按照?qǐng)D5所示，同樣采用HRB400E級(jí)鋼筋進(jìn)行分析，此時(shí)AB弧長(zhǎng)=（2.5d+0.5d）×2×3.14×135/360=7.065d，即圓弧段處鋼筋中心線長(zhǎng)度為7.065d;外皮尺寸=R+d=2.5d+d=3.5d。此時(shí)，兩者差值=7.065d-3.5d=3.57d。因此，在135°彎折情形下，按照外皮計(jì)算的鋼筋量要比按照中心線計(jì)算出的鋼筋少算3.57d，鋼筋直徑越大，差值越大。

下面分析BIM軟件中針對(duì)90°和135°兩種情形在不同計(jì)算規(guī)則下是如何計(jì)算的。在軟件中分別建立不同計(jì)算規(guī)則下的BIM三維模型，并分析帶有彎折角度90°和135°的箍筋工程量變化，具體如圖6、如圖7所示。

從圖6和圖7可以發(fā)現(xiàn)，軟件針對(duì)135°的彎鉤，無(wú)論是按照中心線計(jì)算還是按照外皮計(jì)算，其工程量是不變的。但是90°的彎鉤兩種計(jì)算規(guī)則計(jì)算出來的鋼筋量有所不同，按照中心線計(jì)算規(guī)則計(jì)算出來的量考慮了3個(gè)彎曲調(diào)整值2.29d。

兩種計(jì)算規(guī)則對(duì)梁構(gòu)件內(nèi)受力縱筋和箍筋的鋼筋量對(duì)比如表1所示。

通過表1分析可知，不同計(jì)算規(guī)則主要影響的是縱向受力鋼筋和箍筋的鋼筋量。因?yàn)榭v向受力鋼筋存在彎錨情形時(shí)是需要彎折的，因此，按照外皮計(jì)算出來的鋼筋量比按照中心線計(jì)算出來的要大。

一個(gè)箍筋中一般存在3個(gè)90°的彎鉤和兩個(gè)135°的彎鉤，由于梁構(gòu)件中箍筋的數(shù)量相對(duì)較多，因此箍筋受計(jì)算規(guī)則的影響較受力縱筋的要大。

兩種計(jì)算規(guī)則對(duì)柱構(gòu)件內(nèi)受力縱筋和箍筋的鋼筋量對(duì)比如表2所示。

通過表2分析可知，在柱構(gòu)件中，不同的計(jì)算規(guī)則對(duì)箍筋的影響仍然要大于受力縱筋的影響，因?yàn)橹v筋一般只在插筋和頂部才出現(xiàn)彎折。而箍筋則存在加密區(qū)和非加密區(qū)，數(shù)量遠(yuǎn)比縱筋多。

兩種計(jì)算規(guī)則對(duì)板構(gòu)件內(nèi)受力縱筋和箍筋的鋼筋量對(duì)比如表3所示。

通過表3分析可知，在板構(gòu)件中，不同的計(jì)算規(guī)則對(duì)鋼筋量的影響整體要比梁構(gòu)件和柱構(gòu)件的影響小。雖然板內(nèi)鋼筋也存在彎折的情形，尤其是支座負(fù)筋，但是由于板內(nèi)鋼筋直徑相對(duì)較小，導(dǎo)致彎弧直徑小，彎曲調(diào)整值較小。因此兩種計(jì)算規(guī)則下鋼筋量相差不大，但是采用鋼筋中心線計(jì)算依舊相對(duì)精細(xì)化些。

以上鋼筋按照平均0.5萬(wàn)元/t計(jì)算，梁內(nèi)箍筋按鋼筋外皮計(jì)算比按鋼筋中心線計(jì)算費(fèi)用要高出近1.6萬(wàn)元。當(dāng)存在多個(gè)單位工程時(shí)，造價(jià)費(fèi)用相差更大。因此，合理的選擇計(jì)算規(guī)則能在源頭上控制鋼筋的數(shù)量，以免造成浪費(fèi)。

3 工程抗震和圖元抗震對(duì)鋼筋工程量計(jì)算的影響

工程抗震主要是指整個(gè)結(jié)構(gòu)的抗震等級(jí)，而圖元抗震主要針對(duì)是構(gòu)件的抗震等級(jí)。一般建筑物只計(jì)算水平地震作用，而柱、梁、剪力墻等構(gòu)件主要抵抗水平地震作用產(chǎn)生的水平力，所以柱、梁、墻屬于抗震構(gòu)件?！督ㄖ拐鹪O(shè)計(jì)規(guī)范》規(guī)定，只有大跨度和長(zhǎng)懸臂結(jié)構(gòu)的建筑，且在8級(jí)、9級(jí)地震時(shí)，樓板、基礎(chǔ)和樓梯可認(rèn)為是抗震構(gòu)件[4]。因此本工程中的樓板、基礎(chǔ)和樓梯均可認(rèn)為是非抗震構(gòu)件。 ?BIM算量軟件中默認(rèn)樓板和樓梯是非抗震構(gòu)件，而對(duì)基礎(chǔ)構(gòu)件默認(rèn)的是抗震構(gòu)件[5]。因此，本工程在進(jìn)行鋼筋工程量的計(jì)算時(shí)，應(yīng)將基礎(chǔ)構(gòu)件設(shè)置成非抗震構(gòu)件，具體如圖8所示。

軟件中針對(duì)箍筋彎鉤平直段的計(jì)算采用了工程抗震和圖元抗震兩種方式，具體如圖9所示。構(gòu)件是否抗震主要影響的是箍筋彎鉤平直段的長(zhǎng)度，一般抗震構(gòu)件中彎鉤的平直段長(zhǎng)度為max（10d，75），非抗震構(gòu)件中彎鉤的平直段為10d和75兩者中取較大值，即5d[6]。因此，采用工程抗震還是圖元抗震主要影響的是基礎(chǔ)構(gòu)件和非框架梁等非抗震構(gòu)件的箍筋工程量。

軟件在進(jìn)行計(jì)算時(shí)默認(rèn)采用的是工程抗震，即將工程中所有的構(gòu)件均按照工程的抗震等級(jí)進(jìn)行計(jì)算，這顯然是不合理的。表4是箍筋彎鉤平直段按照不同計(jì)算方式計(jì)算時(shí)基礎(chǔ)梁和非框架梁中箍筋鋼筋量的對(duì)比。

通過表4分析可知，是否按圖元抗震考慮主要影響的是箍筋的工程量。一般來說，箍筋的直徑相對(duì)較小，所以5d的取值相差不大。但由于基礎(chǔ)梁內(nèi)的箍筋存在加密區(qū)與非加密區(qū)之分，而非框架梁內(nèi)的箍筋一般只有非加密區(qū)。所以基礎(chǔ)梁內(nèi)箍筋的數(shù)量要比非框架梁內(nèi)箍筋數(shù)量多，這就導(dǎo)致彎鉤平直段的影響主要集中在基礎(chǔ)梁的箍筋量中，而對(duì)于非框架梁的箍筋相差則較少。但是在進(jìn)行鋼筋工程量精細(xì)化計(jì)算時(shí)，應(yīng)采用按圖元抗震考慮。

4 參數(shù)設(shè)置對(duì)鋼筋工程量計(jì)算的影響

廣聯(lián)達(dá)BIM計(jì)量平臺(tái)軟件作為一種鋼筋算量軟件有著其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，出量效率高是其在算量方面最大的優(yōu)勢(shì)。但是軟件在進(jìn)行算量時(shí)一定要準(zhǔn)確合理的選擇參數(shù)。參數(shù)的設(shè)置應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的規(guī)范和圖紙進(jìn)行確定，否則將出現(xiàn)鋼筋量誤差較大的情形。

兩個(gè)方向基礎(chǔ)主梁相交的柱下區(qū)域，應(yīng)有一向截面較高的基礎(chǔ)主梁箍筋貫通設(shè)置;當(dāng)兩個(gè)方向基礎(chǔ)主梁高度相同時(shí)，任選一個(gè)方向基礎(chǔ)主梁箍筋貫通設(shè)置[7];而BIM軟件中默認(rèn)的均是貫通設(shè)置，具體如圖10所示。

以本工程基礎(chǔ)梁為例，其平面布置如圖11所示。

分析兩個(gè)方向基礎(chǔ)梁相交時(shí)箍筋是否貫通布置這一參數(shù)對(duì)箍筋工程量的影響如表5所示。

通過表5分析可知，基礎(chǔ)梁箍筋與框架梁箍筋布置形式有所不同。柱子設(shè)置在基礎(chǔ)梁上方，因此基礎(chǔ)梁內(nèi)的箍筋是可以貫通布置的。但是實(shí)際施工時(shí)只需要選擇一個(gè)方向的箍筋貫通布置，因此在利用BIM軟件計(jì)算基礎(chǔ)梁內(nèi)箍筋量時(shí)應(yīng)準(zhǔn)確設(shè)置參數(shù)，否則將出現(xiàn)較大的差距。

5 繪圖方法對(duì)鋼筋工程量計(jì)算的影響

在BIM軟件中采用不同的繪制方法對(duì)構(gòu)件進(jìn)行繪制時(shí)有可能出現(xiàn)鋼筋的錨固形式與規(guī)范要求不一致，這在剪力墻中體現(xiàn)的較為明顯。下面以墻高為3.9 m，墻長(zhǎng)為1.6 m，水平分布筋直徑為10 mm，間距為150 mm的HRB400E級(jí)鋼筋，且墻的兩端是構(gòu)造邊緣構(gòu)件時(shí)由剪力墻來進(jìn)行分析確定的。圖12表示剪力墻繪制時(shí)伸入到邊緣構(gòu)件內(nèi);圖13表示剪力墻繪制時(shí)不伸入到邊緣構(gòu)件內(nèi)。

通過對(duì)以上兩種情況進(jìn)行分析得出剪力墻水平分布筋的變化情況，結(jié)果如表6所示。

通過表6分析可知，不同的繪制方法對(duì)構(gòu)件的鋼筋量是有影響的。但是該處影響的量較小，原因是對(duì)于剪力墻是否深入邊緣構(gòu)件，只對(duì)其錨固長(zhǎng)度有影響。若伸入邊緣構(gòu)件，里側(cè)鋼筋錨固長(zhǎng)度為15 d，而外側(cè)鋼筋則伸至對(duì)邊留個(gè)保護(hù)層厚度，具體如圖14所示，若不伸入邊緣構(gòu)件，里側(cè)和外側(cè)鋼筋均采用彎錨10 d的情形，具體如圖15所示。

6 結(jié)語(yǔ)

采用BIM技術(shù)進(jìn)行鋼筋工程量的計(jì)算，能大大提高工作效率，同時(shí)能較準(zhǔn)確計(jì)算鋼筋的工程量，這為鋼筋的采購(gòu)和工程的成本控制提供了可靠的依據(jù)，將有效降低鋼筋的浪費(fèi)。但需要注意的是，在進(jìn)行模型建立時(shí)，不同的計(jì)算規(guī)則和參數(shù)設(shè)置對(duì)鋼筋量的影響較大，應(yīng)引起足夠的重視。

（1）按鋼筋外皮計(jì)算和按鋼筋中心線計(jì)算兩者最大的區(qū)別在于是否考慮彎曲調(diào)整值，對(duì)于直條的鋼筋，當(dāng)不存在彎折時(shí)兩種計(jì)算規(guī)則計(jì)算出的鋼筋量是相同的。對(duì)于存在彎折的箍筋、受力縱筋等影響較大，尤其是對(duì)于箍筋，因?yàn)閱蝹€(gè)箍筋的周長(zhǎng)相對(duì)較小，同時(shí)具有5個(gè)彎折，所以選擇按中心線計(jì)算的方法更接近實(shí)際所需鋼筋工程量;

（2）鋼筋的工程量與結(jié)構(gòu)和構(gòu)件的抗震等級(jí)、混凝土強(qiáng)度等級(jí)以及鋼筋型號(hào)與直徑都有關(guān)系，在BIM軟件中只有準(zhǔn)確合理的計(jì)算方式和合理的設(shè)置參數(shù)，才能較為精細(xì)化的計(jì)算鋼筋工程量;

（3）采用BIM技術(shù)進(jìn)行鋼筋工程量的精細(xì)化計(jì)算不僅能夠?yàn)楣こ淘靸r(jià)提供更為可靠的依據(jù)，同時(shí)還能降低因鋼筋材料過多或過少給施工現(xiàn)場(chǎng)管理帶來的難度。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 裴艷，王君峰.基于BIM技術(shù)的精細(xì)化算量實(shí)現(xiàn)方法研[J].工程經(jīng)濟(jì)，2016，26（4）：39-43.

[2] 高競(jìng)，高韶明，高韶萍，等.平法制圖的鋼筋加工下料計(jì)算[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2005.

[3] 候君偉.鋼筋工手冊(cè)[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2009.

[4] 中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50010—2010）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

[5] 廣聯(lián)達(dá)課程委員會(huì).廣聯(lián)達(dá)算量應(yīng)用寶典（土建篇）[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2019.

[6] 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖（16G101—1）[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2016.

[7] 中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)施工圖平面整體表示方法制圖規(guī)則和構(gòu)造詳圖（16G101—3）[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2016.