基于BIM 技术的钢筋算量应用研究

高涛陈云娟敬艺李艳龙覃敬超

(1.山东建筑大学 土木工程学院， 山东 济南250101；2.广西建工集团第一建筑工程有限责任公司，广西 南宁530001)

0 引言

1 钢筋算量与BIM 软件概述

在建筑趋于现代化、信息化、智能化的今天，建筑信息模型BIM(Building Information Modeling)技术在工程建设领域的应用价值已在全球范围内得到认可，并在工程项目中得到快速发展和应用。 近10年间，从基础技术研究到标准的制定，再到工程实践，BIM 技术应用逐渐趋于成熟，这必将给我国建筑行业的创新发展带来巨大的价值[1-4]。 BIM 技术下的新算量具有可视化、动态模拟性、碰撞检查、出图性等突出的优点，大大提高了工程算量的精确性和速度[5-8]，将改善我国钢筋算量的现状。 随着建筑行业市场的竞争越来越激烈，对于工程算量的误差把控显得特别重要，尤其如何快速地得到工程中钢筋算量的数据，从而使经济利益最大化已经成为各方关心的首要问题[9]。

文章比较了传统手算工程量、电子表格工程量计算和BIM 工程量计算，直观地展示了BIM 技术的优越性。 利用广联达土建算量GTJ 软件，计算了鸡西市职业技能公共实训基地工程中钢筋算量建模的方法。 深入研究了在钢筋工程中模型建立、BIM 技术识别钢筋信息、钢筋布置修正等，提出了一些基本的解决方法。 同时，应用BIM 土建算量平台，得到工程的钢筋工程量计算明细表和钢筋用量汇总表，为以后的BIM 招标控制价文件编制提供精确数据。

1.1 钢筋算量

研究钢筋算量的基本方法一般分为基于外皮长度的计算和基于中心线及实际保护层的计算。 前者是平法计算中较为传统的方法，不考虑钢筋量度差值，而且对其保护层厚度的计算并没有按照实际尺寸，会造成钢筋消耗量大于其平均消耗量，由此产生较大的误差[10]。 后者的钢筋计算要考虑量度差问题， 还要考虑钢筋的实际保护层扣减，虽然工程量误差小，但耗时耗力、效率低下。

手工方式进行钢筋算量的流程为:熟悉施工图，对照规范和图集检查施工图，按照结构设计的要求计算钢筋的长度，利用钢筋长度乘以密度计算钢筋重量，汇总各类报表。 利用BIM 软件建模可以识别图纸中的钢筋信息[11-13]，自动布置钢筋后进行正误的检查，这时利用基本的钢筋信息知识进行校正，使工程量更加精确。与传统计算钢筋工程量相比，使用BIM 软件进行计算可以很好地解决人工布置容易出错的问题。 两者算量计算原理的对比如图1 所示，可以看出BIM 建模软件可以对工程进行符合实际的设置，钢筋工程的计算有其特定的规范，并按照最新的16 系平法规计算[14]。 在软件中钢筋汇总计算可设置钢筋图尺寸，其尺寸计算分为外皮汇总和中心线汇总两种方式，将传统的人工计算方法整合到软件中，不仅提高了效率，而且大大地改善了工程量计算的正确性。

图1 传统方式与BIM 应用方式对比图

1.2 BIM 软件

使用BIM 技术进行工程建模，需要一些基本的建模软件。 BIM 技术发展至今，对BIM 软件的开发也越来越成熟，但BIM 软件没有特定的划分，主要按阶段分为几类主流软件:在规划阶段和设计阶段，多采用Revit、SketchBook 和广联达GICD 等软件进行项目工程总体布局，建立整个工程的信息模型；在施工阶段主要运用BIM360、广联达5D 和Tekla BIM sight 等对信息模型进行数据处理，模拟计划施工流程来指导实际工程；运维阶段利用Bentley Facilities和BIM-FIM 对整体工程的水暖电及消防实时监测，对可能发生的潜在危害进行预防。

2 项目概况介绍

2.1 项目介绍

工程主要应用广联达系列软件进行工程建造，实训中心位于黑龙江省鸡西市，项目总建筑面积＞10 000 m2。 结构体系为框架结构，其长度为92.30 m、宽度为38.30 m。 项目工程量大，内部构件比较复杂，涉及土方工程、土建工程、钢筋工程、装饰工程等。 在对工程量的建模过程中采用BIM 技术建模手段，而非传统造价软件对工程构建的逐一建模。 使用Revit 工程效果图如图2 所示。

图2 项目BIM 模型效果图

2.2 项目难点

在钢筋工程的实际施工中，大多数采用CAD 二维图纸对钢筋信息解读，相关工作人员再根据具体的平法信息指导施工。 在对项目的结构施工图研究讨论后，发现工程图纸信息量大、节点构造复杂、相关的钢筋信息变更不统一以及施工管理繁琐混乱等，极易造成错误和质量跟不上技术要求，施工进度缓慢、误工现象严重以及资金浪费。 尤其在实际施工中遇到复杂节点的钢筋编排问题中，钢筋施工人员很容易导致绑扎搭接错误，进而影响结构的安全性。 因此，将BIM 技术三维模型与工程施工指导相结合，能够有效地解决钢筋工程中设计不合理的缺陷，从而提高施工质量标准、减少资金浪费，达到绿色施工的技术要求。

2.3 项目BIM 软件使用

使用BIM 软件建模时，针对不同的结构类型，采用不同的操作步骤能够更方便地绘制、更快速地计算。 软件绘制构件遵循的一般规律为:先主体构件后零星构件；先支撑构件后水平构件；先地上构件后地下构件；基础构件可作为最后一关[15]。 工程主要应用广联达BIM 土建计量平台GTJ2018 软件体系，GTJ2018 软件运行过程可大致分为3 个阶段:

(1) 工程参数设置 包含了计算规则、清单定额库、钢筋规则3 大类。 计算规则主要以清单规则和定额规则两种进行计价，两种清单定额库会根据统一的计价更新。

其优势是与手工算量或传统工程造价类软件相比，BIM 技术与互联网二者交融，提高了钢筋算量的时效性。

(2) 图纸识别管理 利用CAD 软件对二维图纸进行检查修正；再使用广联达新系列BIM 软件进行图纸输入管理，加入建筑结构等级参数以及基本的环境类别；在BIM 软件中进行图纸的处理，如分割图层、定位信息等。

其优势是将二维图纸直接导出三维模型，可以直观地显示工程信息概况，节省大量的建模时间和基本参数的设置，应用BIM 技术借助三维可视化特点，使细部节点充分展现，指导施工，从而提升施工水平，提高建筑质量。

(3) 构件校核检查 图纸智能识别准确率约为90%，但对于识别错误的图纸或者其他构件，BIM 软件给予标记并随工程统一保存，同时提供了完善的图纸管理功能，能够有效管理原电子图。

其优势是易于检查，提高了工程量的效率和准确性。

经过软件对图纸的智能识别，通过提取轴线、识别柱、梁、板等，利用软件进行检查识别是否有错误。BIM 软件在图纸管理方面功能强大，智能识别准确率约达90%，对于识别错误的图纸或者其他构件，可以自动给出红色的构件标记，易于检查提高工程量的效率和准确性。 检查后的三维模型如图3 所示。

图3 工程三维模型图

3 实训中心工程案例分析

3.1 构件钢筋工程量

使用广联达BIM 土建计量平台GTJ2018 进行钢筋建模后，经过软件的汇总计算工程量，得到各类构件钢筋工程量。 对钢筋模型进行三维可视化，三维模型中的所有的钢筋工程量都可以与钢筋表一一对应，通过钢筋表得到钢筋工程量的基本信息，如筋号、直径、根数、质量等，这些相关信息给之后的钢筋计价以及采购提供精确数据。

(1) 梁构件的钢筋工程量——以某根框架梁为例

在框架梁中，透过软件的三维模型钢筋图如图4 所示，可以清晰观察到每根钢筋的具体构造，钢筋三维模型中每根钢筋都可以与钢筋表中的钢筋对应。 梁上部通长筋的根数、质量均可以在钢筋表中查阅(见表1)，梁的箍筋、拉筋等也可以在钢筋表中得到直径、质量等相关数值。 KL18(框架梁)位置为首层3 轴至8 轴，钢筋重为206.34 kg。

图4 框架梁钢筋三维模型图

表1 框架梁钢筋明细表

(2) 柱构件的钢筋工程量——以KZ1 为例

柱的三维模型充分反应了BIM 可视化的特点，在软件中可以得到柱的截面尺寸和钢筋具体信息。从柱钢筋三维模型了解角筋、箍筋等排列方式(如图5 所示)以及这些钢筋的属性特点，导出的钢筋表规范这些工程量见表2，柱钢筋表中对于构件名称划分明确，很容易查到各类钢筋。 KZ1(框架柱)位置为14 轴与A 轴交线处，钢筋重为419.51 kg。

图5 柱钢筋三维模型图

表2 柱钢筋明细表

(3) 基础构件的钢筋工程量

在基础构件钢筋工程中，应用GTJ2018 软件把基础钢筋及垫层厚度均以三维展示，钢筋表中的钢筋信息包含了所有的基本属性，三维模型中x、y方向钢筋布置以及与框架柱的连节点如图6 所示。 通过软件分析得出基础钢筋表，见表3，与图6 中钢筋三维模型数量一一对应。 DJ-1(独立基础)位置为1 轴与A 轴交线处，钢筋重为213.48 kg。

图6 基础钢筋三维模型图

表3 基础钢筋明细表

3.2 汇总钢筋工程量

使用BIM 软件进行各个部分建模后，进行各个部分的汇总，将钢筋各个级别的不同直径钢筋进行统计，方便工程量的查阅以及后期招投标文件的编制。 各类钢筋工程量汇总见表4。

表4 钢筋工程量汇总表/t

3.3 现场施工应用

在钢筋工程的施工中，若根据传统的钢筋图纸进行钢筋构件的绑扎预埋，很容易造成钢筋用料错误。 结合项目建筑结构三维模型及BIM 模型可视化、精确化的实体特点，对每部分的钢筋给予指导施工。 利用实际工程中的施工经验和三维模型中的理论数值作对比分析，对于钢筋工程施工加以不断优化调整，使实际工程用量与BIM 模型之间的误差减少到允许范围之内。

(1) 进度方面 通过BIM 技术模拟现场钢筋工程施工，指导现场工作人员进行钢筋精确绑扎，避免多余的施工步骤。 对施工过程中遇到问题，利用BIM 软进行件虚拟模拟处理，结合BIM 五维技术(集成模型、施工模拟、进度控制、成本控制以及质量跟踪与管理)得到优化方案以解决施工中的问题，保证工期的按时交付。

(2) 质量方面 利用BIM 技术三维可视化的特点，对钢筋尺寸和定位更精确，避免钢筋种类应用不合理，减少钢筋绑扎尤其是复杂节点施工中的各种错误，如图7 所示。

图7 复杂节点钢筋绑扎施工图

(3) 绿色施工方面 在钢筋工程施工前运用BIM 技术优化选择最优方案，根据明细表统计进行物料管理及资金管控，更加合理地进行物料管理，从而节约了材料。 BIM 技术的应用使施工管理更加规范化、精准化，避免材料的浪费，达到物尽其用的效果，更加环保。

3.4 BIM 技术与传统造价算量对比

从BIM 软件对钢筋二维图纸的识别、关键节点的修改、钢筋碰撞的检查模拟到全过程应用BIM 技术指导施工，通过实际现场钢筋用料与应用BIM 技术作对比，极大减少了钢筋材料的损耗率，将其损耗率控制在＜0.5%(传统造价算量损耗率为3% ～5%)，更好地管理现场施工和监控。 钢筋总量按传统造价算量为1 237 t，按BIM 算量为1 198 t，而现场实际用量为1 174 t。 其理论结余率为5.4%、实际结余率为5.1%、一般损耗率为3%、实际损耗率为0.17%。

4 结论

借助广联达BIM 土建计量平台GTJ2018，通过对CAD 二维图纸进行三维建模，研究BIM 技术下钢筋工程量的具体应用，对钢筋的工程量进行对比分析研究，得到以下结论:

(1) 在建立钢筋三维模型过程中，研究BIM 平台智能识别二维钢筋信息，图纸识别准确率约为90%，可以清晰地看到钢筋的具体排列方式、钢筋的加密区与非加密区、钢筋的弯起角度的具体规范和信息。

(2) 计算钢筋的具体工程量，对主体构件的钢筋明细表进行了讨论，明细表中各类钢筋用量与实际工程用量的误差在允许范围内，表明了钢筋材料采购和招标文件编制可以应用BIM 平台计算的数据。

(3) 对比传统单一造价软件，使用BIM 平台能够实现数据的共享，模拟检查钢筋碰撞问题来指导实际施工，将钢筋材料的损耗率控制在0.5%内，减少资源的浪费。