1 引言
在建筑行业施工阶段，由于传统的施工管理往往忽略对施工项目前期、中期的控制管理，而依赖于经验值和粗放的管理手段，因此在实际的项目过程中存在较多的问题，导致项目成本及质量，特别是钢筋成本得不到有效的控制和管理。近年来，我国建筑行业高速发展，越来越多的企业利用信息化手段提高施工效率及质量；利用BIM三维建模技术可以快速对施工钢筋翻样，对复杂的钢筋施工方案做大量分析，实现钢筋下料最优化，达到钢筋精细化管理，从而实现建设项目从设计到施工的信息化全生命周期的有效管理。因此，BIM技术发展方向逐渐被公认为“多阶段、集成化、多角度、协同化、普及化”，BIM技术的应用及探索成为当今施工管理的重要趋势和研究方向。
2 BIM钢筋应用适用性分析
2.1 钢筋工程现存的问题
在实际的工程项目中，钢筋工程合同大多由劳务分包单位进行清包，即劳务分包单位只做钢筋加工、安装钢筋，总承包单位负责采购钢筋原材料。钢筋工程基本以包代管，分包方只管理自己的工人，不关注钢筋成本，甚至认为按吨位计价的钢筋用量越多越好；事前阶段没有较好的估算及管理，从而造成钢筋工程成本的增加。钢筋工程的事中阶段，在计算钢筋工程时，传统的人工算料方式误差较大，主观性较强；总承包方难以核查分包方为争取更大利益在工程算量上的主观行为；钢筋预算量没有考虑相邻钢筋之间自动扣减以及更优化的搭接方案。总承包方在实际的管控中很难控制这方面的额外成本。在钢筋工程的事后阶段，由于在施工中存在的不确定因素，钢筋用料成本的精确核算也难以准确快速地反映，因此工程项目总成本的占比评估统计存在一定的难度。
2.2 BIM钢筋应用价值与可行性
针对以上所述的钢筋工程施工管理现状，运用BIM信息技术构建三维信息模型，可以提供翻样方案控制管理；运用BIM翻样软件工具，能够有效精细化管控工程项目从设计到施工的过程，降低建设项目工程中钢筋的使用量及损耗，从而形成系统化和科学化的钢筋精细化管理体系，大大节约时间与施工成本。
2.3 主流的钢筋翻样软件种类及其特点
（1）E钢翻样。业内人士认为其与手算类似，建模和调整比较方便，能够满足图集规范要求，同时符合现场安装的实际情况，计算结果满足需要。
（2）鲁班钢筋。可以导入CAD图纸建模，也能够手动绘图建模。鲁班钢筋可以整体计算构件之间的扣减关系，并自动计算相邻钢筋之间距离的自动扣减，符合现场安装实际情况。同时通过三维动态显示，便于检查和现场施工的指导。
（3）广联达GFY。既可以导入CAD图纸建模，也能够手动绘图建模。软件满足规范和平法标准图集，自动扣减、断料方案合理。
（4）Revit。结构模型（不是建筑模型）建好后，根据实际配筋在结构模型内部进行钢筋布置。
综合以上翻样软件，在项目中优先选取广联达GFY软件。同时，随着软件技术二次开发的发展，不同的插件之间可以互导转换。
2.4 钢筋翻样软件的价值
主流钢筋翻样软件可实现高效建模计算，通过导入CAD等图纸快速建模，可结合实际情况自动分割和甩筋；翻样软件能够优化断料，可内置11G和16G的全套规范和常见施工做法；在施工中，还能够快速实现从计算结果反查至图形，便于钢筋用量的核查，有助于实现快速直观地指导现场施工。因此，BIM技术对于项目钢筋施工具有重要的指导意义和价值，一方面，能够有效缩短施工周期，大大降低工程延期的风险；另一方面，能够实现钢筋的精细化管理及钢筋用量的最优化，具有较大的经济效益。
2.5 成效
利用BIM钢筋翻样技术能够实现钢筋优化配料，节约翻样时间，方便检查和指导施工；可查看每根钢筋的型号、形状，具有历史追溯性，并能提高施工效率及质量。
3 钢筋工程优化管理
3.1 传统人工与BIM钢筋翻样软件对比
表1 传统人工与BIM钢筋翻样软件对比
| 内容 工序 | 人工翻样的缺点 | BIM钢筋翻样优点 |
| 钢筋翻样 | 容易犯错、工人难以检查、速度慢 | 建筑模型中钢筋自动断料、速度快 |
| 钢筋加工 | 余料多、废料多、未考虑经验系数 | 根据原材料优化断料、余料废料少 |
| 钢筋安装 | 复杂单体无从下手 | 料单清晰、钢筋排布图和三维图指导 |
3.2 钢筋工程精细化管理
3.3 钢筋料表制作
钢筋料表制作方法主要有两种：一是模型法。通过导入CAD文件可实现快速绘图并配筋，大大提高工作效率，对于规则的图纸此方案最为优化。手绘法就是通过定义构件，依照图纸按顺序画图。二是零星构件料表。零星构件用模型难以体现，因此可采用逐构件翻样，通过软件内置的构件库进行选择，灵活准确。不管是以上哪种方法，第一步都是计算设置。根据施工图分别设置工程的抗震等级、混凝土标号、保护层、层高、节点形状、搭接方式、定尺长度等。其次，对模型进行钢筋排布。这一功能是钢筋算量软件最大的不同，也是翻样软件的核心技术。进入排布图可通过修改每根钢筋，满足图纸和施工中的特殊要求。然后，导出料表，对于复杂的构件，可通过模型法与单构件法结合，并在Excel中按图纸要求的顺序排列汇总，同时也可导出原材料和余废料表格。最后，翻译（国外项目）打印，导出后Excel中翻译并整理各单位所需要的格式，再下发加工料场。
3.4 钢筋精细化管理控制过程
3.4.1 事前控制
首先，审图需要仔细，如果变更，尽可能事前发生。其次，根据施工总平面图确定钢筋堆放场地，根据施工进度制定钢筋材料采购计划，并做好原材料进场的统计和检查后开始翻样；翻样环节最为重要，最好由总承包来实施。若分包翻样，总承包方要有专人、与分包同样的进行翻样软件核量。同时，建立钢筋翻样台账，用WBS思维对图纸、施工段、下料表进行管理。最后，对劳务分包单位进行安全技术交底。
3.4.2 动态控制
钢筋翻样工程师需要随时跟踪现场情况，对现场发现的料表问题及时检查核对修改。对错误、变更的半成品钢筋尽量用在其他单体中，避免二次加工。同时，现场加工人员在按照料单进行加工断料时应对余料进行编号，按照加工方案用在规定的位置。最关键的一步，就是用料牌标记每个构件。构件应分拣堆放、依次搬运。最后，每月对现场钢筋进行清点，对原材、余料、未领用成型钢筋和已领用的钢筋台账分析比对，如发现钢筋数量出入大，则由现场人员与翻样工程师共同检查，找出问题所在。
3.4.3 后期成本分析
钢筋工程结束后，要做好决算准备。实际出库钢筋与退回钢筋核对统计，并与预算量对比分析，找出偏差，分析原因。过程数据真实呈现，及时分析纠偏。钢筋的管控也需要运用PDCA原则，在施工过程中持续改进，掌握现场的重要数据，如钢筋的原材料量、预算量、下料量、实际安装量等。通过对数据的对比分析，查找不足，不断优化。
4 工程案例应用及效果分析
4.1 项目概况
本工程是埃塞俄比亚的一个PVC生产厂。土建工程包括约90个单体，民建8个，其他均为工业厂房、复杂构筑物，钢筋用量约5000t。由于埃塞俄比亚无专业下料人员及技术，而钢筋下料通常不包含在总承包方工作范围内。为节约成本，总包项目部决定引入BIM技术，用于钢筋下料工作。
4.2 钢筋翻样软件的选择
结合曾使用过的BIM软件，在项目中最初实验了以下3种方案：第一种是由设计师提供PKPM模型，导入Revit软件后再直接导出钢筋料表，节约建模时间；第二种是设计师用REVIT翻模，导入广联达GFY软件后再导出钢筋料表，节约建模时间；第三种是现场用广联达GFY软件翻模后导出钢筋料表。
在对工程项目综合考虑后，最终选择了广联达GFY软件翻样并应用实践。经过两个多月的尝试，在钢筋工程中广联达GFY软件可以实现自动断料且符合规范标准，最大化地节约了原材料，适合埃塞俄比亚PVC项目智能搭接布置，但是也存在一定的问题，Revit通过GFC插件导入广联达翻样软件后，广联达不能自动识别，检查修改需要一定的时间和精力。
4.3 钢筋工程精细化管理
4.3.1 翻样环节
在钢筋翻样环节，因该项目设计与施工同步进行，施工的过程中图纸也在调整，故设计变更现象较常见，给BIM模型的构建带来了困难。图纸版本多，对广联达GFY软件，钢筋排布修改会使整个BIM模型失效，需要重新绘制相关施工构件。因此，每个单体的原始模型应当备份，新版图纸有改动的地方再对应更新备份，然后对钢筋排布图进行修改，有必要用WBS思维做图纸台账和料表台账。
因工业建筑中存在较多异形建筑，建模只能起到辅助作用，异形建筑构筑物模型难以完美体现。但可建模，在单构件法中完成后，可与模型对比，减少手算的错误。如圈梁、构造柱在模型中不能使用钢筋排布的功能，圆形建筑只能按半圆模型处理，同一层夹层也不能同时修改。目前，软件公司尚未完全未解决该问题，可将圈梁定义为非框架梁，构造柱定义为框架柱，圆形建筑在单构件法中替换解决，同一层夹层可复制一个模型后分别在排布图内修改。
根据图纸规范16G101图集，箍筋拉筋弯钩长度值中：非框架梁、箍筋及拉筋平直段为5D，其他为10D。因此，在软件设置中对非抗震的箍筋弯钩不能区别对待，即弯钩值在抗震和非抗震构件中只有一个数值。为了节约钢筋，软件需要分两步设置：第一步：设计符合抗震要求的箍筋弯钩值，导出抗震构件Excel表格；第二部，通过复制的模型设置非抗震的弯钩值，导出非抗震构件表格，在表格中组合。
因此，在软件计算设置中，钢筋弯折断料经验扣减值可以让现场加工更准确，如图2所示。
图2 钢筋弯折断料经验扣减值图
对于较大的筏板基础、楼板、梁、柱等，应尽可能拉通，减少锚固和搭接，优化钢筋搭接方案。如柱子纵筋可以考虑分层设置绑扎接头，即第一层中有一半的钢筋设置接头，另一半的接头在第二层中设置。同时，为了减少由于估算原材料计算失误的损失，可与结构设计师协商，选择钢筋代换。方法如下：（1）采用等截面代换原则，但同一截面钢筋直径不能超过两个级别。如：2×∅22=∅20+∅25，2×∅18=∅20+∅16。（2）采用超强代换，如,在基础（独立基础、筏板基础、设备基础等），非框架梁（含圈梁、过梁）和板（楼面板、屋面板等）中用更粗的钢筋代替原设计用钢筋。
4.3.2 加工环节
在钢筋加工环节，钢筋原材料的出库一般由专人负责，钢筋半成品的出库需由总包方和分包方共同清点签名，并标记料牌后出库。同时，每天更新台账并做钢筋加工日志。高峰时期，应有6个班组同时加工钢筋。一本厚的料表基本分成2～3部分，每个班组同时加工其中一部分。现场钢筋棚难以实时计算出余废料，故可按照软件导入余料。例如，第1根梁的余料用在第30根梁的某一段，这样易出错，所以现场调整了软件利用余废料的方法，采取余废料分类摆放，每天统计一次，加工前先考虑哪些构件可以优先使用。由于当地人工成本是国内的1/10，经讨论该方法是可行的。
同时，在加工中，废料的充分使用也是有必要的。图3所示的3种马凳筋功能相似，在满足下料表中高度要求时，任何长度、直径废料均符合要求，因此可以运用废料制作马凳筋。
4.3.3 安装环节
在钢筋安装环节，钢筋的绑扎安装也存在难点，即钢筋的断开与错开冲突。由于规范的限制，一些比较长的梁、板不能自动断开，因此没有最准确的答案。所以，在不满足错开要求时，可采取焊接或者少错开一段距离，但需经设计、监理同意。
现场节点核心区难以安装，这是行业通病且具有质量隐患。节点核心区的箍筋数量可根据现场数据在软件中调整，但需经设计同意；或建议设计师在核心区采用强度更高的箍筋来解决问题。
由于现场安装工人的惰性，出现未使用施工图纸直接下料表安装的现象，导致出现了如支座加强筋安装错位的问题等，建议用钢筋排布图和施工图结合指导安装，提高工人安装效率。
4.4 效果分析
在埃塞俄比亚PVC项目中，所有的建、构筑物均采用GFY软件下料。通过初步测算，项目实施10个月，约完成钢筋下料4000t，施工效率为传统人工的6倍，节约的钢筋用量约占经验用量的5%，准确率大大提高。通过BIM技术的应用以及构建BIM模型技术下料及人工计算方法的结合，项目中钢筋得到了精细化的管理，大大提高了较之于仅用传统手算钢筋工程的效率及质量。
5 结语
钢筋翻样仍属于BIM翻模范畴，现阶段BIM翻样软件技术还有很大的发展、优化与完善空间，故钢筋翻样工程师仍需脚踏实地，各个攻破实际工程中的难点，这样才能更好、更准确、更高效地完成钢筋精细化管理任务。随着日后BIM软件技术的成熟，可实现由设计者直接出钢筋料表并直接发送给加工厂，通过智能加工设备自动加工、断料、打包，减少现场人工成本，减少施工现场噪声和钢筋管理问题，实现装配化施工，并提高建筑工业化管理水平。
参考文献
[1]裴艳，王君峰．基于BIM技术的精细化算量实现方法研究[J]．工程经济，2016，（4）.
[2]刘占省，汤红玲，王泽强，等．BIM技术在长沙国际会展中心精益建造中的应用[J]．工业建筑，2016.
[3]中国建筑标准设计研究院．16G101-1国际建筑标准设计图集：混凝土结构施工图平面整体表示方法制图规则和构造详图（现浇混凝土框架、剪力墙、梁、板）[S]．北京：中国计划出版社，2016.
[4]廖力臻．基于BIM-5D技术的全过程造价管理研究[D]．兰州：兰州交通大学，2016.
收稿日期：2018-08-09
作者简介：陈中华（1984-），男，湖南长沙人，中国轻工业长沙工程有限公司工程师，研究方向：BIM技术应用、总承包项目管理。
