BIM三維技術(shù)解決復(fù)雜深坑鋼筋翻樣難題

陳碩軍

引言：鋼筋手工翻樣效率低且錯(cuò)誤率高，利用BIM三維模型技術(shù)對鋼筋進(jìn)行翻樣，不僅能夠提高工作速度，更提高了準(zhǔn)確性，并能對工程進(jìn)展進(jìn)行全程跟蹤，幫助工程師進(jìn)行現(xiàn)場質(zhì)量、進(jìn)度的管控。下面我將對BIM三維技術(shù)解決復(fù)雜深坑鋼筋翻樣問題做詳細(xì)的敘述，并以南京金鷹天地廣場項(xiàng)目為例，具體分析一下，復(fù)雜鋼筋工程的三維建模應(yīng)用。

一、深基坑鋼筋的特點(diǎn)和難點(diǎn)：

基坑鋼筋的計(jì)算，歷來是鋼筋翻樣中的一個(gè)難點(diǎn)。其中，以筏形基礎(chǔ)大底板，為鋼筋翻樣中難度最高的。筏形基礎(chǔ)大底板為坑中坑結(jié)構(gòu)，顧名思義就是由多個(gè)不同大小、不同高度和不同放坡的電梯井、集水井、樁承臺(tái)及基礎(chǔ)筏板根據(jù)其設(shè)計(jì)構(gòu)造、用途所組成的相互交錯(cuò)、相互聯(lián)系的的基坑群也叫做坑群。到目前為止對于有多種角度放坡的鋼筋計(jì)算并沒有一個(gè)有效的方法及統(tǒng)一的計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)，例如：45度、60度、甚至是90度的直角，且坑底標(biāo)高和大小都均不一致的復(fù)雜坑群。那么對于復(fù)雜的深基坑如何進(jìn)行計(jì)算呢？

二、深基坑鋼筋計(jì)算：

就深基坑內(nèi)構(gòu)件類型而言，品類繁多，有電梯井、集水井、樁承臺(tái)、筏板、基礎(chǔ)梁、條基、獨(dú)基等，它們相互關(guān)聯(lián)，計(jì)算時(shí)需要考慮相互之間的扣減。并且基坑鋼筋不單純是基坑鋼筋的計(jì)算，還要對照上部結(jié)構(gòu)圖紙，特別是柱墻在基礎(chǔ)內(nèi)的預(yù)留。如果漏掉了插筋，又沒有被檢查出來，是個(gè)非常麻煩的事情，不僅造成施工錯(cuò)誤，還會(huì)造成成本漏算。

就基坑的外形而言，有單體、有連體、有矩形、有異形?；右话銥榉牌?5度或者60度，也有做成直角的基坑。

a） 基坑底筋根據(jù)基坑坡度彎折，伸入筏板內(nèi)一個(gè)錨固，錨固長度不夠時(shí)要求伸到筏板面筋處彎折20d

b） 基礎(chǔ)梁穿越基坑，基礎(chǔ)梁需彎折變成折梁。折梁的陽角鋼筋連續(xù)通過，陰角鋼筋相互錨固

c） 筏板底筋伸入基坑一個(gè)錨固，也有的設(shè)計(jì)要求伸入基坑洞邊。筏板面筋伸到基坑洞邊后彎折，彎折長度為洞口高度加一個(gè)錨固長度。當(dāng)伸入基坑底板不足一個(gè)錨固時(shí)須彎折20d

d） 筏板與基礎(chǔ)梁之間遵循不重復(fù)布置原則。筏板筋與基礎(chǔ)梁平行時(shí)基礎(chǔ)梁位置可省略

e） 當(dāng)基礎(chǔ)梁底與筏板底平為底位板，當(dāng)基礎(chǔ)梁頂與筏板頂平為高位板，當(dāng)基礎(chǔ)梁與筏板上平下平時(shí)，基礎(chǔ)梁為加強(qiáng)勁性暗梁?；A(chǔ)筏板、基礎(chǔ)梁是否外伸，端部構(gòu)造是不同的，應(yīng)按照平法圖集和設(shè)計(jì)要求計(jì)算和施工。

f） 筏板、基礎(chǔ)梁與獨(dú)基和承臺(tái)之間也存在相互扣減，當(dāng)承臺(tái)截面較小時(shí)，即小于兩個(gè)錨固之和時(shí)可以拉通計(jì)算，但當(dāng)承臺(tái)截面較大時(shí)一般都是伸入承臺(tái)內(nèi)一個(gè)錨固，如果拉通就會(huì)造成鋼筋的浪費(fèi)。不過，也有的設(shè)計(jì)是貫通的，那么按設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)優(yōu)先?；A(chǔ)內(nèi)各構(gòu)件受力原理復(fù)雜，構(gòu)造要求各異，計(jì)算規(guī)則更是變幻多端。

三、鋼筋翻樣工作的基本要求：

預(yù)估準(zhǔn)確性，就是對整個(gè)基礎(chǔ)底板鋼筋的總體預(yù)算量的準(zhǔn)確程度和鋼筋申請?zhí)崆傲康目刂啤?/p>

計(jì)算精確性，就是鋼筋計(jì)算的長度、構(gòu)造樣式及根數(shù)上的精確程度，即不浪費(fèi)鋼筋，減少對鋼筋的二次成型，并且有效的利用鋼筋余料。

翻樣料單的及時(shí)性、規(guī)范性是指翻樣料單能夠及時(shí)滿足現(xiàn)場施工進(jìn)度及正確理解藍(lán)圖意思，根據(jù)藍(lán)圖意圖進(jìn)行鋼筋布置并滿足質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范。

基于上述基坑鋼筋布置的復(fù)雜性，給鋼筋翻樣工作造成了很大的困難。有些大型基礎(chǔ)施工時(shí)經(jīng)常從其它項(xiàng)目倉促調(diào)度鋼筋翻樣支援，加班加點(diǎn)亂作一團(tuán)，最后又錯(cuò)誤百出，既影響進(jìn)度和質(zhì)量，又容易造成人工、材料、機(jī)械的大量浪費(fèi)。那么，如何能做到基礎(chǔ)鋼筋的預(yù)估準(zhǔn)確性、計(jì)算精確性、及翻樣料單的及時(shí)性、規(guī)范性呢？

四、傳統(tǒng)鋼筋手工翻樣：

圖紙手工翻樣-即在圖紙上畫鋼筋排列圖，然后對排列圖進(jìn)行長度和根數(shù)的計(jì)算，計(jì)算好以后填寫料單，然后用計(jì)算器計(jì)算鋼筋的規(guī)格和重量。這樣做不僅計(jì)算速度慢、而且容易出錯(cuò)，也不能對鋼筋量做出精確地計(jì)算。

現(xiàn)場測量翻樣-有些有經(jīng)驗(yàn)的鋼筋老師傅則是待基坑放坡完全開挖好，澆完墊層后去量取實(shí)際長度，根據(jù)量取的長度進(jìn)行鋼筋翻樣計(jì)算。這樣做雖然對整個(gè)基坑鋼筋翻樣做到了一個(gè)比較好的精確計(jì)算，但是對施工提前量沒法控制。通常是白天跑基坑晚上算鋼筋、每天晚上加班加點(diǎn)，活干的提心吊膽生怕算的不對。這樣既勞累又低效率，且心理負(fù)擔(dān)較大。

現(xiàn)如今，建筑類型越來越豐富，基坑機(jī)構(gòu)越來越復(fù)雜。上述傳統(tǒng)的手工翻樣已經(jīng)沒有辦法應(yīng)對，大面積深基坑、復(fù)雜的工作面、緊張的工期。需要有一種快速準(zhǔn)確的方法提供的精確計(jì)算。

五、利用BIM三維模型技術(shù)對鋼筋進(jìn)行翻樣的過程：

隨著電腦和軟件的普及，如今項(xiàng)目上基本都會(huì)運(yùn)用CAD看圖、畫圖。三維建模比較直觀，特別是在處理復(fù)雜的構(gòu)件和節(jié)點(diǎn)上面，光靠兩張平面圖和剖面圖很難將設(shè)計(jì)的要求表達(dá)完整。借助三維建模我們可以清晰直觀的表達(dá)設(shè)計(jì)藍(lán)圖節(jié)點(diǎn)的要求，并且三維模型可以輕松的轉(zhuǎn)換成二維平面圖和剖面圖。以下我以較復(fù)雜的基坑底板為例，介紹一下利用BIM三維模型對鋼筋進(jìn)行計(jì)算的基本思路和方法。

基礎(chǔ)底板的CAD圖紙中，獲取圖形數(shù)據(jù)，如：軸線、基礎(chǔ)邊線、承臺(tái)邊線、基礎(chǔ)底板邊線和集水井、電梯井的邊線，其他無用的數(shù)據(jù)均可以刪除；根據(jù)基坑表格、剖面圖和節(jié)點(diǎn)詳圖，繪制出基坑放坡的輪廓線；保存并轉(zhuǎn)換成Revit文件。然后，就可以利用Revit，快速搭建BIM三維模型了，即對整個(gè)基坑進(jìn)行三維建模。

1）在平面圖上面把基坑放坡的投影面一一繪制出來，紅色線表示45度放坡基坑、藍(lán)色表示90度放坡基坑，黑色則表示基礎(chǔ)大底板放坡。（見圖1）

然后，利用Revit拉升畫法，根據(jù)標(biāo)高和放坡角度，將平面圖拉升出三維效果（見圖2）。在操作過程中，觀察三維模型放坡面是否與基坑放坡投影面重合，如果重合，那說明操作無誤。

3） 注意觀察坑與坑之間的聯(lián)系，并且進(jìn)行相關(guān)的合并和坑與坑之間的扣減。（見圖3、4）如此一來，看似非常復(fù)雜的深基坑放坡圖就繪制出來了。這里需要特別注意的是：必須仔細(xì)復(fù)核，確保正確無誤，否則會(huì)導(dǎo)致后續(xù)鋼筋布置和計(jì)算的錯(cuò)誤。

4） 基坑標(biāo)高和大小的核對后，即可制作指導(dǎo)現(xiàn)場挖土放坡的BIM三維模型了。同時(shí)，結(jié)合施工現(xiàn)場管理，嚴(yán)格按照這套BIM三維建模圖進(jìn)行開挖和放坡，以減少因放坡不準(zhǔn)而導(dǎo)致的鋼筋返工。

5） 在BIM三維模型中，按照圖紙要求及節(jié)點(diǎn)內(nèi)容把縱向底筋、縱向面筋、橫向底筋、橫向面筋的鋼筋間距和規(guī)格作為參數(shù)化構(gòu)件，原封不動(dòng)的一根根布置在筏板、集水井、電梯井和樁承臺(tái)，利用與CAD中相同的“整列”命令可快速的布置鋼筋、并根據(jù)藍(lán)圖要求扣除保護(hù)層的厚度、坑中坑之間的互錨關(guān)系增加鋼筋的錨固長度等。在畫排列圖時(shí)，對于鋼筋型號(hào)、規(guī)格、構(gòu)造、長度一致的區(qū)域進(jìn)行編號(hào)及標(biāo)注。型號(hào)、規(guī)格、構(gòu)造、長度不同的鋼筋我們采用不同的顏色、編號(hào)及標(biāo)注進(jìn)行區(qū)分。鋼筋排列圖布置好以后，利用“dist”命令對排列布置好的鋼筋進(jìn)行長度和根數(shù)的統(tǒng)計(jì)。統(tǒng)計(jì)完成后，根據(jù)相同的區(qū)域進(jìn)行編號(hào)和標(biāo)注。這樣一份精確的鋼筋排列圖就完成了。根據(jù)鋼筋排列圖上面的編號(hào)和標(biāo)注填寫相應(yīng)的料單，這樣一份對應(yīng)鋼筋排列圖的料單也做好了。

縱向底板鋼筋BIM三維排列示意圖

6） BIM鋼筋三維建模完成后通過Revit直接導(dǎo)出布置好的鋼筋進(jìn)行匯總統(tǒng)計(jì)，這樣基坑所需鋼筋的總長度就計(jì)算出來了，有了總長度就等于這樣整個(gè)底板的鋼筋計(jì)算總量，而且是非常精確的。（因?yàn)镽evit沒有扣減功能，所以重合的部分可能會(huì)多算，所以在建模的時(shí)候要注意基坑之間的相互扣減，以免工作量統(tǒng)計(jì)有誤）。

7） 用BIM翻樣誤差幾乎為零，鋼筋班組施工時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照此BIM三維建模的鋼筋排列圖。這個(gè)鋼筋排列圖簡單、清晰、直觀、一目了然而且效率遠(yuǎn)比手工翻樣高出許多。在施工過程中按照此方法，可以讓鋼筋翻樣的準(zhǔn)確度、鋼筋預(yù)算量的精確性有了很大的提高。

六、案例分析：

在南京金鷹天地廣場項(xiàng)目上，我通過使用BIM三維技術(shù)，解決了基坑放坡、坑中坑鋼筋相互交錯(cuò)等施工復(fù)雜難題，并且對原設(shè)計(jì)做出了優(yōu)化，更有利于施工，質(zhì)量，進(jìn)度，而且節(jié)約了成本！下面我來做一個(gè)介紹：

工程概況：

占地面積約5.6萬m2 ，總建筑面積約91.8萬m2 。其中：地下為四層，地下建筑面積約21.1萬 m2 。地上建筑面積約70.7萬m2，由9～14層裙樓及三棟超高層塔樓組成。塔樓A為76層，高度約368m；塔樓B為67層，高度約328m；塔樓C為60層，高度約300m。

工程難點(diǎn)特點(diǎn)：

基礎(chǔ)筏板構(gòu)造復(fù)雜、基坑多、基坑深、坑連坑高度、形狀、大小不一，錯(cuò)綜復(fù)雜?；拥兹狗繀^(qū)域標(biāo)高-23.050m，T1樓深坑區(qū)域標(biāo)高-26.950m，T2樓深坑區(qū)域標(biāo)高-25.650m，T3樓深坑區(qū)域標(biāo)高-25.350m。電梯坑最深標(biāo)高為-33.700m?；愉摻罟?jié)點(diǎn)布置復(fù)雜底板鋼筋規(guī)格大、皮數(shù)多、間距密?？优c坑之間鋼筋彎折構(gòu)造復(fù)雜。

通過三維建模后的觀察，我們可以對各個(gè)基坑之間的相互關(guān)系，一目了然。然后我們就可以對基坑進(jìn)行優(yōu)化了。坑與坑之間鋼筋密集、穿插復(fù)雜、施工難度大，是本工程深基坑的難點(diǎn)。在現(xiàn)有的施工圖紙中，設(shè)計(jì)單位僅提供了少量節(jié)點(diǎn)和剖面圖的配筋。

如果完全按照圖紙節(jié)點(diǎn)和設(shè)計(jì)要求對鋼筋布置，則鋼筋都需要進(jìn)入坑邊錨固，相鄰的坑邊的鋼筋相互錨固。普通的基坑可以做到，但本工程高低基坑過多，從三維圖中我們可以看出，工作面小，搭接過多，施工難度相當(dāng)大，且鋼筋過于密集穿插難度高，不僅鋼筋大量浪費(fèi)，且起不到改善受力的效果。所以，在施工以前，需要作出深化設(shè)計(jì)。

采用BIM三維技術(shù)，我對節(jié)點(diǎn)鋼筋進(jìn)行深化并提出了以下二個(gè)方案：

方案一： 不改變原設(shè)計(jì)圖紙節(jié)點(diǎn)和要求，將兩坑連接處，設(shè)置L型鋼筋進(jìn)行連接。這種方案雖然比原設(shè)計(jì)減少了鋼筋間的相互穿插，但是L型鋼筋無法和原坑內(nèi)鋼筋進(jìn)行直螺紋連接，只能采用電焊。鋼筋綁扎雖然方便了不少但是增加了大量的電焊工作。而且，對于鋼筋下料長度的精度要求大大提高了，理論上可行，實(shí)際操作存在困難。

方案二：從BIM模型中可以看出，本基坑存在較多高低差，這是造成鋼筋施工難度大的主要原因。如果可以簡化基坑中各小坑之間的關(guān)系，就能夠大大方便配筋和施工了。經(jīng)過與設(shè)計(jì)反復(fù)多次的溝通，甲方和設(shè)計(jì)終于同意將多個(gè)高低差小的基坑優(yōu)化成一個(gè)大坑。這樣鋼筋就可以拉通鋪設(shè)了。

在BIM三維模型中，我們重新設(shè)置標(biāo)高，將統(tǒng)一標(biāo)高的小坑拉通，這樣基坑里對應(yīng)的鋼筋也會(huì)跟著一起拉通，非常簡便（見下圖）。

通過BIM優(yōu)化后，我們可以直接計(jì)算出鋼筋用量了。優(yōu)化后的鋼筋用量比原圖紙使用量減少了123.58噸、混凝土使用量增加了208.99立方米，大大方便了現(xiàn)場鋼筋施工，同時(shí)也大大地節(jié)約了成本。

七、結(jié)語

鋼筋翻樣是設(shè)計(jì)與鋼筋操作工之間的橋梁，好的翻樣工作不僅能夠優(yōu)化設(shè)計(jì)，節(jié)約成本，還能夠加快工地效率，更好的控制工期與質(zhì)量。BIM三維技術(shù)是一門新型的應(yīng)用工具，如何將它的直觀性、快速性，更好地運(yùn)用到鋼筋翻樣工作中，使復(fù)雜的構(gòu)建迎刃而解，減少返工和浪費(fèi)，提供效率，降低成本，還需要更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

在今后的實(shí)踐中，進(jìn)一步對BIM的信息完備性、信息關(guān)聯(lián)性、信息一致性、 可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性和可出圖性進(jìn)行研究與應(yīng)用，讓工作更高效。

（作者單位：上海建工四建集團(tuán)有限公司）