钢筋工程基于TEKLA软件BIM技术应用

2018-12-10 09:33发布


一、 引言

钢筋工程是建筑施工中最重要的分项工程之一,在高层住宅中钢筋材料费用占总材料费用的22%~25%,在传统的钢筋管控中,钢筋用量是由现场钢筋工长根据翻样清单进行提料,预算进行审核,但是钢筋翻样和钢筋预算是有区别的,这样现场预算对现场钢筋的管控就不够精准,对现场材料使用率和材料的浪费率等都是最后统计量得出的,这些数据只能作为结算依据,在施工过程中对钢筋管理没有提供有效的依据,无法有效的减少钢筋的浪费,不能达到降本增效的目的。基于BIM技术进行钢筋工程在施工过程中的管理,从深化设计、材料采购、集中加工、施工绑扎、检查验收等方面,进行全过程管控,降低钢筋的损耗率,减少材料的浪费,达到降本增效、提升工程质量的目的。

目前一般项目的钢筋管理流程为: 钢筋下料表→钢筋算量→钢筋原材计划→钢筋原材采购→进场原料验收、出入库→钢筋加工→钢筋绑扎。基于BIM技术的钢筋工程管理以钢筋工程深化为切入点,利用Tekla Structures软件(以下简称Tekla)建立钢筋深化模型,从模型直接导出深化设计图和钢筋料单,指导钢筋材料采购和加工,利用BIM+AR技术进行钢筋工程的检查验收,实现施工过程中的钢筋管控。


二、 应用难点

(1)无成熟的钢筋建模软件。

利用最Revit软件进行钢筋建模对硬件要求较高,无法进行钢筋形状的参数设定,导出的下料单不能满足现场使用要求,Tekla软件在钢筋建模及翻样上优于Revit软件,但在混凝土构件的建模上又不如Revit软件便捷,需要两款软件配合。Revit模型导入Tekla中错误较多,需进行修改或二次建模,工作效率低下。

(2)Tekla导出深化设计图和材料清单不符合使用要求。

直接通过Tekla钢筋模型导出的深化设计图不够简洁明了,软件自带下料单表达形式不符合现场钢筋工的使用习惯,需要手动计算修改,效率低下且阻碍应用落地。

(3)钢筋工程没有成熟的BIM技术应用流程和成本控制标准,没有可供参考的真实的应用数据。


三、 Tekla Structure

s软件优缺点

Tekla在钢筋深化设计方面优缺点明显,其优点是其他BIM建模软件所欠缺的,也是钢筋深化建模所需要的,其缺点可采取措施在一定程度上克服,最终能够将其应用到建筑工程钢筋深化工作中。

Tekla在钢筋深化设计中的优点:

(1)梁、板、柱等常规构件可以用组件功能一键配筋。

(2)钢筋的显示功能强大,不同的构件的钢筋可以分类显示。

(3)单根钢筋或者钢筋组编辑修改方便,组合命令强大。

(4)可以实现过滤查找碰撞点并根据需要进行修改。

(5)对加工制造管理过程支持较好。

(6)建模和显示对硬件配置要求较低。

Tekla在钢筋深化设计中的缺点:

(1)本地化不足,缺少规范规则的执行途径。

(2)钢筋均需要手动设置长度及其断点位置。

(3)对于复杂节点建模配筋效率低。

(4)曲线钢筋绘制困难,只能通过直线段模拟。

(5)钢筋信息导出成符合使用习惯的样式需要定向开发。

对于本地化不足的缺点,可提高建模人员的专业能力予以克服;在一般建筑工程中复杂节点和曲线钢筋建模较少;软件原始的钢筋信息的导出文件对应用落地影响较大,需进行二次开发,定制符合工人使用习惯的模板。


四、 工作流程

将Revit软件建立的混凝土结构深化模型导入Tekla中,搭建钢筋深化模型。使用深化模型和进度计划结合导出采购清单、加工料单、绑扎配送料单和深化图。采购清单为材料采购进场提供准确数据;加工料单指导钢筋断料加工;配送料单和深化图结合使用,指导现场钢筋的配送和绑扎安装;最后将现场实际用量、预算量及BIM模型统计量进行对比分析,计算出钢筋结余率、损耗率和节省的材料费。BIM技术钢筋工程中的应用流程如图1所示。


图1 工作流程图


五、 钢筋建模

钢筋深化模型是将BIM技术应用于钢筋工程中的基础条件,现场所使用的深化图纸和料单都是从钢筋深化模型编辑导出得到的,钢筋深化模型的精度和深度决定了深化设计图和各料单中统计数据的准确度。

5.1混凝土构件的导入及修改

在Tekla中进行钢筋建模需依托混凝土构件,混凝土构件的建模可以有两种方式:Tekla中直接建模和导入Revit模型。由于在Revit中混凝土构件的建模相对高效便捷,往往采用导入Revit模型的方式。Revit混凝土构件模型导入Tekla存在的诸多问题,需要规范Revit中混凝土构件的建模方式,保证Revit模型导入Tekla中可以有效识别,满足可进行钢筋建模及后续操作的要求。从Revit导入Tekla中的模型识别出现错误时需进行修改,常见的错误有构件移位、构件尺寸改变、混凝土材质等,对于构件移位的错误,用软件中的旋转、移动命令即可修改,对于构件尺寸错误在属性面板中直接输入修改,对于混凝土材质错误在属性面板中选择正确的材质属性,另外构件名称需要根据出图命名规则修改。


图2 Tekla中混凝土构件属性器

5.2钢筋深化模型搭建

在建立钢筋深化模型时要依据设计文件相关信息和图集、规范中需要加筋的信息要求、主筋的构造、分布筋、构造筋、措施筋等信息综合建立钢筋深化模型。为了提高钢筋建模效率,一次性建立钢筋深化模型,需要规范Tekla中钢筋建模方式,形成钢筋建模标准;为了方便BIM模型量与预算量的对比,应用工程清单建模技术。

利用Tekla软件进行建筑工程钢筋建模常见方式有两种:“参数化细部”和“钢筋形状目录”。

参数化细部建模方式适用于规则构件的批量建模,可复制性强。此方法操作步骤为:定义组件→生成第一个构件钢筋骨架模型→第一个构件细部修改→第一个完成→第二个构件钢筋骨架模型→第二个构件细部修改→第二个完成→……→同类构件建模完成,在实际工程中标准层的梁、柱、板、墙都可以用这种方法建模,效率较高。


图3 参数化细部方式搭建的钢筋骨架模型

钢筋形状目录建模方式适用于复杂的单个构件建模,此方法的优点在于灵活。此建模方法需要将单个构件中的钢筋分类建模,如剪力墙钢筋分为纵向钢筋、横向钢筋、箍筋、拉筋、措施筋等,操作步骤为:定义单根钢筋属性→定义组参数→生成单个构件中第一类钢筋→……→定义单根钢筋→定义组参数→生成单个构件中第二类钢筋→……→完成单个构件钢筋模型。在实际工程中基础钢筋、柱帽钢筋等复杂节点钢筋建模需用此种方式。


图4 钢筋形状目录方式搭建的复杂节点钢筋模型



六、 应用落地

钢筋加工料单、配送料单、深化设计图是连接钢筋模型与现场施工管理的桥梁,料单和深化图能否被工人认同并在实际工程中应用是BIM技术在钢筋工程中应用落地的关键一环。Tekla软件中默认的报表清单模板不符合钢筋工程施工时的实际需要,利用Tekla TplEd功能进行二次开发来创建符合实际工程需要的报表样板和深化图样板,以便钢筋深化成果更好的落地应用,对项目工程的钢筋采购、加工、配送进行有效管控,三种料单分别是采购清单、加工料单和绑扎配送料单。深化图主要和绑扎配送料单结合在钢筋绑扎时使用。

6.1辅助材料采购

现场材料采购需要根据钢筋的直径、等级和重量确定。实际工程中利用Tekla导出的材料用量清单,结合现场工程进度、材料市场价和场地等因素综合确定材料采购计划。Tekla根据钢筋深化模型导出的材料用量准确,能够直接作为钢筋材料采购清单,如图5所示。


图5 采购清单

利用钢筋深化模型生成材料用量灵活便捷,可按照不同部位、不同构件类型导出采购清单,利用此优点,采购清单不仅可使用在钢筋材料采购计划中,还可用在现场的限额领料,利用模型和采购清单模板报告导出需要加工部分钢筋的使用量,现场易产生料头的主要是直条钢筋,所以在限额领料时要严格控制直条钢筋用量。在实际工程中,可根据钢筋直径进行限额领料管理。

6.2指导钢筋加工

在Tekla中二次开发的报表样板导出的加工料单包括工程部位、下料钢筋的直径、等级、数量、长度和形状等信息,如图6所示,表单简明,钢筋形状信息表达直观准确,符合钢筋工使用习惯与要求,在实际应用中按照施工要求以层为单位统计生成加工料单,指导钢筋加工制作。


图6 加工料单

6.3辅助钢筋材料配送

在实际工程中一般采用集中加工钢筋,集中加工完成后将钢筋配送到现场绑扎。利用Tekla二次开发报表样板以构件为单位导出的配送料单包括工程部位、混凝土构件信息、钢筋直径、数量、长度和形状参数等信息,如图7所示,表单简明,钢筋形状数据表达直观准确,符合钢筋工使用习惯与要求。


图7 配送料单

6.4指导钢筋绑扎

钢筋的现场绑扎需要严格按照深化设计图进行,同时参考配送清单。钢筋深化图纸作用是帮助施工人员在钢筋绑扎施工时快速清晰地了解构件配筋的详细信息,便于完成混凝土构件的钢筋绑扎工作。要求图纸简单易懂,即使钢筋绑扎操作人员对钢筋相关规范不是很了解的情况下也可以完成绑扎工作,在Tekla中二次开发深化图样板导出的深化设计图符合上述要求,能够很好的指导现场钢筋绑扎工作。


图8 钢筋深化设计图

钢筋绑扎完成后,管理人员可以使用移动设备进行检查,BIM模型+AR技术的应用可以很好的实现这一需求,这一应用只需管理人员使用APP扫描深化设计图即可得到构件钢筋模型,对照查看构件钢筋绑扎是否与模型一致。

对于复杂位置可以根据钢筋绑扎流程进行钢筋绑扎过程模拟,利用BIM技术可视化的特点来优化绑扎过程,施工前对工人进行交底,这样可以更好的将深化成果落地,实现对钢筋的管控。


图9 AR技术辅助钢筋绑扎检查

6.5效益测算

BIM工程师按照月份统计不同型号的钢筋BIM计算量,与预算员对接收集预算量,与钢筋工长及材料员对接收集现场钢筋实际用量,并绘制统计表,进行三算对比分析,计算结余率和损耗率,结合钢筋市场价测算预期节约的材料费。

表1 钢筋统计量对比

项目3~7月钢筋对比

型号直径

预算量A

现场量B

BIM量C

HRB400Φ10

453.91

421.79

422.82

HRB400Φ12~14

413.21

413.36

408.29

HRB400Φ16~25

522.14

498.63

492.73



七、 应用前景

本文介绍的以Tekla为平台的钢筋工程建模和深化设计已在实际工程中进行应用,总结出了一些实用的建模方法和技巧,并且将深化设计成果在工程中进行了落地应用,取得了显著的成效,积累了经验,但BIM技术在钢筋工程中的应用还有巨大的潜力,在以下方面有提升空间。

(1)高效的钢筋工程建模工具。现阶段没有成熟的钢筋建模软件或插件,使得钢筋建模工作量大,且对建模人员的综合专业素质要求很高。开发出实用高效的钢筋建模软件将大大提高建模效率,促进BIM技术在钢筋工程中的应用。

(2)辅助成本控制。虽然现阶段我们利用BIM技术在钢筋工程成本控制方面取得了一些成绩,但受限于没有同时具备软件操作技能、钢筋深化设计理论、施工经验的综合型人才,致使应用过程中不能充分发挥BIM技术的应有价值,不能顺利落地应用。相信随着BIM技术的普及应用,其在钢筋工程成本控制上能发挥出更大价值。

(3)钢筋加工产业化。BIM模型其本质就是信息集成,与钢筋智能加工能够完美契合,二者结合能够大幅提高钢筋加工及施工效率。

(4)大数据。统计多个项目的BIM计算量,现场实际发生量、预算量,分析计算结余率、损耗率等,形成数据库,科为项目投标及后续项目可行性研究等应用提供依据。


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