土木工程鋼筋算量實踐淺議

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摘要：鋼筋算量，是土建工程計量與計價的主要組成部分，傳統(tǒng)的鋼筋手工算量工作強度大、準確性低。利用BIM進行鋼筋算量，代替手工算量，可以提高鋼筋算量的計算速度及準確性，且容易進行審核和對量。利用BIM進行鋼筋算量，先建立建筑物的鋼筋計算模型，然后計算鋼筋長度和重量。本文重點探討利用BIM進行鋼筋算量的方法，并提示建模及算量過程中應注意的問題。

關鍵詞：BIM建模；鋼筋算量；平法圖集；工程設置；鋼筋三維圖

引言

建筑信息模型（Building Information Modeling ,以下簡稱BIM）技術(shù)是工程設計與施工的三維虛擬化數(shù)字技術(shù)，應用BIM技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)建筑全生命周期各環(huán)節(jié)多方參與的關鍵數(shù)據(jù)共享及協(xié)同，是實現(xiàn)建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級、促進綠色建筑發(fā)展、提高建筑業(yè)信息化水平的基礎性技術(shù)。當今的工程建設行業(yè)，BIM技術(shù)在工程設計、施工、造價、管理等過程中逐步得到推廣和應用，在工程造價領域的應用越來越趨于成熟。鋼筋算量，是土建工程計量與計價的主要組成部分。每個鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程，都必然含有鋼筋這種材料，這種材料不僅用量多，而且其在工程造價中所占比重也很大，鋼筋算量是工程計價的重要環(huán)節(jié)。傳統(tǒng)的鋼筋手工算量工作強度大、準確性低，且工作內(nèi)容相對繁瑣、枯燥。利用BIM技術(shù)進行鋼筋軟件算量代替手工算量，能大大提高工作效率和計算的準確性。因此，利用BIM進行鋼筋軟件算量今后必將替代手工算量。

1利用BIM進行鋼筋軟件算量的思路和方法

1.1手工鋼筋算量存在問題

鋼筋算量對工作人員專業(yè)水平要求比較高，首先要逐根進行鋼筋放樣，然后逐根計算鋼筋長度。需要熟悉鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)相關設計規(guī)范和平法圖集，熟練掌握鋼筋工程量計算規(guī)則，熟記各種鋼筋搭接、錨固長度等計算公式。手工算量的主要困難在于：（1）每個工程中鋼筋種類、形狀、尺寸繁雜，計算復雜；（2）各種鋼筋計算公式繁多，難于記憶。

1.2解決辦法

針對以上存在的問題，利用BIM進行鋼筋軟件算量，能夠取得較好的效果。鋼筋軟件算量就是利用計算機軟件進行建模算量：首先建立建筑物的鋼筋計算模型，然后計算鋼筋長度和重量。建立計算模型主要使用直接繪圖的方法，也可以以CAD為平臺將已設計好的CAD圖紙導入。具體步驟如下：第一步：建立建筑物的鋼筋計算模型首先利用BIM進行土建結(jié)構(gòu)建模，將傳統(tǒng)的二維建筑平、立、剖圖紙轉(zhuǎn)化為三維的建筑空間模型，模型的建立可以準確、直觀地表達各類構(gòu)件之間的空間關系。鋼筋計算模型，就是把建筑物中梁板柱等各種構(gòu)件中的鋼筋的實際狀態(tài)立體的展示出來，包括每個構(gòu)件中的每一根鋼筋，如一個框架梁中的主筋、輔筋、箍筋等。鋼筋的實際狀態(tài)包含鋼筋的實際形狀、在構(gòu)件中的具體位置、鋼筋的詳細尺寸等各種信息。第二步：進行鋼筋算量軟件按計算規(guī)則自動計算各類構(gòu)件中鋼筋的工程量。構(gòu)件間的扣減關系是根據(jù)模型由計算機程序進行處理，從而能準確、快速地完成鋼筋的工程量計算。軟件根據(jù)內(nèi)置的設定好的計算公式自動進行扣減計算。計算公式的設定，其依據(jù)是平法圖集和相應的規(guī)范。內(nèi)置的設定，需要在“建模前期準備工作”中，“工程進行各種設置”中先行設置準備。計算過程是先計算各構(gòu)件中每一根鋼筋的長度，然后按不同直徑分類匯總，再根據(jù)各種不同直徑鋼筋的理論重量計算出鋼筋實際重量。計算規(guī)則是根據(jù)16G101系列新平法規(guī)則進行計算。

2利用BIM進行建模的前期準備工作

利用BIM直接繪圖的方法進行建模的操作順序一般為：新建工程—工程設置—建立樓層—建立軸網(wǎng)—繪圖輸入鋼筋。前面三個步驟“新建工程”、“工程設置”和“建立樓層”屬于建模前期準備工作，建模的主要工作是后面的兩個步驟：“建立軸網(wǎng)”“繪圖輸入鋼筋”。新建工程建模前首先需要對擬建工程進行各種設置，軟件的模塊導航欄首先進入“工程設置”界面，在此界面完成各種設置。

2.1新建工程信息

工程信息包括結(jié)構(gòu)類型、基礎形式、建筑特征、設防烈度、檐高、抗震等級等，這些信息需按工程圖紙實際設定的內(nèi)容填寫。結(jié)構(gòu)類型、設防烈度、檐高決定抗震等級，前三個信息根據(jù)工程實際情況輸入后，軟件會根據(jù)受力分析，默認抗震等級。這些都會影響到鋼筋算量。

2.2工程設置

包括鋼筋比重設置、彎鉤設置、損耗設置、計算設置等。其中鋼筋比重都是固定數(shù)值，除特殊情況外，一般不需重新進行設置。彎鉤設置是為了確定：箍筋彎鉤計算是按“構(gòu)件圖元自身的抗震等級”，還是按“工程的抗震等級”計算。損耗設置內(nèi)容分為“計算損耗”和“不計算損耗”，可根據(jù)工程實際需要選擇。計算設置包括具體構(gòu)件計算設置、節(jié)點設置、箍筋設置、搭接設置、箍筋公式等。構(gòu)件計算設置：工程設計都是按照圖集進行的，軟件的構(gòu)件計算設置也是按規(guī)范和圖集內(nèi)置的，軟件的默認數(shù)值都是規(guī)范規(guī)定的數(shù)值或者工程常用數(shù)值，因此，此處計算設置一般不用修改。有特殊情況的，可按土建結(jié)構(gòu)圖紙對軟件設置的具體內(nèi)容進行修改。要想準確地進行以上各項內(nèi)容的設置，就要熟悉平法圖集、設計規(guī)范等相關內(nèi)容，掌握鋼筋的搭接、錨固、彎鉤等計算公式和計算規(guī)則。

2.3建立樓層

此部分包括樓層及樓層鋼筋的設置。樓層設置是根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖中基礎平面圖、各樓層板平面圖等圖紙中所標注的樓層結(jié)構(gòu)標高，把各樓層層高、標高等相關數(shù)據(jù)填寫到表中，進行樓層設置，建立樓層。樓層鋼筋的設置主要包括各樓層混凝土標號、鋼筋錨固和搭接長度的設置、各種構(gòu)件混凝土保護厚度的設置等。

3 BIM建模及所遇問題探討

新建工程—工程設置—建立樓層，這三個步驟在前面“建模前期準備工作”中已經(jīng)完成，后面進行建模的重點工作 “建立軸網(wǎng)”“繪圖輸入鋼筋”。

3.1建立軸網(wǎng)

在樓層建立完成后，就可以利用“繪圖輸入”建立軸網(wǎng)。軸網(wǎng)的作用是用來定位柱、梁等建筑構(gòu)件的位置。一般等同于施工圖圖紙中的軸線。軸網(wǎng)的建立首先要“新建軸網(wǎng)”，然后利用“修改軸網(wǎng)”對已建立的軸網(wǎng)進行修改和完善。（1）新建軸網(wǎng)軸網(wǎng)的種類一般有正交軸網(wǎng)、圓弧軸網(wǎng)、斜交軸網(wǎng)，根據(jù)工程實際情況選擇軸網(wǎng)類型，如選擇“新建正交軸網(wǎng)”，然后根據(jù)圖紙中設計的軸線情況，填寫“開間”“進深”的相關數(shù)值，即把軸號、軸距的數(shù)值添加入列表中。各種參數(shù)填寫完畢后，軟件自動生成軸網(wǎng)。（2）修改軸網(wǎng)利用這個功能可以對已建立的軸網(wǎng)進行修改和完善。

3.2繪圖輸入鋼筋

軸網(wǎng)建立完成后，下一步就可以進行各種構(gòu)件的繪制?！袄L圖輸入鋼筋”，就是先定義構(gòu)件，標注構(gòu)件中每根鋼筋的各種尺寸和屬性信息，然后立體地繪出建筑物中各個構(gòu)件。下面以框架結(jié)構(gòu)一層中柱、梁兩類構(gòu)件為例說明“繪圖輸入鋼筋”的方法和步驟。3.2.1柱對于構(gòu)件來說，“繪圖輸入鋼筋”的重點首先是對構(gòu)件進行定義，即在“屬性編輯”中對構(gòu)件中鋼筋的屬性進行定義和編輯，然后利用“點”“線”“面”等各種不同畫法進行繪圖。（1）柱定義及其屬性編輯在軟件“繪圖輸入”功能模塊導航欄中選擇“柱” ，然后選擇“新建矩形柱”進行定義，重點是對矩形柱進行“屬性編輯”。柱的屬性主要包括柱的名稱、類別、截面信息、鋼筋信息、柱類型及其他等，這些屬性需要按工程實際情況填寫。例如，“新建矩形柱”KZ1，以KZ1為例，進行定義。① “屬性編輯”中，類別選擇“框架柱”；② “截面信息”中：輸入?yún)?shù)截面寬（B邊）和截面高（H邊）：400*400③ “鋼筋信息”中：“全部縱筋”輸入8B18；“箍筋”輸入A8100；④ “柱類型”中：輸入“中柱”對其他柱如KZ2等如法進行定義。（2）繪圖柱定義完成后，在“繪圖”界面進行繪圖。在已經(jīng)建立好的軸網(wǎng)中，繪制“柱”。因為柱屬于典型的“點”構(gòu)件，利用“點”的方法，按照結(jié)構(gòu)圖紙中柱的平面圖，依次把KZ1、KZ2繪制在平面中的相應位置。（3）查看鋼筋三維圖柱繪圖完成后，通過動態(tài)觀察，可以俯視查看建筑全部柱平面結(jié)構(gòu)布置圖，也可以查看建筑全部柱的三位立體圖，還可以查看單根柱鋼筋三維圖。在此圖中，可以直觀地看到柱構(gòu)件中縱筋、箍筋的詳細形狀和信息，可以看出8根縱筋在柱中的位置，縱筋如何搭接、如何錨固，箍筋在柱的縱向如何分布、間隔大小、疏密程度等。如圖所示：三維的建筑空間模型，非常直觀地把梁、板、柱、樓梯等各種構(gòu)件及構(gòu)件中的鋼筋的實際狀態(tài)立體展示出來?？梢郧逦卣故窘ㄖY(jié)構(gòu)圖紙及各種鋼筋的形狀、位置等信息。（4）匯總計算軟件可以自動進行匯總計算，快速、準確。經(jīng)過計算后，得出首層柱鋼筋工程量。（5）應注意的問題“繪圖輸入鋼筋”的原則，一般是先主體，再零星，以便能夠方便繪圖，快速計算。針對不同的建筑結(jié)構(gòu)類型，一般采用不同的繪制順序，比如建筑為框架結(jié)構(gòu)，構(gòu)件繪圖流程一般為柱--梁--板--零星。3.2.2梁（1）梁定義及其屬性編輯如圖1在軟件“繪圖輸入”功能模塊導航欄中選擇“梁” ，然后選擇“新建矩形梁”并進行定義，通過“屬性編輯”對各種梁構(gòu)件輸入各種參數(shù)。梁的屬性主要包括柱的名稱、類別、截面信息、鋼筋信息、其他屬性等，這些屬性需要按工程實際情況填寫。下面以KL1為例，對其進行定義。首先新建矩形梁KL1，然后編輯其屬性：KL1屬性編輯“其他屬性”中：梁標高：軟件一般默認為層頂標高“保護層厚度”、“節(jié)點設置”、“搭接設置”等均按前面的設置計算。按圖紙中KL1標注的數(shù)值，在軟件“屬性編輯”中將這些相關參數(shù)輸入。對其他梁如法進行定義。（2）繪圖梁定義完成后，在“繪圖”界面進行繪圖。在已經(jīng)建立好的軸網(wǎng)中，繪制“梁”。因為柱屬于典型的“線”構(gòu)件，利用畫“直線”的方法，按照結(jié)構(gòu)圖紙中梁的平面圖，依次把各種梁繪制在平面中的相應位置。（3）查看鋼筋三維圖梁繪圖完成后，通過動態(tài)觀察，可以俯視查看本層全部梁平面結(jié)構(gòu)布置圖，也可以查看本層全部梁的三位立體圖，還可以查看單根梁鋼筋三維圖。在單根梁鋼筋三維圖圖中，可以直觀地看到梁構(gòu)件中上部通長筋、下部通長筋、拉筋、箍筋等所有過鋼筋的詳細形狀和信息，可以看出各根鋼筋在梁中的位置，如何搭接、如何錨固，箍筋在梁的水平方向如何分布、間隔大小、疏密程度等。如圖2所示：單根梁鋼筋三維圖（4）匯總計算軟件可以自動進行匯總計算，經(jīng)過計算后，得出單根梁或各層梁鋼筋等各種工程量的匯總。因此，在工程審計過程中，就非常容易進行審核和對量。如圖所示：首層梁各種鋼筋工程量（局部））（5）應注意的問題梁的原位標注問題：梁繪制完成后，只是對梁的信息進行了集中標注，并沒有完成原位標注。所以接下來還要專門對梁進行原位標注。梁的原位標注包括標高調(diào)整、左支座鋼筋、右支座鋼筋、次梁加筋、拉筋、吊筋等等。進過原位標注后的梁的鋼筋信息才完整和全面，才能準確計算鋼筋工程量。以上是以框架結(jié)構(gòu)一層中柱、梁兩類構(gòu)件為例說明利用BIM進行鋼筋算量的方法和應注意問題。其余構(gòu)件的算量，與其思路類似。結(jié)語利用BIM進行鋼筋軟件算量有以下優(yōu)點：（1）建立三維建筑模型，鋼筋信息形象直觀。傳統(tǒng)的建筑結(jié)構(gòu)的平、立、剖圖紙，以及鋼筋平法標注，屬于二維結(jié)構(gòu)。而利用BIM建模后，三維的建筑空間模型，非常直觀地把梁、板、柱、樓梯等各種構(gòu)件及構(gòu)件中的鋼筋的形狀、位置等信息立體地展示出來，鋼筋的搭接、錨固、彎鉤等計算難點變得輕松容易。（2）減少瑣碎記憶、計算快速準確。根據(jù)BIM鋼筋計算模型，構(gòu)件鋼筋間的扣減關系、鋼筋工程量計算規(guī)則、計算公式等根據(jù)圖集和規(guī)范要求進行事先設置，不需要把所有公式都記住，構(gòu)件鋼筋間的扣減關系是由計算機程序進行處理和計算，準確度高，計算速度快，而且不易出錯。把人們從簡單機械的計算中解放出來。在工程審計過程中，容易進行審核和對量。利用BIM進行鋼筋軟件算量，在工程計量與計價實際應用中經(jīng)過不斷探索和完善，能取得很好的效果。

作者:李欣欣 單位:山東農(nóng)業(yè)大學水利土木工程學院