基于BIM技术的钢筋混凝土框架节点构造模型的应用

【摘 要】为加强BIM技术在设计与施工之间的纽带作用，必须推动建筑工业的信息化步伐，推进BIM技术在设计阶段和施工阶段的联系，实现建筑工程施工的精细化管理。针对目前混凝土框架结构钢筋工程施工过程中存在的问题，文章提出基于BIM技术的钢筋混凝土框架节点构造模型的应用，为BIM技术的应用提供一个可参考借鉴的发展方向。

【关键词】BIM;框架节点;钢筋工程

【中图分类号】TU712.3 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）08-0070-03

0 引言

建筑行业是我国重要的经济支柱产业，2016年我国建筑业产值占到我国GDP总量的1/4左右。在众多建筑结构中，现浇钢筋混凝土框架是主要的结构形式。随着建筑使用功能的要求越来越复杂，建筑结构的跨度和承受的荷载越来越大，框架结构中的钢筋用量也越来越大。

现浇钢筋混凝土框架节点作为梁、柱等构件的交汇节点，钢筋的用量和布置形式、施工质量的要求也更高，节点施工的质量直接影响整个结构的质量。然而，目前我国采用的平法表示的结构施工图却不能直观地将结构设计内容传达给施工人员，施工人员对平法施工图进行翻样的质量直接影响施工质量，且当施工过程中出现问题时不能及时反馈给设计人员导致延误工期[1-3]。

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM），是在CAD技术基础上发展起来的多维模型信息集成技术，是对工程项目设施实体和功能特性的可视化表达。BIM技术是继CAD后新一代的建筑信息化技术手段，精确的BIM模型可以涵盖建筑全生命周期的各个阶段和专业，以此为基础对工程项目信息进行整合优化，可以有效提高复杂节点的设计深度，从而提高施工的质量和速度，减少材料浪费[4-6]。

1 钢筋翻样过程存在的问题

目前，我国结构施工图采用的是平法表达方式，只是将结构的尺寸、构造、配筋等信息表达在结构平面上，施工人员在施工阶段需要配合相应的图集进行钢筋深化后方能进行施工。现在的施工单位钢筋的翻样一般由劳务队自行翻样，然后项目管理人员进行审核。很多时候由于工区紧张，项目管理人员没有足够的时间进行审核。钢筋的成本占整个工程造价的30%～40%[7]，有的劳务人员缺乏经验，对钢筋的损耗缺乏考虑，钢筋加工会多出很多废料头;或者出现钢筋锚固长度、连接点位置不符合规范要求等质量问题;有的班组甚至不能准确控制主筋数量，导致剩余很多主筋;有的劳务班组为绑扎钢筋方便，随意增大箍筋尺寸，不但导致钢筋损耗量远大于预算，还会造成返工或者形成安全隐患。可以说，钢筋翻样的质量直接决定钢筋工程的施工质量。

2 钢筋混凝土框架节点存在的问题

2.1 节点成型标高问题

随着建筑的使用功能和立面造型的要求越来越高，建筑的结构形式越来越复杂，多梁交汇、异形柱节点越来越多，节点核心区的钢筋也更复杂。一般设计人员在进行配筋设计时是按照经验选定梁的有效高度，没有充分考虑由于钢筋重叠对梁有效高度的影响。而且，目前常用的结构计算软件主要是提供配筋面积，并不会考虑钢筋冲突的问题，最终采用平法表示的结构施工图也不能直观地表现出钢筋的排布情况。

施工人员在现场绑扎钢筋，一般的施工步骤是先预支模板，然后绑扎柱钢筋，主梁和次梁钢筋，最后放入支设好的模板里。如果支设完成后才发现节点核心区的钢筋重叠较多，如果不改变原主次梁钢筋的位置和形状，按照原标高浇筑混凝土，则可能导致节点处保护层厚度不足，从而影响结构的耐久性;如果单纯地保证满足保护层厚度，又有可能导致浇筑之后梁的标高高于设计标高，影响装修层的厚度，增大装修难度。有的施工人员在现场施工的时候为了保证保护层厚度，对钢筋进行随意的弯折，并没有按照《混凝土结构施工钢筋排布规则与构造详图18901-1》的要求进行弯折躲让，并对弯折躲让的钢筋增加梁下部纵筋弯起搭接的附加钢筋，降低了结构的质量。也有施工人员在现场采取了将某一根梁的钢筋整体向上或者向下躲让的办法，但没有经过设计人员确认，有可能导致梁的有效高度不足而留下安全隐患，或者是钢筋躲让之后梁的保护层厚度增加，没有采取相应的防裂措施导致保护层混凝土剥落。

2.2 梁柱节点箍筋绑扎问题

当多个梁在柱节点处交汇时，梁的纵筋要深入柱内锚固或者穿过柱子，就会造成箍筋绑扎困难。一般情况下，梁柱节点的施工顺序为柱纵筋→支设梁模板→梁钢筋绑扎→梁钢筋整体沉入模板。沉梁之后，节点处的位置基本被梁纵筋占据，导致箍筋估计无法绑扎和漏扎或者聚集在一处的情况。对于复杂的节点，提前做好施工模拟，确定钢筋的绑扎顺序，可以有效避免工序不合理导致的返工和箍筋漏绑的情况。

2.3 梁的主筋间距不足问题

结构复杂且荷载很大时，梁的配筋量復杂，从平法施工图上不能直观地发现钢筋之间的交错碰撞情况，如果现场绑扎的劳务工人缺乏经验，绑扎过程就容易出现钢筋净距不均匀甚至出现并筋的情况。钢筋间距不能满足规范要求，就会因为钢筋与混凝土之间的握裹力不足而留下安全隐患。若是梁顶钢筋过密，在施工过程中会出现浇筑困难的现象，影响浇筑质量，导致蜂窝麻面等施工问题，严重的甚至需要重新浇筑，影响施工进度。

对于一些钢筋较多的节点，特别是当柱纵筋较多时，柱子纵筋位置已经确定，劳务人员现场只能对梁钢筋进行调整，仍然会无法达到规范所规定的要求，此时只能更换更大直径的钢筋以减少钢筋的数量，更换钢筋往往需要设计单位重新确认，则有可能造成工期延误，因此提前做好深化设计是十分必要的。

2.4 钢筋锚固长度问题

经调查发现，框架梁的上部纵筋在端节点锚固时容易出现锚固长度不足的问题。框架梁的纵筋需要伸进柱内进行锚固，特别是在顶层的边柱端节点和柱子变截面处，由于柱顶钢筋也需要弯入柱内锚固，同时梁的钢筋也需要深入柱内锚固，如果柱钢筋绑扎过程不考虑梁钢筋的情况，就会导致弯折段的钢筋扎堆，导致梁的钢筋很难锚固进入柱内，导致弯折段的钢筋没有预留25 mm的最小净距要求，导致锚固效果受到影响。一般传统的绑扎过程为先绑扎柱纵筋，然后在绑扎主梁和次梁钢筋，如果柱钢筋考虑梁钢筋之间的碰撞，柱端就会被弯锚的柱钢筋挤在一起，导致梁的钢筋无法完成沉梁，现场工地为了保证能够按照图纸施工，甚至切割掉部分弯锚的柱钢筋，导致钢筋验收不通过而返工。

3 BIM技术在节点钢筋深化设计中的应用

3.1 运用BIM技术合理排布钢筋

经分析可知，钢筋混凝土框架中主次梁节点梁纵筋碰撞、梁柱节点钢筋碰撞、梁纵筋的净距不足的问题在实际工程中经常发生，采用BIM的软件预先进行碰撞检查和深化设计是解决施工问题的有效办法。其中，Autodesk Revit配套的管理软件Naviswork Manage可以对Revit中建立的钢筋模型进行碰撞检查，生成检查报告，提供给设计人员进行深化设计。

考虑到结构的使用要求，首先检查按照钢筋的排布是否会导致浇筑后节点标高与设计不符或者保护层厚度不满足要求情况。然后由于梁钢筋的净距比较难满足，所以在进行梁柱钢筋碰撞检查时可以先分析梁纵筋的净距是否能够满足规范要求，如不满足则先进行调整，接着对柱钢筋进行排布，尽量避开梁钢筋碰撞，最后调整柱钢筋直至满足规范的要求。通过BIM模型深化设计，可以使得钢筋排布更加合理，从而减少施工的错误率和施工过程中的设计变更。

3.2 运用BIM技术优化钢筋下料明细

传统的施工设计阶段，只是对钢筋量进行预算，钢筋预算量多用于建设初期的规划设计和对工程的总造价进行估算。传统的建设过程中，钢筋精确下料计算下料只存在于施工阶段，是一个“结构施工图→钢筋下料清单→钢筋加工→钢筋施工”的过程，两者的信息精度存在一定差异，碰上下料经验不足的劳务班组往往会使得实际钢筋用料远超预算的用量。

利用BIM建模软件直接建立结构模型，提取BIM模型中的配筋数据，或者直接读取BIM平法表示图纸中的注释族信息获取配筋的数据，导入如MATLAB等计算软件中，完成钢筋下料计算，并生成钢筋下料的明细表（见表1）。然后利用BIM技术软件的可视化功能，将生成的钢筋施工明细表和钢筋施工区分图在三维模型中对施工人员进行展示（如图1所示），可以有效提高施工的效率和正确率。

4 BIM技术在节点钢筋施工的应用

4.1 节点施工可视化管理交底

通过BIM技术的多维度的信息管理系统，可以实现对项目的全生命周期的可视化管理，有效地将设计信息传递给施工单位，减少关键设计信息漏传误传。通过三维模型展示所需建造的钢筋骨架，可以减少劳务人员素质参差不齐导致的图纸翻样错误。并且，可以通过在BIM模型中进行漫游，查询每一个实体构件的信息，将场地情况与施工进度相对应，形成多维的施工进度管理。

4.2 运用BIM技术模拟节点钢筋的施工顺序

对于复杂的节点，还可以应用BIM技术模拟钢筋的绑扎施工的顺序，分析现场条件是否满足施工要求，提前暴露施工的问题，避免在施工中出现问题而影响施工进度。利用BIM技术制订施工计划，不但可以将可能遇到的问题提前暴露出来进行解决，还可以将任务准确地分配到各个工期节点上，对工期过程中每天需要完成的工程量进行细化，从而提高施工计划的合理性，在施工之前就对人工、机械、材料进行合理分配，避免在施工过程中由于准备不充分而导致停工延误工期。

4.3 运用BIM模型指导现场施工

确定完成最终用于施工的BIM模型和施工计划后，将三维可视化的施工计划和钢筋下料信息交付现场的劳务工长，利用部分模型对现场的班组进行可视化的施工交底，劳务班组在现场复核BIM工程师提供的施工大样与现场结构是否相符，检查现场条件是否与BIM施工计划相吻合，无出入即可施工，减少图纸的错误率。

5 结语

框架节点作为“强节点，弱构件”设计思想中的重要部分，对结构的质量安全、使用效果、材料利用率都有着巨大影响。传统的二维结构施工图不能很好地把设计信息传递给施工，导致施工与设计脱节而产生了许多问题。

BIM技术作为建筑行业信息化发展的革命性技术，可以全生命周期地参与到项目的每一个过程中。其以三維模型为基础的数字技术是构建“设计—施工—管理”的有效桥梁，可以有效解决传统混凝土框架节点钢筋施工中的质量和材料浪费等问题。

参 考 文 献

[1]江宇冠，吴平春，王耀，等.BIM技术在某工程复杂节点钢筋设计中的应用[J].施工技术，2013，42（24）：93-

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[2]勾向海.房地产建筑框架结构施工质量的控制[J].科技创新与应用，2012（3）：183.

[3]连立川，张鹏程，刘燕妮.基于BIM体系的钢筋优化下料初探[J].土木建筑工程信息技术，2016，8（4）：69-72.

[4]庞毅玲，廖定国.高职院校BIM技术人才培养模式探析[J].企业科技与发展，2019（3）：74-75，78.

[5]赵岩.BIM技术在钢筋工程中的应用[D].北京：北京建筑大学，2015.

[6]尹为强，肖名义.浅析BIM5D技术在钢筋工程中的应用[J].土木建筑工程信息技术，2010，2（3）：46-50.

[7]王娟萍.谈钢筋分项工程的成本控制[J].山西建筑，2012，38（30）：245-246.