桥墩数字化配筋与加工研究

秦立鹏，丁 杰

（中交三公局工程总承包分公司 北京100023）

0 引言

近年来，建筑信息模型（Building Information Mod⁃eling），即BIM 技术得到了快速发展，正是因为其能较好地满足工程需求，具有众多优势［1］。对于钢筋混凝土工程体量庞大的结构，合理运用BIM 技术，可以直接生成结构的立面图、剖面图，布置三维钢筋模型，快速地统计钢筋数量，钢筋图也可以依靠电脑程序自动绘制，效率大大提高［2］。可以较强适应非标准建筑结构，特别是对于大型土木水利工程项目，建筑物非标结构多，钢筋图可复用性低，BIM 技术可以大大提高设计的质量和效率。此外，数字化配筋技术可以使“错、漏、碰”等常见问题得到快速检查，以及便利地修改［3］，这样可以大大减轻校审工作人员的负荷。

BIM 技术可以形成一个精准的数据源和一个实时的数据流，这将对后续的工程量统计、工程造价、技术交底、现场施工指导等过程具有较高的应用价值。BIM 技术的应用极大推动了施工效率和质量的提升［4］。通过建立符合实际结构的三维钢筋模型，不但可以精准检查钢筋碰撞问题，还可以辅助设计人员进行配筋图绘制、钢筋数量自动统计。BIM 技术使技术员和施工员平行协作，精准把控工程量和节约成本，从施工前期到后期，全程指导施工人员进行下料施工管理、施工现场作业和数字化交付［4］。目前国内各设计单位都在自主开发数字化自动配筋软件［5］，主要有以下几种主流数字化配筋软件：①Rebarsmart 钢筋混凝土结构数字化设计软件［6-7］，该系统能够提供“一站式”的三维钢筋布置、二维图纸出图和全面、成熟、可靠的数字化交付解决方案，包括设计、施工、造价、采购、安装等全生命周期管理过程，以及工程后期的数字化交付及运维管理。②多标准参数化三维钢筋站设计系统Restation［8-9］。它具有支持多种标准、相关性强、自动编号、智能绘图等优点。该系统应用广泛，为钢筋设计、现场施工下料、钢筋图绘制、材料统计等提供了便捷的工具。③港口工程数字化智能勘察设计集成系统（HIDAs 系统）［10-11］，该系统可提供多种三维智能建模方法。系统建立的钢筋模型与结构构件的三维CAD 模型直接关联，当模型只改变几何尺寸时，可自动更新钢筋，计算钢筋的长度、体积和质量。

目前针对钢筋混凝土工程的三维布筋和钢筋量统计的数字化研究，得到了较为广泛的研究和发展，但是对钢筋原材料加工的优化未见报道，本文基于某高速公路中的桥梁墩柱配筋工程，阐述了YJK-REVIT一体化平台的数字化配筋应，并采用VBA宏语言对钢筋加工的应用进行了研究。

1 工程背景

本文以某实际工程项目为研究对象，从而为工程实践提供理论基础和技术指导。某高速公路工程连接北京与雄安新区，呈东北至西南走向，其中某段长6.833 km，线路图如图1所示。由于本地区属于平原地区，地势相对较为平坦、开阔，地形起伏较小，人口较为密集。所以项目桥梁占比高达99.5%，其中482个钢筋混凝土墩柱为工程主要施工内容，且墩柱构形式复杂多样，钢筋数量极大，某段T 型钢筋混凝土墩柱如图2所示。所以引用数字化技术对于提高桥墩配筋和加工效率尤为重要，同时也可以一定程度上减轻技术工程人员的负担，加快施工进度。

图1 某高速公路线路图Fig.1 Route Map of a Expressway

图2 钢筋混凝土墩柱Fig.2 Reinforced Concrete Pier

2 数字化配筋方案

随着计算机技术的飞速发展，BIM 技术也得到了快速发展，结构设计和建筑施工领域已经逐步转向全三维设计，传统的二维工程图可以通过切割、投影等操作直接从三维模型中获取，使设计过程变得更加便利、更轻松、更高效。然而，传统的平面设计模式需要绘制结构不同截面的平面图、立面图和配筋图。钢筋表和材料表中的钢筋用量、材料消耗等信息需要人工清点，工作量巨大。设计方案变更时，设计人员需要根据投影规律对相关二维配筋图进行逐一修改，重新计算配筋量和材料消耗量，非常繁琐，容易出现错漏。基于BIM 技术的数字化配筋技术可以改变传统平面设计模式存在的固有问题，能进一步提高目前结构配筋的效率和设计质量。

本文结合盈建科建筑结构设计软件和BIM应用主流软件REVIT，实现了施工结构的模型可视化，使结构设计分析模型和信息模型集成一体，便于发现和检查结构设计中存在的问题，避免其出现于实际施工过程中，形成一种有效可行的基于BIM 的结构设计方法。对某桥墩进行三维建筑结构建模方法如下：

⑴创建建筑模型。建立桥墩的三维建筑视图，然后加入更多细部组件模型，从而为动态模型的建立做好基础，建筑模型可以随时发生变更。

⑵建立REVIT 初步结构模型。加入施工现场布置、钢筋、预应力钢绞线、肋板结构等，并按规则进行命名，便于能够在一体化平台中进行查找和执行特定的操作命令。利用YJK 软件对模型进行初步分析计算，对配筋进行调整。

⑶调整REVIT 模型。根据初步设计结果对RE⁃VIT 模型进行调整更新，并进行碰撞检查。最终完成三维实体布筋，构建完善的BIM 结构模型。可以自动生成结构施工图。

通过BIM 物理模型和YJK 软件的分析和设计结果的动态集成，实现了配筋信息根据设计方案进行实时动态更新。模型初步设计分析中的墩肋板配筋示意图如图3所示，桥墩REVIT模型示意图如图4所示。

图3 桥墩肋板配筋Fig.3 Reinforcement of Pier Rib Plate （cm）

3 数字化钢筋加工

结合工程特点及桥梁分部情况，考虑标准化集中管理方便、高效的原则，本项目集中钢筋加工场，如图5所示。钢筋加工场分为材料堆放区、半成品区、成品区、加工作业区，并形成流水线作业；钢筋半成品区、成品区位于一侧，材料堆放区和作业区位于另一侧，二者进行适当间距分隔，以便与成品材料进场。为满足施工进度要求，钢筋加工设备使用进口自动数控加工设备。

图4 REVIT整体建模Fig.4 REVIT Overall Modeling

图5 钢筋加工场Fig.5 Reinforcement Processing Yard

Visual Basic for Applications（简称VBA）是新一代标准宏语言，是基于Windows 的VB 语言发展而来的。VBA 宏语言提供了一种面向对象的编程方法和一种比较完整的编程语言。用户可以方便地将琐碎的下料设计和加工优化转换成VBA程序代码，使工作自动化。VBA 语言具有以下特点：①使重复的任务自动化；②自定义EXCEL 工具栏，菜单和界面；③自定义EX⁃CEL，使其成为开发平台；④可以方便地创建报表；⑤能够对数据进行复杂的操作和分析。

为提高钢筋加工效率和控制成本，本文基于YJK-REVIT 一体化平台结合EXCEL 格式的VBA 程序开发，对钢筋混凝土墩柱钢筋加工进行了优化设计，以达到钢筋原料的最优化利用，以节约成本。钢筋原材料长度一定，而桥墩需要各种不同长度和规格的钢筋，当体量小时造成的浪费不大，而当体量大时，对下料进行优化可以节省较大的成本。VBA 程序优化步骤如下：

⑴根据一体化平台的配筋方案得到桥墩中钢筋构件的规格、形状、尺寸、数量、重量等内容；

⑵VBA 程序根据所需钢筋信息集合原材料信息进行组合优化，使余料最短；

⑶输出钢筋下料表，下料表记录钢筋的样式、规格、尺寸以及所在位置。

⑷钢筋工按下料表进行钢筋构件制作和绑扎安装。

通过一体化平台得到钢筋数量和类型，在用户属性定义中，只需定义每种构件钢筋的属性，配合特定的程序代码，即可读取钢筋下料的信息，局部钢筋加工VBA优化程序如图6所示。

图6 钢筋加工VBA优化方案Fig.6 VBA Optimization Scheme of Steel Bar Processing

4 结语

本文基于某高速公路中的桥梁墩柱配筋工程，阐述了YJK-REVIT 一体化平台的数字化配筋应用，并采用VBA宏语言对钢筋加工的应用进行了研究，为类似工程的设计和施工提供参考和借鉴。今后，如何对复杂的钢筋模型的数据源和施工临时变化所致的数据流进行有效结合，是工程应用领域亟待解决的难题。数字化技术在工程项目中的应用具有巨大优势，必将得到长足发展。