基于BIM技术的钢筋工程施工阶段精细化管理研究

陈凯， 伍昌， 邵志国， 荣宇豪， 杨旭

(中建八局第一建设有限公司， 山东, 济南 250100)

0 引言

建筑业在我国经济建设中扮演着重要角色，是国民经济中重要的支柱性产业之一。建筑业的高速发展带动了混凝土、钢筋等建筑材料用量的急剧增加，其中钢筋的造价约占总造价的25%。目前，我国在房建项目中已实现了混凝土和模板集中采购并应用的商业化模式，而钢筋因其规格、种类、形状的多样性，缺乏更为先进的加工技术，仍采用人工现场加工的模式，在一定程度上压缩了项目的效益空间[1-3]。传统的施工管理模式通常采用粗放式的管理手段，且过度依赖经验，对施工管理的前、中期的控制管理有所忽视，从而引起项目成本和质量得不到有效的控制和管理，特别是在钢筋工程方面。

近些年来，随着建筑业的迅猛发展，数字化、信息化的技术手段被各大建筑企业广泛应用，极大地提高了施工效率和工程质量，其中利用BIM技术进行三维建模实现指导施工，实现了施工信息化管理。以钢筋工程为例，针对复杂的钢筋施工方案，首先利用BIM技术对钢筋进行翻模，经优化分析后对钢筋下料长度进行优化调整，从而实现钢筋的精细化管控。因此，BIM技术在施工阶段的应用将有助于实现施工管理的精细化，是未来的发展趋势，将推动现有施工管理模式的进一步发展和完善，提高施工管理水平[4-6]。

1 钢筋工程管理现状

在钢筋工程施工中，理论上希望以专业、科学、多层把控的方式进行钢筋制作和施工，一般由施工总承包方将钢筋工程分包给钢筋单项工程分包单位，钢筋工程分包单位将参与的人员分成钢筋制作方和钢筋绑扎方，并且双方均下设小组长对钢筋的实际施工工人进行管理，过程如图1所示。由于这种钢筋制作和施工的方法需要参与的人员多，钢筋工程的质量依赖于分包商的水平，加之很多工地由于没有这么多的专业人员，将钢筋工程直接交给劳务分包单位的情况很常见。目前这种方式存在生产效率较低、钢筋质量难以得到保证等问题，一旦钢筋工程出现问题，很难找到直接责任主体，不利于工程质量安全的监督和处罚[7-8]。

图1 钢筋工程制作和施工流程

由于钢筋工程的制作和绑扎全部交给分包单位去完成，钢筋制作人员主要依靠经验以及钢筋下料表完成钢筋制作，专业水平和制作水平有限。按照传统的方式进行制作，对于目前出现的一些新兴的结构造型复杂的钢筋制作缺乏创新，导致钢筋质量尤其是节点质量较差，影响工程进度和安全[9-10]。

目前施工现场中，钢筋工程多是粗放式的管理，没有做到材料采购、材料制作、废料管理的精细化资源配置，导致钢筋浪费现象较多，不利于成本控制[11]。

2 BIM技术在钢筋工程精细化管理的适用性

BIM(Building Information Model)技术是指建筑信息模型技术，可以对建住设计、建筑施工、建筑成本、施工进度等进行集成化的管理。深入使用BIM技术可以进行工程数据的收集、传递等智能化管理。由于BIM技术具有可以直观显示三维图纸，多方共同使用平台进行沟通协调、模拟工程全过程的施工、优化人员以及资源配置等特点，所以它被广泛应用于建筑工程中[12]。

在钢筋工程中，BIM技术的可视化特点可以利用钢筋算量软件进行建模，建完模型之后可以提量，并且可以随时修改钢筋信息，重新汇总计算，提取相应的工程量，大大提高了工作效率以及计算的准确性，对于钢筋工程具有一定的作用。

在钢筋工程精细化管理中，需要具备相应的管理平台即BIM信息管理平台，并且有相应的实施软件即Tekla软件，同时加上BIM技术的可视化、计算准确高效、碰撞检查等作用，可以使钢筋工程精细化管理。

但是目前在推进钢筋工程精细化管理的过程中，仍然存在一些问题。首先，精细化管理仍然处于粗放式的阶段，没有规定的标准进行执行，导致现在市面上的管理约十分之一依靠管理软件的操作，剩下的十分之九都是根据人的主观意识进行设定，导致其使用的作用以及范围受到很大的局限性；其次，软件的使用便捷性较差，BIM软件大多数由国外开发进而引入到国内，在操作和使用上，以国外开发者当地的使用习惯为主，我国BIM人员在使用软件的时候需要花费一定的时间去学习软件的使用习惯，大大降低了软件推广的速度和普及度；最后，BIM技术在使用过程中出现断层现象，由于钢筋工程精细化管理过程中需要多方的共同作用，但是现在各方之间的实际共同管理与理论之间存在一定的差距，导致整个BIM技术在钢筋工程精细化管理中非连贯整体性的使用[13]。

3 基于BIM技术的钢筋工程施工阶段精细化管理体系构建

在钢筋工程施工阶段精细化管理体系构建的主要目的是实现BIM技术的实际以及管理层上由粗放式向精细化进行转换。

3.1 精细化管理体系构建

在体系构建中，主要是集成整个钢筋工程的信息，并且在信息管理平台中进行使用、修改、输出等。施工阶段的钢筋工程精细化管理体系由两大部分组成：第一部分为BIM技术的应用；第二部分为精细化组织管理。BIM技术应用中主要包含的内容有钢筋工程施工前的钢筋翻样、加工之前的下料单据管理、钢筋加工过程中的管理、加工制作好后的运送管理、材料的保管和管理、钢筋从业人员的管理等6个方面；精细化组织管理部分内容有精细化的结构组织设计的构建、管理制度的精细化制定管理、整个从业人员全员参与精细化管理的力度三个方面。整个体系的构建如图2所示。

3.2 BIM技术应用层面支持

BIM技术应用层面支持中包括钢筋翻样、下料单据管理、钢筋加工过程中的管理、加工制作好后的运送管理、材料的保管和管理、钢筋从业人员的管理等6个方面，主要使用的平台是信息管理平台，这个平台具体的功能如图3所示。

在钢筋工程施工前的钢筋翻样中，这个过程的特点是规范化要求较高、专业化程度要求较高、计算的复杂性以及结果的准确性要求较高，这个过程在钢筋工程整个施工过程中是重要的一个环节。在具体实施过程中，要选择一款计算准确度较高、适用性较好的软件，计算过程中进行管理，避免多算或者少算的现象发生，达到计算准确的目的。具体可以从以下几方面入手：第一，引入专业的钢筋算量人才进行专门的钢筋翻样；第二，采用适用的一致性标准进行参数化建模，并且可以设计一些建模的辅助工具进行翻样的便捷化；第三，注重模型检查的作用，在建完模型之后可以选择合适的方法进行模型检查；第四，在断料部分考虑多种因素的情况下采取智能化的断料；第五，注重钢筋排布图的输出以及准确率的检查。

图2 钢筋工程精细化管理体系构建

加工之前的下料单据管理部分摒弃传统的料单传递途径，采用BIM技术实现料单传输网络化，具体的传输途径如图4所示。由图4可知，将钢筋翻样的结果进行数据提取，将数据分成加工制作料单和绑扎料单，进行相应的操作，最后形成一个数据文件。具体的操作步骤：第一，钢筋料单的具体数据上传，在这部分通过信息管理平台的料单上传功能进行实现；第二，材料加工安排，在核查第一步的料单数据准确的前提下，进行钢筋加工的安排，将任务发给具体的工厂，进行加工批次的添加，添加好的界面如图5所示，根据相应的加工批次进行材料配送的安排。

图4 料单传递流程图

图5 钢筋加工批次添加图

钢筋加工过程中的管理将传统的粗放式的管理向集约化的管理进行转变，同时引入大型的机械生产设备，降低人的主观失误的概率。首先要引进工厂加工设备，比如钢筋弯曲机(型号是GW40)、钢筋调直机(型号是JK3)、钢筋切断机(型号是GQ40)、直螺纹套丝机(型号是15-15)等；然后进行生产单元的预测和制定，将整个钢筋制作过程分成钢筋剪切和钢筋弯曲两大部分，并且估计每个部分的生产能力，形成最优化的加工配置。

加工制作好后的运送管理阶段，要采用信息化的管理阶段完成运输路线的最优化设置、钢筋的最佳堆放方式，接着完成钢筋数量和型号的核查工作，然后将钢筋进行分类分批次的运往施工现场。

钢筋从业人员的管理需要从根本上加强意识，可以采用专门培训的方式、定期考察的方式、每天坚持遵守制度等方面进行约束，当从业人员的效率提高了，整个钢筋工程的产出也会大幅度的提高。

3.3 管理层面支持

管理层面的支持包括结构组织设计的构建、管理制度的精细化制定管理、整个从业人员全员参与精细化管理等三个方面。

在组织设计方面，人员的管理模式进行改革和创新，形成扁平化的模式，如图6所示。这种组织管理模式具有高效、专业的优点，解决了管理混乱和不专业的问题。在企业制度管理方面，根据实际情况不断修改制度，形成集员工绩效、员工作业标准、员工责权划分等于一体的精细化切实可行的管理制度。在员工管理方面，开展定期的钢筋工程专业知识和管理的培训、张贴横幅、与知名专家进行交流等形式逐步提高员工的精细化意识。

图6 结构组织设计图

4 总结

本文针对基于BIM技术的钢筋工程施工阶段精细化管理进行研究，得到如下结论。

(1) 目前钢筋工程在施工阶段的管理存在的问题有：传统分包模式盛行，导致工作效率低下；钢筋工程从业人员专业水平低，创新能力有待提高；信息管理水平较差，以粗放式管理为主。

(2) BIM技术具有可以直观显示三维图纸，多方共同使用平台进行沟通协调、模拟工程全过程的施工、优化人员以及资源配置等特点，十分适合应用于钢筋工程施工阶段的精细化管理。

(3) 构建了基于BIM技术的钢筋工程精细化管理体系，体系由BIM技术的应用和精细化管理两大块组成。其中，BIM技术应用部分由钢筋翻样、下料单据管理、钢筋加工过程中的管理、材料运输、材料的保管、从业人员的管理六个方面组成；精细化组织管理部分由结构组织设计的构建、管理制度的精细化制定管理、从业人员全员参与精细化管理三个方面组成。