杜玮琮

上海市基础工程集团有限公司 上海 200433

钢筋作为建筑设计、施工和造价的重要组成部分，其造价占据整个项目造价的30%～40%[1]，因此越来越多的企业开始重视钢筋工程。

近几年，建筑业面临转型升级，钢筋工程的管理方式逐渐由粗放式管理转变为精细化、信息化管理[2]。因此，需要寻找一种精简高效的钢筋翻样系统来解决钢筋浪费问题。

随着信息化时代的到来，计算机的应用越来越广泛[3]。本文通过总结归纳钢筋翻样公式来完成数据翻样，并通过自主研发的下料优化及接长算法来提高钢筋利用率，最终形成以指导现场施工为目的、简单便捷的钢筋翻样系统。该系统在项目现场进行应用，有效地指导了工人施工并提高了钢筋利用率，初步实现了企业降本增效。

1 工程背景

上海硬X射线自由电子激光装置项目（XFEL）是世界顶级的大科学装置之一，其工程目标是建设1台能量8 GeV的超导直线加速器、3条波荡器线、3条光束线以及首批10个实验站。硬X射线自由电子激光装置工程围护结构采用铣接头形式的地下连续墙。1号井厚1.2 m、深83 m的超深地下连续墙共计46幅。

2 钢筋翻样

钢筋翻样是指施工人员根据图纸计算钢筋详细清单并画出加工简图。钢筋翻样在实际应用过程中分为2种：一种是设计翻样，指在设计阶段对图纸进行钢筋翻样，以统计图纸中钢筋用量为目的，用于造价预算及招投标工作；另一种是施工翻样，即在设计翻样的基础上考虑接驳器、钢筋接头错开距离等问题以指导现场施工。

2.1 计算规则整理

钻孔灌注桩一般含有纵筋、螺旋箍以及加强箍，组成相对简单；而地下连续墙包含纵向主筋、非加密水平筋、支撑处水平筋、立筋、桁架筋等一系列钢筋近30种，同时，不同类型的地下连续墙，其计算规则也各不相同。

通过调研大量的钢筋翻样数据，针对钻孔灌注桩及每一种地下连续墙类型内的每一种钢筋，都制定了相应的输出参数以及计算规则。选择不同钢筋类型，根据提示输入对应参数（图1），可以高速快捷地完成钢筋翻样。

2.2 断料及接头错开

图1 信息录入界面

地下连续墙深度往往可达50 m以上。在地下连续墙以及钻孔灌注桩的钢筋翻样过程中，纵向主筋占据其中很大的一部分，而钢筋出厂的定尺长度一般为6、9、12 m。因此，需要使用接驳器将几根定尺长度的钢筋连接在一起以满足纵向主筋的长度要求。系统会依据不同情况进行计算，完成断料以及接驳器数量的统计。

GB 50666—2011《混凝土结构工程施工质量验收规范》规定“纵向受力钢筋机械连接接头及焊接接头连接区段的长度为35d（d为纵向受力钢筋的较大直径），且不小于500 mm”，同时，对同一连接区段内纵向受力钢筋机械连接及焊接的接头面积百分率作出了相应规定。

为考虑接头错开距离的问题，在输入端预设了一个参数，并提示接头错开距离最短长度。以定尺长度9 m为例：

1）实际钢筋长度为40 m，系统会给出“9×4＋4”的组合方式进行断料。

2）实际钢筋长度为37 m，直径为36 mm，可以发现如果采用“9×4＋1”的组合方式会不满足接头错开要求，此时假设输入接头错开距离为2 m，则会给出“9×4＋1”及“3＋9×3＋7”的组合方式，可以满足现场要求。

2.3 下料优化

钢筋优化下料问题可以简单表述为：目前项目现场需要相同等级和直径并且长度为a1的钢筋b1根，a2的钢筋b2根，……，an的钢筋bn根，在定尺长度一定的情况下，通过下料优化，以总共使用定尺长度最少的方法来实现钢筋下料。

针对一维线性钢筋下料问题，常用的方法是线性规划或整数规划，包括Excel规划求解[4]，LINGO求解以及MATLAB求解。此外，还可以使用AB分类法[5]、启发式算法[6]和模拟退火算法[7]。上述解决方法都通过软件内置算法来进行数据处理。在研究各方算法的基础上，系统采用由局部最优推向全局最优的思路进行下料优化，限制运算循环次数，作出近似最优解，从而指导项目现场实现下料优化。

以硬X射线项目标准段地下连续墙中钢筋直径为32 mm、钢筋等级为HRB400的钢筋下料优化为例，需要实现下料优化的钢筋列表如图2所示。

本次优化目标是满足图2中的钢筋下料要求，实现使用定尺长度钢筋最少的下料优化方案。

图2 钢筋长度与数量列表界面

经系统计算后，得到下料优化方案，如图3所示。

图3 下料优化方案界面

对于图3所表达的含义，以第一行为例：下料方案1为“（3 070×2＋1 887.351） mm”，余料为972.649 mm，这个方案共实行5次。 在下料方案1中，余料为972.649 mm，小于1 m，通常在项目上小于1 m的钢筋会作为废料被处理。而下料方案7中，余料为1 450.596 mm，大于1 m，并且有133根，数量庞大，全部废弃会造成经济损失，因此，选择进行二次优化，即通过钢筋下料接长来进一步提高钢筋利用率。

2.4 下料接长

下料接长是将余料接长重新使用。项目现场一般会将长度大于1 m的余料重新使用。为应对可能出现的变化，设定了变量参数——废料长度，作为边界条件进行控制。

紧接图3下料优化方案中的数据，可以看到既有小于1 m的余料，也有大于1 m的余料。选择进行下料接长后，系统会对大于1 m的余料进行下料接长处理（图4、图5）。

图4 下料接长方案界面一

图5 下料接长方案界面二

从图4和图5中可以发现，对直径为32 mm的钢筋进行下料接长后，可以接长出21根定尺长度为9 m的钢筋，从而通过优化再一次提高了钢筋利用率。

3 实例分析

以实际的工程案例为例，挑选了硬X射线项目中幅宽6 m（标准幅）的一字形地下连续墙进行测试。

通过系统翻样，得到钢筋理论质量约为38.70 t，经过比对，翻样准确率高达98.5%，其中出入主要在水平筋数量的计算上。通过单幅下料优化及接长，可比实际单幅节省钢筋2.42 t，且在下料优化组合内的地下连续墙数量越多，钢筋的利用率将变得越高，具有很好的实际效用。

4 结语

本文以实际项目为载体，将理论开发软件与现场实际相结合，针对工程实际中钢筋翻样问题，提出了一种切实可行且十分有效的解决方法：

1）通过输入参数，快速进行钢筋翻样。

2）将翻样数据进行下料优化及接长，提高钢筋利用率。

3）输出数据统计报表，便于现场管理。

本文以地下连续墙与钻孔灌注桩中的钢筋翻样为研究目标，目的是研发一种方便项目人员使用的钢筋翻样系统，并且提供下料优化以及下料接长功能。通过算法研究切实帮助项目提高钢筋利用率，实现降本增效。同时提供料单报表，便于指导施工。