技术革新推进产业现代化

文｜陈斐

近年来，我国核电项目进展顺利，仅2018年就捷报连连：EPR 全球首堆广东台山核电1号机组首次并网发电成功，AP1000 全球首堆浙江三门核电1 号机组首次并网成功，华龙一号穹顶吊装成功，中俄签署迄今最大核能合作项目。2019年10月16日漳州核电1 号机组开工，意味着国产自主三代核电技术华龙一号正式进入了批量化建设时代。

随着我国核电技术方面重大突破和核电标准化体系的完善，将不断推动我国自主核电品牌建设和国际合作。在核电施工中要使用大量的钢筋，某些堆型单机组钢筋使用量高达6 万吨，由此可见，钢筋深化设计和加工是核电建设的重要环节之一，直接影响核电工程的质量和安全。对此，中国核工业二四建设有限公司在核电工程中配备了美国KRB 机械公司制造的先进钢筋加工设备，包括钢筋联动剪切线、数控弯箍机和数控弯曲机，加工精度和生产效率较高。

目前各大施工企业利用BIM 技术进行钢筋深化设计的成果有很多，但将BIM 技术应用于钢筋自动化加工的成果较少，主要是由于BIM软件与钢筋加工设备间存在数据孤岛问题。尤其在核电工程中，虽然钢筋加工设备较为先进，但仍需要人工手动录入钢筋信息到设备中才能完成钢筋加工。这种方式人工成本较高、效率低，并存在一定的人为失误因素，因此，利用BIM 技术开展钢筋自动化加工研究迫在眉睫。

图1 技术路线图

数据交互 自动读取

施工企业在核电工程中利用BIM 技术进行钢筋深化设计后，通过二次开发，将模型通过专用格式与核电多项目管理系统ENPower集成，在系统中将钢筋数据自动处理转换成PDF417 二维条码，并自动生成钢筋加工计划和配料单，然后利用与钢筋加工设备配套的扫码器扫描配料单上的二维条码，由此将钢筋加工数据传输到设备中，从而完成钢筋自动加工。

BIM 与钢筋加工设备的数据交互。利用BIM 技术进行钢筋深化设计得到的是含有详细数据信息的几何形状，如何让钢筋加工设备读取钢筋的BIM 几何形状信息并正确加工是主要研究点。通过查阅国外钢筋加工设备技术手册，最终选定BVBS 码作为钢筋几何形状信息的数据载体，钢筋加工设备只需读取钢筋对应的BVBS 码便可以解析二维钢筋形状和三维钢筋形状数据。

一个完整的BVBS 码用来表示一根或多根同类型的待加工钢筋，可分为形状类型、头部数据块（标识符H）、几何数据块（标识符G）、校验数据块（标识符C）、换行符（标识符CRLF）四部分。其中头部数据块和几何数据块的钢筋信息可以从BIM 模型中读取。

PDF417 二维条码是一种堆叠式二维条码，1991年由美国SYMBOL 公司发明，PDF（Portable Data File）意思是“便携数据文件”。组成条码的每一个条码字符由4 个条和4 个空共17 个模块构成，故称为PDF417 条码，PDF417 条码结构图如图2 所示。PDF417 条码最大的优势在于其庞大的数据容量和极强的纠错能力，即使条形码污损50%也能被正确读出。PDF417 二维条码是实现证件及卡片等大容量、高可靠性信息自动存储、携带并可用机器自动识读的理想手段。

图2 PDF417 条码结构图

图3 示例钢筋的PDF417 码

因此，PDF417 码完全满足作为钢筋几何信息载体的条件，将BVBS 码转化为PDF417码便可将数据扫描读取到钢筋加工设备。上文中示例钢筋的PDF417 码如图3 所示，用专用扫码器便可扫描得到BVBS 码。

数据集成 自动加工

核电工程钢筋深化设计采用Bentley 公司的ProStructures 软件。核电多项目管理信息系统ENPower 是在统一的数据库和网络系统支持下建立的系统的、高集成度的信息系统，能够管理核电建造过程各阶段业务的全部信息，包括钢筋加工料单信息。要将BIM 技术应用到钢筋自动加工中就必须实现BIM 与ENPower 的集成。

i-model 技术是为支持项目团队联合工作的信息交互的通用方法，适用于项目的几何图形信息和数据信息。i-model 包含丰富的元数据和组件的业务属性、几何图形及关系，不需要专门的应用程序逻辑来解析，不需要引用外部的架构定义，所有需要的架构定义都内置在i-model 中。i-model 包含信息的来源、日期、状态等，且是只读的。i-model 可直接由Bentley 软件输出或转换程序生成。鉴于此，i-model 技术是实现BIM 与ENPower 系统集成的最优方式。

图4 BIM 与ENPower 系统的集成

图5 转换BVBS 码和PDF417 码功能模块

图6 钢筋配料单

图7 KRB 钢筋联动剪切线设备

图8 扫码操作

图9 移动端扫码操作

图10 弯曲机自动加工

利用i-model技术，经过二次开发，ENPower 系统中可以直接查看钢筋三维模型并读取钢筋的几何形状信息（图4），实现二者的数据集成。

接下来在ENPower 系统中添加两个功能模块，一是将钢筋的几何形状信息转换为BVBS码的功能模块，二是将BVBS 码转为PDF417码的功能模块（图5）。

这样一来，ENPower 系统导出钢筋配料单（图6），钢筋加工厂工人利用扫码枪扫描料单上的PDF417 码，加工数据便传输到钢筋加工设备，设备读取完一个批次的数据后就能开始自动加工（图7～10）。

目前，各类堆型的核电工程中约有近200种二维和三维钢筋形状，采用BVBS 码格式能够准确表达其中约100 种常用钢筋形状。但对于非标准、异形钢筋，数控加工难以解决技术问题，仍需要借助常规加工设备。数控设备与常规设备搭配使用，可以解决不同的加工需求，数控设备的高效性可以解决批量化半成品加工，常规设备的灵活性可以解决非标构件、零星变更补料等需求。

将BIM 技术应用在核电工程钢筋自动加工中，操作简单，不仅可以大大减少人为干预过程，避免因人为失误造成的损失，还可以提高钢筋的加工质量和效率，在实际应用中钢筋加工效率提升约29.23%。此外也降低了钢筋加工废料余料率，每吨钢筋成本可以节省约175 元，具有较好的经济和社会效益，是今后核电工程和其他大型工程钢筋加工的趋势，而且能够提高企业在市场上的科技实力和综合竞争力。

下一步研究方向是通过ENPower 系统连接钢筋加工设备、采集钢筋加工信息，可支持钢筋加工厂的加工过程监控、材料管理；通过扫码监控钢筋成品的仓储、物流和交付等过程，可提高项目管理水平、减少仓储积压。进一步助力我国数字化核电建设。