Оптимізація витрат арматури в каркасно-монолітному багатоповерховому будівництві з використанням багатокритеріального аналізу на основі BIM технологій

Abstract

Reinforcing steel is one of the key materials widely used in modern construction. This study investigates an approach to optimizing the fabrication of reinforcing bars through the integration of Building Information Modeling (BIM) technology with visual programming in the Dynamo environment. The common practice of cutting and bending reinforcement directly on construction sites leads to significant material waste, which in turn increases project costs and negatively impacts the environment. To address this issue, an intelligent Dynamo script was developed to automatically extract detailed three-dimensional (3D) spatial information about reinforcement, as well as four-dimensional (4D) scheduling data, directly the BIM model. Based on the extracted data, the script performs material optimization by determining rational cut-off lengths for reinforcing bars, thereby increasing the potential for material reuse and minimizing waste generation. The effectiveness of the proposed approach was validated through real-world engineering case studies. The evaluation was conducted using comparative indicators, including the number of saved reinforcing bars, the reduction in waste quantities, and the overall cost savings achieved. The results confirm that optimizing the rebar fabrication process can significantly reduce material losses and lower construction costs. At the same time, it was found that the effectiveness of the method depends on the type of reinforcement and the type of structural element. The most pronounced benefits were observed for medium-length reinforcing bars and for structural elements such as column. The proposed approach and the developed tool contribute to the advancement of sustainable construction practices and demonstrate the potential of BIM-based solutions for improving the design of reinforced concrete structures and optimizing material utilization.

Арматура є одним із ключових матеріалів, що широко застосовуються у сучасному каркасно-монолітному домобудівництві. У даному дослідженні розглянуто підхід до оптимізації виготовлення елементів арматурно-стержневих виробів шляхом інтеграції технології Building Information Modeling (BIM) із візуальним програмуванням у середовищі Dynamo. Практика різання та гнуття арматури безпосередньо на будівельному майданчику призводить до значних втрат матеріалу, що, своєю чергою, збільшує вартість робіт та негативно впливає на довкілля. Для вирішення цієї проблеми було розроблено інтелектуальний скрипт Dynamo, який забезпечує автоматизоване отримання детальної інтегральної інформації про залишки стержневої арматури, після виготовлення арматурно-стержневих виробів, у форматі 3D, а також даних календарного планування (4D) безпосередньо з BIM-моделі. На основі отриманих даних скрипт спрощує процес оптимізації використання залишків матеріалу, шляхом визначення раціональних комбінацій довжин різання арматурних стержнів, що підвищує можливість їх повторного використання та мінімізує обсяги відходів. Ефективність запропонованого підходу була перевірена на реальному житловому монолітному об’’єкті. Оцінювання результатів здійснювалося за порівняльними показниками, зокрема кількістю зекономлених арматурних стержнів, зменшенням обсягів відходів і загальним рівнем економії коштів. Отримані результати підтвердили, що оптимізація процесу виготовлення арматурних елементів дозволяє суттєво скоротити матеріальні втрати та знизити вартість будівельної продукції. Разом із тим встановлено, що ефективність методу залежить від типу (діаметру, класу) арматури та виду конструктивного елемента. Найбільш відчутний ефект було зафіксовано для арматурних стержнів середньої довжини та елементів типу ростверків. Запропонований підхід і розроблений інструмент роблять внесок у розвиток сталого будівництва та демонструють потенціал BIM-орієнтованих рішень для вдосконалення технології розкрою стержневих арматурних заготовок та оптимізації використання металевої арматури.