BIM技術(shù)在模板工程施工源頭減量化中的應(yīng)用

陳 蕾 崔 嵬 劉嘉茵 劉 冬 何艷婷

1.中國(guó)建筑一局（集團(tuán)）有限公司 北京 100161；2.中建一局集團(tuán)第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程概況

成都天投國(guó)際商務(wù)中心項(xiàng)目二期是集商業(yè)、餐飲、辦公、公園綠地等功能為一體的超高層城市綜合體（圖1），其中公園綠地區(qū)域下為2層防空地下室，框架結(jié)構(gòu)。本文以該區(qū)域地下2層某流水段為樣板，展開BIM模架工程設(shè)計(jì)軟件的應(yīng)用介紹，包括模板最低周轉(zhuǎn)次數(shù)的設(shè)置、配模切割編號(hào)列表、模架材料工程量的統(tǒng)計(jì)等內(nèi)容，并對(duì)比分析了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用量和行業(yè)平均施工損耗率等數(shù)據(jù)值，指出了BIM技術(shù)在模板腳手架工程中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。

2 BIM模型建立

圖1 項(xiàng)目施工現(xiàn)場(chǎng)

BIM模架工程設(shè)計(jì)軟件支持傳統(tǒng)二維平臺(tái)圖形拾取建模，也可以利用項(xiàng)目已有BIM專業(yè)模型，通過格式轉(zhuǎn)換后導(dǎo)入的方式使用模型，但需要復(fù)核、糾正結(jié)構(gòu)模型各構(gòu)件尺寸、定位和標(biāo)高等相關(guān)信息內(nèi)容。具體的BIM模型控制點(diǎn)如下：

1）CAD結(jié)構(gòu)圖紙翻模的審查控制點(diǎn)：二維圖紙圖層設(shè)置混亂或標(biāo)注不正確，導(dǎo)致軟件無法完整識(shí)別結(jié)構(gòu)構(gòu)件信息，個(gè)別構(gòu)件出現(xiàn)丟失情況。對(duì)此，應(yīng)事先處理好二維圖紙圖層及標(biāo)注，并比對(duì)圖紙信息和翻模后模型的一致性，確保結(jié)構(gòu)模型質(zhì)量。

2）Revit模型導(dǎo)入的審查控制點(diǎn)：特殊構(gòu)造的缺失，例如：樓梯、隔墻、構(gòu)造柱、內(nèi)建族等構(gòu)件的不完整識(shí)別；構(gòu)件標(biāo)高定位錯(cuò)誤。對(duì)此，應(yīng)補(bǔ)充繪制丟失構(gòu)件，修改錯(cuò)誤的構(gòu)件標(biāo)高。

基于CAD結(jié)構(gòu)圖紙翻模的模型如圖2所示，圖中綠色線框區(qū)域代表翻模正常，黃色線框代表區(qū)域翻模出現(xiàn)問題，需要進(jìn)行定位糾錯(cuò)，并實(shí)時(shí)核查該部位模型準(zhǔn)確性，必要時(shí)需重新建立此區(qū)域BIM模型。

圖2 BIM模型（翻模）

3 模板腳手架模型智能配置

3.1 支撐架智能布置

根據(jù)本項(xiàng)目實(shí)際情況，公園區(qū)域支撐架體選用φ48.3 mm×3.6 mm普通鋼管腳手架。在BIM模架工程設(shè)計(jì)軟件中，依次設(shè)置好結(jié)構(gòu)類型、計(jì)算依據(jù)、構(gòu)造要求、材料安全參數(shù)等內(nèi)容，依托載入或建立的BIM結(jié)構(gòu)模型，軟件可通過內(nèi)置智能計(jì)算模塊和布置引擎快速進(jìn)行立桿、支撐架、連墻件等的布置。同時(shí)，軟件會(huì)對(duì)每塊板和每根梁進(jìn)行相應(yīng)的安全計(jì)算，完成本項(xiàng)目所選流水段的支撐架智能布置。

其中，也可針對(duì)高支模進(jìn)行識(shí)別，生成危險(xiǎn)性分析計(jì)算書。本項(xiàng)目選取流水段為非高支模區(qū)域，在此只介紹利用模型導(dǎo)出的立桿排布圖，以及各復(fù)雜標(biāo)高區(qū)域?qū)С龅钠拭鎴D和材料的統(tǒng)計(jì)應(yīng)用，如圖3所示。

圖3 架體剖面及材料用量統(tǒng)計(jì)界面

通過軟件智能計(jì)算和統(tǒng)計(jì)生成的結(jié)果，與項(xiàng)目管理人員手動(dòng)計(jì)算相比，受力性能分析均滿足相關(guān)計(jì)算規(guī)則和規(guī)范規(guī)定內(nèi)容。在BIM模架工程設(shè)計(jì)軟件中將模型中陽角、樓梯間部位修正后，材料的統(tǒng)計(jì)量與人工手算量相當(dāng)，可以做到材料的快速有效管控，進(jìn)而減少架體構(gòu)配件的浪費(fèi)或冗余情況產(chǎn)生。

3.2 智能配模

根據(jù)本項(xiàng)目需求和材料供應(yīng)情況，模板選用1 830 mm×915 mm×15 mm覆膜膠合板。在上述軟件中進(jìn)行支撐架智能布置的同時(shí)，按照本項(xiàng)目所選模板原材料成品規(guī)格模數(shù)進(jìn)行智能配模設(shè)計(jì)，包括切割損耗率、裁切缺口邊最大值、模板拼接最小塊數(shù)、梁下模板分割方式、墻柱模板拼接方向、水平模板配模方式等配模參數(shù)的設(shè)置。在充分考慮各制約因素的前提下，實(shí)現(xiàn)一鍵快速配模，最大化利用模板，減少材料損耗和固體廢棄物的產(chǎn)生，達(dá)到綠色施工的目的。智能配模流程如圖4所示，配模后模型如圖5所示。

圖4 模板智能配置流程

圖5 配模后模型三維示意

4 智能優(yōu)化設(shè)計(jì)結(jié)果輸出

根據(jù)上述軟件中修正、調(diào)整、確認(rèn)后的支撐架智能布置和智能配模操作，BIM模架工程設(shè)計(jì)軟件可全面結(jié)合各項(xiàng)計(jì)算內(nèi)容和項(xiàng)目需求自動(dòng)進(jìn)行設(shè)定的成果輸出，包括輔助施工方案、計(jì)算書、平面布置圖、剖面圖、節(jié)點(diǎn)詳圖、加工詳圖等，現(xiàn)場(chǎng)管理人員可根據(jù)不同需求進(jìn)行設(shè)計(jì)成果輸出和利用。其中，各種規(guī)格材料的統(tǒng)計(jì)表，如依據(jù)模板參數(shù)設(shè)置進(jìn)行切割后的配模表，可以清晰了解項(xiàng)目流水段內(nèi)模板切割方案、模板編號(hào)、面積、塊數(shù)、有效利用面積、廢料面積和損耗率等，在減少工程管理人員的工作量和提高工作效率的同時(shí)，可整體把控材料的浪費(fèi)情況，做到源頭材料的精準(zhǔn)投放。部分輸出成果如圖6所示。

圖6 部分輸出成果

5 模板理論與實(shí)際用量數(shù)據(jù)分析

經(jīng)過公園區(qū)域地下室某流水段的BIM模板設(shè)計(jì)應(yīng)用，對(duì)該段模板量理論值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，通過段內(nèi)結(jié)構(gòu)構(gòu)件接觸面面積及項(xiàng)目所選模板成品規(guī)格，分析計(jì)算出模板理論損耗率。再根據(jù)該流水段BIM模板設(shè)計(jì)成果理論值推測(cè)出整層模板實(shí)際損耗率，計(jì)算得出整層實(shí)際損耗率為7.3%左右，雖然與模板設(shè)計(jì)理論值5.3%尚存差距，但通過對(duì)木工作業(yè)人員進(jìn)行模板交底和集中加工，可大大提升模板利用率，使損耗率遠(yuǎn)低于行業(yè)施工中模板平均損耗率15%。顯著減少了周轉(zhuǎn)材料的損耗和固體廢棄物的產(chǎn)生。

6 注意事項(xiàng)

BIM模架工程設(shè)計(jì)軟件雖是在計(jì)算機(jī)力學(xué)程序化和模塊化設(shè)計(jì)軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行的升級(jí)和優(yōu)化，更注重三維可視化的表達(dá)及針對(duì)BIM模型進(jìn)行的可人工復(fù)核操作的模板工程設(shè)計(jì)應(yīng)用，但這種BIM化并不徹底，尚存在可改進(jìn)的開發(fā)空間。有一些軟件問題需要不斷進(jìn)行完善和依據(jù)具體工程進(jìn)行定制化研發(fā)，如：智能配模完成后，對(duì)每塊模板的編號(hào)現(xiàn)場(chǎng)不能做到有的放矢地調(diào)配；不同施工區(qū)域之間結(jié)構(gòu)變化較大時(shí)，模板的周轉(zhuǎn)智能化計(jì)算有待改善[1-2]。

7 結(jié)語

本工程以施工現(xiàn)場(chǎng)模板工程固體廢棄物源頭減量化為目標(biāo)，利用BIM模架工程設(shè)計(jì)軟件，對(duì)某流水段進(jìn)行支撐架智能配置和智能配模。除一些基礎(chǔ)應(yīng)用外，重點(diǎn)分析和介紹了模板工程從快速建模到材料數(shù)量、類型的精準(zhǔn)提取，以點(diǎn)帶面地介紹了BIM技術(shù)對(duì)項(xiàng)目的輔助作用，即合理配置施工資源，減少材料浪費(fèi)，進(jìn)而減少施工現(xiàn)場(chǎng)固體廢棄物的排放，在節(jié)約施工成本的同時(shí)減少環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)綠色施工。

[1] 穆文齊,徐煒,南芳蘭,等.BIM技術(shù)在模板腳手架工程施工精細(xì)化管 理中的應(yīng)用研究[J].施工技術(shù),2017,46(6):12-14.

[2] 郝會(huì)杰,李剛,李春.BIM技術(shù)在模板腳手架設(shè)計(jì)與施工中的應(yīng)用[J].施工技術(shù),2019,48(18):64-66.