基于BIM技術(shù)高層住宅鋁模板設(shè)計(jì)優(yōu)化研究

陳守權(quán),謝錦鴻,董友錚

(中國(guó)五冶集團(tuán)有限公司,四川成都 610000)

隨著鋁模板施工技術(shù)的發(fā)展，高層建筑住宅工程鋁模板的施工應(yīng)用越來越多。鋁模板具有施工期短，應(yīng)用在高層住宅中周轉(zhuǎn)使用次數(shù)多，綠色環(huán)保，平均使用成本低，施工方便，整體穩(wěn)定性好，混凝土結(jié)構(gòu)幾何尺寸偏差小，混凝土結(jié)構(gòu)表面質(zhì)量好，可以減少表面抹灰工序等優(yōu)點(diǎn)。

鋁模板設(shè)計(jì)配模制作，其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高，不易修改，并修改成本高。施工鋁模板設(shè)計(jì)應(yīng)最大限度減少規(guī)格型號(hào)，減少?gòu)?fù)雜形狀，故應(yīng)結(jié)合高層住宅每幢每層主體結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)、水電安裝、裝飾裝修等對(duì)鋁模板進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

運(yùn)用BIM技術(shù)建立主體結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)模型、水電安裝、裝飾裝修等三維模型，對(duì)主體結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)模型、水電安裝、裝飾裝修等進(jìn)行鋁模板設(shè)計(jì)優(yōu)化，建立鋁模板設(shè)計(jì)模型，應(yīng)用三維模型設(shè)計(jì)鋁模板，達(dá)到鋁模板配模簡(jiǎn)單，減少規(guī)格型號(hào)，統(tǒng)一規(guī)格型號(hào)，使施工簡(jiǎn)便，降低施工難度，降低工程施工成本，提高工程質(zhì)量。

1 鋁模板設(shè)計(jì)難點(diǎn)

(1)高層住宅主體結(jié)構(gòu)樓層給排水管道、消防管道、電纜管線等安裝，各管道穿過樓板、墻體，預(yù)留孔洞多，易發(fā)生預(yù)留孔洞位置尺寸錯(cuò)誤。

(2)高層住宅主體結(jié)構(gòu)避難層、頂層與標(biāo)準(zhǔn)層內(nèi)部結(jié)構(gòu)布置不同，導(dǎo)致避難層、頂層結(jié)構(gòu)的鋁模板單獨(dú)設(shè)計(jì)制作。

(3)高層住宅主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部門、窗、洞口周邊的二次結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱、過梁及磚墻幾何尺寸小，施工空間狹窄，施工難度大。

2 鋁模板設(shè)計(jì)引入BIM技術(shù)

2.1 基于BIM技術(shù)優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)樓層管道、管線及其預(yù)留洞口

高層住宅主體結(jié)構(gòu)樓層給排水管道、消防管道、電纜管線等安裝，這些管道穿過樓板、墻體預(yù)留孔洞易發(fā)生位置尺寸錯(cuò)誤。使用魯班安裝BIM軟件建立給排水管道、消防管道、電纜管線三維模型，再將安裝模型與土建模型導(dǎo)入魯班works，對(duì)給排水管道、消防管道、電纜管線之間進(jìn)行碰撞檢查，對(duì)給排水管道、消防管道、電纜管線與樓板、墻體進(jìn)行碰撞檢查，檢查給排水管道、消防管道、電纜管線的位置、尺寸，檢查穿過樓板、墻體的預(yù)留孔洞位置。對(duì)給排水管道、消防管道、電纜管線優(yōu)化綜合布線，確保管道管線的預(yù)留孔洞位置尺寸正確，優(yōu)化管道管線部位的鋁模板設(shè)計(jì)，達(dá)到該部位鋁模板設(shè)計(jì)正確無誤，提高施工質(zhì)量。

2.2 基于BIM技術(shù)優(yōu)化避難層、頂層與標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)

高層住宅避難層、頂層與標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)布置不同，使用魯班土建BIM軟件建立避難層、頂層與標(biāo)準(zhǔn)層的三維模型，利用BIM技術(shù)的可視化、關(guān)聯(lián)性等功能，對(duì)避難層、頂層與標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)梁、板等進(jìn)行對(duì)比分析，調(diào)整避難層及頂層結(jié)構(gòu)梁、板，使避難層及頂層結(jié)構(gòu)最大限度與標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)一致。根據(jù)優(yōu)化后的避難層及頂層結(jié)構(gòu)梁、板確定鋁模板優(yōu)化布置方案，優(yōu)化避難層、頂層鋁模板設(shè)計(jì)，減少避難層、頂層鋁模板的單獨(dú)配置數(shù)量，降低鋁模板施工成本，降低施工難度。

2.3 基于BIM技術(shù)優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部門、窗、洞口周邊二次結(jié)構(gòu)

高層住宅主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部門、窗、洞口周邊的二次結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱、過梁及磚墻幾何尺寸小，施工空間狹小，造成其周邊的二次結(jié)構(gòu)砌筑磚墻、綁扎鋼筋、支設(shè)模板、澆筑過梁與構(gòu)造柱等，不易施工操作，不能保證施工質(zhì)量。使用魯班土建BIM軟件建立二次結(jié)構(gòu)的三維模型，利用BIM技術(shù)的可視化、關(guān)聯(lián)性、自動(dòng)識(shí)別等功能對(duì)門、窗、洞口周邊的二次結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。對(duì)不易施工不能保證質(zhì)量的二次結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱、過梁及磚墻等，將其與主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)優(yōu)化為一整體結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)優(yōu)化為混凝土結(jié)構(gòu)，對(duì)該部位鋁模板與結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)，減少門、窗、洞口周邊的二次結(jié)構(gòu)施工工序，解決其二次結(jié)構(gòu)施工難度，提高施工質(zhì)量。

鋁模板設(shè)計(jì)流程見圖1。

圖1 鋁模板設(shè)計(jì)流程

3 操作要點(diǎn)

3.1 施工準(zhǔn)備

(1)施工單位及鋁模板設(shè)計(jì)生產(chǎn)單位對(duì)設(shè)計(jì)圖紙的結(jié)構(gòu)圖、建筑圖和水電安裝圖等進(jìn)行審查，要求設(shè)計(jì)院同時(shí)提供Autocad版圖紙。

(2)組織土建、鋼筋、水電等專業(yè)建模人員，配置建模計(jì)算機(jī)、建模軟件。

3.2 建立BIM三維模型

(1)建立主體結(jié)構(gòu)BIM三維模型。

土建、鋼筋專業(yè)建模人員對(duì)首層、標(biāo)準(zhǔn)層、避難層、頂層等各層進(jìn)行BIM建模。

(2)建立樓層水電管道管線BIM三維模型。

安裝專業(yè)建模人員對(duì)給排水管道、消防管道、電纜管線等進(jìn)行BIM建模。

(3)建立二次結(jié)構(gòu)BIM三維模型。

土建、鋼筋專業(yè)建模人員建立二次結(jié)構(gòu)BIM模型，特別是主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部門、窗、洞口周邊的二次結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱、過梁及磚墻的模型。

(4)建立外墻節(jié)點(diǎn)線條BIM模型。

建立外墻裝飾節(jié)點(diǎn)線條BIM模型、特別是建立外墻節(jié)點(diǎn)模型。

3.3 基于BIM技術(shù)優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)樓層管道、管線及其預(yù)留洞口

安裝模型及土建模型建立完成后，運(yùn)用魯班安裝及魯班土建建模軟件中的合法性檢查及云模型檢查功能，對(duì)安裝模型及土建模型的精確度及正確性進(jìn)行檢查，確保模型的基準(zhǔn)點(diǎn)相同，模型準(zhǔn)確無誤。

(1)將建立的安裝模型及土建模型保存為PDS格式，上傳至EDS平臺(tái)。

(2)通過魯班works創(chuàng)建工作集，將已上傳至EDS平臺(tái)的安裝模型及土建模型基于同一基準(zhǔn)點(diǎn)合模。

(3)運(yùn)用魯班works的碰撞檢查功能對(duì)主體結(jié)構(gòu)各樓層三維模型，排水管道、消防管道、電纜管線三維模型進(jìn)行碰撞檢查。識(shí)別各管道管線與樓板、墻體的碰撞點(diǎn)，檢查樓層管道管線的位置、尺寸，核對(duì)穿過樓板、墻體的預(yù)留孔洞位置尺寸，自動(dòng)生成詳細(xì)的碰撞檢查報(bào)告(圖2)。

圖2 碰撞檢查報(bào)告

(4)結(jié)合碰撞檢查報(bào)告，會(huì)同設(shè)計(jì)方對(duì)管道管線之間的碰撞點(diǎn)，管道管線與樓板、墻體之間的碰撞部位，管道管線的位置、尺寸及穿過樓板、墻體的預(yù)留孔洞位置尺寸進(jìn)行修改、調(diào)整、優(yōu)化，使管道管線位置布置、管徑尺寸合理，預(yù)留洞口位置尺寸正確(圖3、圖4)。

圖3 優(yōu)化后管道管線

圖4 孔洞預(yù)留定位

(5)鋁模板配模設(shè)計(jì)時(shí)，參照已經(jīng)優(yōu)化調(diào)整后的預(yù)留孔洞位置尺寸，在樓板、墻體鋁模板相應(yīng)位置上預(yù)留出洞口，并將鋁模板加強(qiáng)筋的布置位置與洞口位置錯(cuò)開，確保樓板、墻體的鋁模板設(shè)計(jì)制作正確，保證鋁模板自身強(qiáng)度，提高主體結(jié)構(gòu)各洞口施工質(zhì)量。

3.4 基于BIM技術(shù)優(yōu)化避難層、頂層與標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)

運(yùn)用建立的避難層、頂層與標(biāo)準(zhǔn)層的BIM三維模型，對(duì)避難層、頂層與標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)柱、墻、梁、板等進(jìn)行三維模型對(duì)比分析，直觀的分析出避難層、頂層與標(biāo)準(zhǔn)層各部位的平面位置及幾何尺寸不相同處。針對(duì)不相同不一致部位，最大限度優(yōu)化調(diào)整避難層及頂層結(jié)構(gòu)柱、墻、梁、板與標(biāo)準(zhǔn)層結(jié)構(gòu)柱、墻、梁、板的平面位置及幾何尺寸相同及一致。

(1)通過魯班土建建模軟件的三維顯示功能，將避難層與標(biāo)準(zhǔn)層的模型單獨(dú)顯示。

(2)在構(gòu)件顯示控制中，打開相應(yīng)構(gòu)件的顯示，利用BIM技術(shù)的可視化功能，直接找出避難層與標(biāo)準(zhǔn)層降板不一致的樓板(圖5)。

圖5 優(yōu)化前避難層無降板

(3)找出避難層不一致的樓板后，與設(shè)計(jì)方、建設(shè)方進(jìn)行修改，修改后該區(qū)域樓板降板與標(biāo)準(zhǔn)層樓板降板一致(圖6)。

(4)避難層樓板優(yōu)化后，該層的鋁模板配?？梢灾苯硬捎脴?biāo)準(zhǔn)層的鋁模板體系，避免單獨(dú)設(shè)計(jì)鋁模板，降低了施工難度，減少了鋁模板材料。

3.5 基于BIM技術(shù)優(yōu)化主體結(jié)構(gòu)內(nèi)部門、窗、洞口周邊二次結(jié)構(gòu)

運(yùn)用建立主體結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)的BIM三維模型，對(duì)門、窗、洞口周邊的構(gòu)造柱、過梁及磚墻進(jìn)行三維模型關(guān)聯(lián)分析，從中篩選出門邊構(gòu)造柱、磚墻較窄(≤300 mm)的二次結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化。

(1)在主體結(jié)構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，建立二次結(jié)構(gòu)構(gòu)造柱、過梁及磚墻的模型。

(2)在魯班土建建模軟件中，使用尺寸標(biāo)注功能對(duì)門、窗、洞口周邊的構(gòu)造柱、過梁及磚墻進(jìn)行標(biāo)注，找出門邊較窄(≤300 mm)的構(gòu)造柱、磚墻(圖7)。

圖7 門邊構(gòu)造柱、磚墻優(yōu)化前

(3)與設(shè)計(jì)方、建設(shè)方對(duì)門側(cè)邊不大于300 mm構(gòu)造柱、磚墻進(jìn)行優(yōu)化，將該部位的構(gòu)造柱、磚墻與主體結(jié)構(gòu)墻設(shè)計(jì)優(yōu)化為一整體，在主體施工時(shí)使用混凝土一并澆筑(圖8)。

圖8 門邊構(gòu)造柱、磚墻優(yōu)化為混凝土墻

(4)對(duì)該部位鋁模板統(tǒng)一配模設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化了門、窗、洞口周邊構(gòu)造柱、磚墻施工工序，解決此部位構(gòu)造柱、磚墻施工難度，提高施工質(zhì)量。

4 材料與設(shè)備

鋁模板體系的高層住宅構(gòu)件優(yōu)化軟件、硬件見表1。

表1 鋁模板體系設(shè)計(jì)軟件、硬件

5 質(zhì)量安全控制

(1)施工單位及鋁模板設(shè)計(jì)技術(shù)人員，對(duì)結(jié)構(gòu)圖、建筑圖、裝飾裝修圖、水電安裝圖等，進(jìn)行全面審核。

(2)運(yùn)用BIM技術(shù)建立主體結(jié)構(gòu)、二次結(jié)構(gòu)模型、水電安裝、裝飾裝修等三維模型，模型的正確性、精度必須符合相應(yīng)的要求。

(3)在構(gòu)件優(yōu)化過程中，設(shè)計(jì)人員、鋁模板制作加工人員、施工技術(shù)人員必須到場(chǎng)，全程參與對(duì)構(gòu)件的優(yōu)化，對(duì)優(yōu)化過程進(jìn)行全過程監(jiān)督和指導(dǎo)，發(fā)現(xiàn)不符合建筑質(zhì)量要求和鋁模板生產(chǎn)制作的問題及時(shí)進(jìn)行處理。

(4)高層住宅結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)化后，應(yīng)當(dāng)符合相應(yīng)的規(guī)范、設(shè)計(jì)要求，不得降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響建筑質(zhì)量。

(5)高層住宅水電管線優(yōu)化后，應(yīng)當(dāng)符合相應(yīng)的用電、消防規(guī)范，樓板、墻體預(yù)留洞等也應(yīng)符合相應(yīng)的質(zhì)量要求。

(6)高層住宅結(jié)構(gòu)構(gòu)件優(yōu)化后，應(yīng)當(dāng)符合相應(yīng)的規(guī)范、設(shè)計(jì)要求，不得降低結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，影響建筑使用和結(jié)構(gòu)安全。

(7)高層住宅水電管線優(yōu)化后，應(yīng)當(dāng)滿足相應(yīng)的用電、消防等規(guī)范、設(shè)計(jì)要求，不得影響用電安全，消防安全。

6 結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)用BIM技術(shù)建立高層住宅BIM三維模型，應(yīng)用三維模型結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)優(yōu)化，再建立鋁模板設(shè)計(jì)三維模型，應(yīng)用三維模型設(shè)計(jì)鋁模板，并進(jìn)行鋁模板設(shè)計(jì)優(yōu)化，統(tǒng)一鋁模板設(shè)計(jì)規(guī)格型號(hào)，降低施工難度，提高施工效率，提高混凝土施工質(zhì)量。