BIM技術(shù)在許昌某高層鋁模中的應(yīng)用研究

鐘 鳴，張雙喜，徐 可，宋 昊，陳齊寬

(1.中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030024;2.許昌學(xué)院 土木工程學(xué)院，河南 許昌 461000)

0 前 言

模板在建筑工程中不管是采用現(xiàn)澆還是預(yù)制方式都是必不可少的重要組成部分，關(guān)系到工程的施工質(zhì)量及進(jìn)度，模板材料本身類型也是關(guān)系到資源能源的利用，是否滿足未來(lái)工業(yè)化、信息化及綠色健康發(fā)展的需要。目前我國(guó)擁有世界第一的模板體量，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的持續(xù)增長(zhǎng)提供了強(qiáng)勁支撐。鋁合金模板作為綠色建筑材料[1]，不會(huì)污染生態(tài)環(huán)境，具有相對(duì)傳統(tǒng)木模板節(jié)能環(huán)保、比鋼模板質(zhì)地輕、可重復(fù)使用、加工精度高、組裝速度快等優(yōu)勢(shì)，近些年來(lái)呈爆發(fā)式增長(zhǎng)，截至2019年底鋁合金模板市場(chǎng)保有量已達(dá)到總量的25%，得到了市場(chǎng)高度認(rèn)可并具有巨大的市場(chǎng)潛能，預(yù)估2020～2024年的鋁合金模板需求量繼續(xù)以15.9%增長(zhǎng)率高速增長(zhǎng)，到2024年市場(chǎng)保有量達(dá)1 000萬(wàn)t左右，將占國(guó)內(nèi)模板市場(chǎng)總份額50%以上[2]，模板工程的發(fā)展也是升級(jí)建筑業(yè)必要組成部分。

雖然鋁合金模板因具有綠色環(huán)保、可重復(fù)使用、降低施工周期、通用性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，逐步在建筑行業(yè)中得到廣泛的應(yīng)用，并受到高層、超高層建筑的青睞[3]，存在諸多優(yōu)點(diǎn)，在工程應(yīng)用中也存在不足之處，如規(guī)格、品種過(guò)多，非標(biāo)構(gòu)件使用率低，影響周轉(zhuǎn)率；現(xiàn)場(chǎng)安裝難以更改，要求建筑結(jié)構(gòu)圖紙十分準(zhǔn)確，如果處理不當(dāng)，會(huì)造成工程質(zhì)量降低、影響工期，提高工程成本，甚至?xí)斐晒こ淌鹿实漠a(chǎn)生，并在一定程度上制約著鋁合金模板的發(fā)展[4]。因此，需要結(jié)合新技術(shù)解決鋁模存在的不足。

建筑信息模型[5](簡(jiǎn)稱為BIM)是當(dāng)前建筑業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)重要的數(shù)字化、信息化的重要技術(shù)工具，能將預(yù)建建筑以三維的方式呈現(xiàn)，可視化效果好，并能綜合建筑、結(jié)構(gòu)、裝飾、設(shè)備、暖通等內(nèi)容綜合考慮，通過(guò)碰撞檢查提前避免因設(shè)計(jì)誤差或錯(cuò)誤造成的問(wèn)題，綜合設(shè)計(jì)能力強(qiáng)，也可構(gòu)建自定義簇，解決復(fù)雜工程整體或節(jié)點(diǎn)問(wèn)題。BIM技術(shù)由于綜合優(yōu)勢(shì)強(qiáng)，已得到了廣泛的應(yīng)用，也是2035我國(guó)成為建筑強(qiáng)國(guó)的重要助力。

通過(guò)將BIM技術(shù)應(yīng)用到模板工程施工當(dāng)中，可對(duì)模板進(jìn)行建模、配模，增強(qiáng)模板在施工過(guò)程中的精細(xì)化調(diào)整的水平[6]。并在鋁合金模板設(shè)計(jì)、施工、管理中得到應(yīng)用，能夠有效地提高綜合效率[7]，彌補(bǔ)鋁合金模板存在的不足。但由于BIM技術(shù)專業(yè)性強(qiáng)，軟件類型繁多，因此，需要從人才培養(yǎng)、專業(yè)培訓(xùn)、政策導(dǎo)向、應(yīng)用推廣等方面綜合提高BIM技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域和水平。本文以許昌某高層住宅樓項(xiàng)目為例，通過(guò)建立BIM模型，解決鋁合金模板存在的弊端，能夠有效地避免設(shè)計(jì)存在的差錯(cuò)，提高施工效率，節(jié)約資源。

1 工程概況

1.1 工程概況

許昌某高層住宅樓項(xiàng)目，位于河南省許昌市魏都區(qū)裕豐路與文峰路交叉口，其中首期建設(shè)項(xiàng)目16#、27#樓采用鋁合金模板施工，由中鐵十二局集團(tuán)建筑安裝工程有限公司承建，16#樓面積為32 932.28 m2，其中地上為31 938.68 m2，地下為993.60 m2；27#樓面積為32 972.34 m2，其中地上為31 974.64 m2，地下為997.70 m2；地上為均30層，地下均為1層；建筑高度均為90.75 m；建筑工程等級(jí)為一級(jí)建筑；結(jié)構(gòu)類型為剪力墻結(jié)構(gòu)。

1.2 施工難點(diǎn)

重難點(diǎn)位置特殊處理，經(jīng)要求在二次砌體與現(xiàn)澆墻體交接處設(shè)置壓槽，鋁模設(shè)計(jì)采用新型模板，新型角鋁予以解決。

1.3 BIM應(yīng)用目標(biāo)

通過(guò)BIM計(jì)算將二維圖紙以三維立體效果呈現(xiàn)，避免出現(xiàn)早期設(shè)計(jì)差錯(cuò)，查漏補(bǔ)缺，對(duì)重要節(jié)點(diǎn)特殊部位進(jìn)行細(xì)化處理，提前預(yù)知模板支撐體系及組合效果，加強(qiáng)多專業(yè)綜合管理，提質(zhì)提效，構(gòu)建模板簇，實(shí)現(xiàn)工程數(shù)據(jù)化、信息化、持續(xù)化發(fā)展。

2 BIM技術(shù)建模的基本流程

首先，基本信息的整理，根據(jù)BIM建模需要，整理基本圖紙，主要包括建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備及鋁合金模板的配模圖，詳細(xì)確定建筑物構(gòu)建的基本尺寸及相關(guān)標(biāo)高。

然后，構(gòu)建BIM模型，將建筑的二維CAD結(jié)構(gòu)電子圖導(dǎo)入BIM應(yīng)用軟件，確定建筑物的軸網(wǎng)、標(biāo)高等基本信息。制作鋁合金模板的標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)化的模型族，并將鋁合金模板拼接，構(gòu)建可視化更好的三維模型，如圖1所示，通過(guò)模型直接導(dǎo)出鋁合金模板的量和出圖，可將各個(gè)部分使用視頻制作軟件做成施工動(dòng)畫(huà)。

圖1 三維模型示意圖

最后，校核優(yōu)化，重點(diǎn)處理節(jié)點(diǎn)位置，BIM模型構(gòu)建完成后，應(yīng)進(jìn)一步復(fù)核建筑準(zhǔn)確性，檢查修正模型。針對(duì)建筑屬性信息如材料強(qiáng)度、表觀形態(tài)、構(gòu)件或設(shè)備制作工藝、制造商等，可結(jié)合后期檢查、檢測(cè)及修繕過(guò)程進(jìn)一步整合完善。

3 基于BIM技術(shù)在鋁合金模板中的應(yīng)用

二維鋁合金模板配模圖，通常只有編號(hào)、尺寸，并不能清晰地體現(xiàn)出細(xì)部之間的拼接關(guān)系，花費(fèi)時(shí)間多，由于各個(gè)部位，尤其復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，平面圖很難表達(dá)出其中的相互關(guān)系。如果配模不規(guī)范，造成切割返廠等問(wèn)題。因此，如果處理不當(dāng)，綜合考慮鋁合金的模板成本、工期等影響并不比傳統(tǒng)模板有太大優(yōu)勢(shì)。

3.1 規(guī)范化配模

由于BIM仿真模型可視化效果好，通過(guò)碰撞檢查，避免出現(xiàn)差錯(cuò)，進(jìn)一步可對(duì)建筑物的每個(gè)部位(如圖2所示)進(jìn)行詳細(xì)分析優(yōu)化，通過(guò)建模、配模及局部、整體相結(jié)合，可對(duì)鋁合金模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范化配模，促進(jìn)鋁合金模板生產(chǎn)的工業(yè)化，可提前對(duì)模板進(jìn)行編標(biāo)，規(guī)范現(xiàn)場(chǎng)放置空間。對(duì)鋁合金模板的詳細(xì)參數(shù)(尺寸、數(shù)量等)可直接導(dǎo)出，方便統(tǒng)計(jì)、成本等方面的控制，精準(zhǔn)算量來(lái)減少過(guò)程損耗率和施工工期。還可以考慮物料追蹤，為拼裝和拆卸創(chuàng)造條件。

圖2 各部位BIM仿真效果圖

3.2 特殊連接點(diǎn)處理

鋁合金模板的優(yōu)點(diǎn)很多，但是由于構(gòu)件繁多，在施工應(yīng)用時(shí)容易出錯(cuò)，利用BIM技術(shù)的可視化、參數(shù)化功能制作鋁模板的施工虛擬樣板，樣板可以全方位立體展示各個(gè)連接點(diǎn)，如圖3所示?？芍攸c(diǎn)考慮K板(承接板)、對(duì)拉螺栓、背楞連接器、早拆頭、拉桿、陰角、陰角轉(zhuǎn)角、狗牙、樓梯折板、梯段支撐等構(gòu)件。

圖3 連接點(diǎn)BIM仿真效果圖

通過(guò)對(duì)細(xì)部連接點(diǎn)的分析，可以對(duì)K板接茬提前模擬，可以模擬優(yōu)化各個(gè)連接點(diǎn)、配件間的完整度，預(yù)防出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)影響施工。對(duì)拉螺栓決定著模板的連接和支撐的作用點(diǎn)的位置，通過(guò)模擬可以規(guī)范拉桿及支撐布置。對(duì)于陰角、陰角轉(zhuǎn)角、狗牙復(fù)雜節(jié)點(diǎn)，經(jīng)過(guò)優(yōu)化處理，提供工人操作視頻，提高施工效率。

通過(guò)對(duì)特殊節(jié)點(diǎn)處理可以使施工前解決復(fù)雜難點(diǎn)，規(guī)范配件的布局，提前預(yù)演特殊位置的拼接、支撐效果，可以讓工人提前熟悉各個(gè)部件，掌握工藝流程，避免操作失誤，保障施工工期，降低綜合設(shè)計(jì)、施工成本。

3.3 制作動(dòng)畫(huà)

基于BIM軟件建模結(jié)束之后，通過(guò)視頻制作軟件，對(duì)每個(gè)部位可制作施工工藝視頻，可供施工前工人崗前培訓(xùn)，操作時(shí)可將制作的視頻加工后生成二維碼，通過(guò)手機(jī)掃描即可完成視頻操作觀看，操作方面，提質(zhì)提效，減少誤工。

4 結(jié) 語(yǔ)

鋁合金模板具有綠色環(huán)保、工業(yè)化生產(chǎn)的屬性，具有巨大的應(yīng)用空間。BIM技術(shù)作為建筑產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)化、信息化重要載體，通過(guò)將兩者有效結(jié)合，可以解決項(xiàng)目中的實(shí)際問(wèn)題，提高效率，保障施工質(zhì)量，通過(guò)大量的項(xiàng)目應(yīng)用積累，可推動(dòng)鋁合金標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化的生產(chǎn)，推動(dòng)建筑工業(yè)化進(jìn)程，將信息化模型進(jìn)一步推廣、共享，有助于建筑產(chǎn)業(yè)智慧化建造的快速發(fā)展。

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