基于BIM的模架結(jié)構(gòu)設計技術(shù)在水利水電工程施工中的應用

歐陽云虎，劉 剛，王 璇

（江蘇河海建設有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

1 總體概述

在水利水電工程領域，模板腳手架工程是一項傳統(tǒng)的專項工程，其關(guān)鍵性作用體現(xiàn)在以下幾個方面：①安全方面。由于腳手架與模板支撐力不足而造成的坍塌事故占國內(nèi)施工重大事故的30 %，占一般事故的比例則更高，模板腳手架工程對施工安全的影響也越來越明顯。②工期方面。水利水電工程中的主體結(jié)構(gòu)一般為混凝土結(jié)構(gòu)，在混凝土主體結(jié)構(gòu)施工階段，模架專項用工量約占總工程量的30 %～40 %，工期約占總工期的50 %，并且在施工總進度的關(guān)鍵線路上，對工期的影響突出[1]。③成本控制方面。模板腳手架工程一直是水利水電工程施工的成本模糊地帶，每項工程的模板腳手架用量沒有具體標準，且水利水電工程中的異型構(gòu)件較多，模板的可重復利用程度很低，在施工現(xiàn)場往往存在較為嚴重的資源浪費問題，造成工程成本的增加。

由此本文研究引入了BIM三維建模技術(shù)，優(yōu)化模板腳手架的軟件設計。

2 實際問題與難點分析

2.1 工程策劃及選型階段

工程參與人員往往缺少對模架工程的策劃，對模架工程信息的了解不夠深入，且對新型的模板腳手架材料技術(shù)不了解，造成難以全面分析模架工程方案的問題。

2.2 模架方案設計階段

模架缺少詳細的設計方案，無法有效指導施工，且考慮到施工單位技術(shù)人員的能力參差不齊，導致目前難以制定合理的施工方案。其次，對于材料、專用機械及人員方案組織存在不明確問題，難以計量模架方案的安全性。

2.3 模架施工階段

通常情況下現(xiàn)場施工和方案設計存在較大差異，多數(shù)工人會根據(jù)自身經(jīng)驗對搭設正確性進行判斷。由于模板加工的不當操作，模板仍缺乏明確合理的加工計劃，導致非標準構(gòu)件的施工周期較長。

2.4 檢查與驗收階段

在搭建過程中模板腳手架的質(zhì)檢次數(shù)較少，而完成搭建后的質(zhì)檢步驟較多。此情況下，如出現(xiàn)模板腳手架質(zhì)量問題，整改過程非常困難，且檢查人員對不同工程具有不同的檢查標準，缺乏施工中模板工程的相關(guān)量化知識[2]，難以實現(xiàn)有效生產(chǎn)控制管理，質(zhì)量風險大。

綜上可得結(jié)論：目前模板腳手架工程存在的問題主要為設計不合理，管控不嚴。

3 BIM模板腳手架設計中引入BIM技術(shù)

BIM模板腳手架設計軟件是基于BIM三維建模平臺的一種項目級工具，目前多應用于模板腳手架工程[3]。用數(shù)字化技術(shù)來解決工程技術(shù)人員在模架專項設計和模架施工管理過程中的困難。該技術(shù)解決了多跨連續(xù)梁在任意荷載（集中力、均布荷載及線性荷載）組合下作用于結(jié)構(gòu)任意位置的內(nèi)力計算與位移計算，通過精確的力學求解器，在方案的智能匹配過程中能夠動態(tài)、及時地驗證結(jié)果的安全性，極大提高了方案的應用效率。

4 工程應用

在實際應用中，BIM模板腳手架的工程應用中有待解決的最大問題為應用效率問題。影響效率的主要因素為：自動完成模架排布、輸出施工圖、指導現(xiàn)場施工，力學自動計算、輸出計算書、確保設計安全、自動進行材料統(tǒng)計、輸出材料表以及預測用量成本。其原理如圖1。

圖1 BIM技術(shù)下模板腳手架模型生成原理

4.1 模板腳手架優(yōu)化設計

為指導現(xiàn)場施工，需優(yōu)化設計模板腳手架，如圖2所示，完成選型、排布設計、安全計算、制作施工圖等相關(guān)工作。通過軟件參數(shù)設置，可完成設計優(yōu)化工作。

4.2 專項技術(shù)方案制定和論證

通過BIM模板腳手架可以直接輸出腳手架專項施工方案及完整的危險部位分析和計算書，且該軟件可以根據(jù)參數(shù)的設定自動識別危險部位，也克服了大部分工程技術(shù)人員在結(jié)構(gòu)計算方面存在的誤差問題，大大提高了工程技術(shù)人員的工作效率。

圖2 模板/腳手架模型優(yōu)化設計

4.3 模板腳手架材料用量預測

模板腳手架經(jīng)常出現(xiàn)估不準、算不清、沒依據(jù)、憑經(jīng)驗等問題，而應用本文所設計軟件，可以有效解決上述問題。

4.4 模架施工標準建立和積累

通過數(shù)字化模型，可以積累大量實際有效的做法，逐漸形成企業(yè)甚至行業(yè)標準，從而提高生產(chǎn)效率，減少質(zhì)量隱患。

5 結(jié)論

（1）計算機技術(shù)的發(fā)展，促進了水利水電工程施工的發(fā)展，提高了施工效率，模塊化的施工也必將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的施工。

（2）應用BIM技術(shù)對水利施工企業(yè)來說意義重大，但對水利施工企業(yè)而言，這也對其培養(yǎng)BIM技術(shù)人才提出了新的要求。