BIM技術(shù)在建筑工程懸挑腳手架中的應(yīng)用

汪詩敏，袁斌斌

（中國建筑第二工程局有限公司）

1 引言

BIM 技術(shù)是指基于建筑工程項(xiàng)目的各種參數(shù)和數(shù)據(jù)搭建項(xiàng)目模型，將傳統(tǒng)的二維施工制圖轉(zhuǎn)為三維立體模型，實(shí)現(xiàn)建筑物的數(shù)字仿真模擬。該三維模型具有可視化、模擬化、數(shù)字化、可出圖等優(yōu)點(diǎn)，能夠在建筑項(xiàng)目的各個(gè)階段發(fā)揮積極作用。在建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段，可以根據(jù)項(xiàng)目參數(shù)構(gòu)建三維模型，并生成與模型相關(guān)聯(lián)的各種圖紙和技術(shù)文檔，各專業(yè)可以基于模型實(shí)現(xiàn)協(xié)同作業(yè)。在項(xiàng)目施工階段，基于BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)工程的可視化管理，實(shí)現(xiàn)工程建設(shè)階段的人力、物料、設(shè)備、成本、場(chǎng)地和進(jìn)度的動(dòng)態(tài)化監(jiān)控和施工全過程可視化管理。本文以某社區(qū)住宅項(xiàng)目為例，提出在懸挑外腳手架的設(shè)計(jì)和施工過程中，引入BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目管理，提高了型鋼懸挑外腳手架的施工質(zhì)量和效率[1-2]。

2 懸挑腳手架現(xiàn)狀設(shè)計(jì)和施工分析

現(xiàn)階段建筑工程的腳手架施工圖設(shè)計(jì)采用CAD 軟件繪制，一般是在標(biāo)準(zhǔn)層施工圖基礎(chǔ)上布置懸挑工字鋼，繪圖過程繁瑣。傳統(tǒng)的繪圖流程首先繪制基礎(chǔ)圖層，然后對(duì)各部位的結(jié)構(gòu)進(jìn)行安全計(jì)算，安全計(jì)算需在專業(yè)軟件上進(jìn)行，軟件模型與二維繪圖軟件沒有關(guān)聯(lián)性，無法做到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步。需要頻繁修改安全模型的相關(guān)數(shù)據(jù)，直至達(dá)到預(yù)期腳手架施工的需要，大量重復(fù)操作降低了設(shè)計(jì)效率。

CAD 二維圖形無法直觀反映工程主體結(jié)構(gòu)與腳手架之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系、工字鋼與梁柱之間的結(jié)構(gòu)關(guān)系，經(jīng)常根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行施工，施工質(zhì)量難以達(dá)到項(xiàng)目設(shè)計(jì)的要求，腳手架的安全性能也無法得到保障?；谀_手架的二維設(shè)計(jì)圖紙，無法精確計(jì)算工程量和成本，使整個(gè)工程成本預(yù)算出現(xiàn)偏差，后期糾偏過程較為復(fù)雜[3-4]。

3 基于BIM 技術(shù)的懸挑腳手架設(shè)計(jì)工程案例

3.1 工程概況

某項(xiàng)目由17 棟高層住宅樓組成，最高建筑高度為100m，建筑面積36 萬m2。綜合考慮項(xiàng)目的質(zhì)量和安全要求，以及工程施工方案和預(yù)計(jì)工期等實(shí)際情況，根據(jù)腳手架的安裝規(guī)范和傳統(tǒng)施工方法，本項(xiàng)目腳手架設(shè)計(jì)方案均從4 層開始設(shè)置型鋼懸挑腳手架，每6層為1個(gè)懸挑層，最大懸挑高度為19.3m。

3.2 設(shè)計(jì)流程

確定好外腳手架的位置之后，使用Revit 軟件建立腳手架三維模型，節(jié)約大量時(shí)間，同時(shí)也有效提高了設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性和腳手架的穩(wěn)定性。之后根據(jù)國家現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)在模型里對(duì)腳手架進(jìn)行布置，設(shè)置相關(guān)安全參數(shù)和構(gòu)造措施。

該軟件為優(yōu)化后的軟件，可以根據(jù)腳手架的參數(shù)設(shè)置結(jié)果自動(dòng)對(duì)腳手架、懸挑工字鋼以及各種配件（擋腳板、剪刀撐、連墻件）進(jìn)行設(shè)置，然后對(duì)腳手架系統(tǒng)的安全性進(jìn)行智能分析。

該軟件還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)腳手架系統(tǒng)中的不合理之處進(jìn)行修改，并且對(duì)修改后的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行安全性校核。系統(tǒng)中設(shè)置的參數(shù)均可與腳手架模型進(jìn)行一一對(duì)應(yīng)，省去了傳統(tǒng)方法中重復(fù)建模、重復(fù)設(shè)計(jì)的缺點(diǎn)，極大提高了腳手架施工效率，軟件還可以導(dǎo)出樓棟立面圖、各層平面圖、工字鋼布置圖和各個(gè)部位節(jié)點(diǎn)圖。

采用Revit 可以將腳手架模型導(dǎo)入，并根據(jù)模型進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)碰撞檢測(cè)、展示建筑結(jié)構(gòu)的三維效果圖；基于該腳手架模型可以采用Navisworks 軟件對(duì)施工過程進(jìn)行模擬演示，以動(dòng)畫形式演示施工步驟，并通過采集現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)工程施工進(jìn)度和質(zhì)量的控制。

3.3 通過軟件智能轉(zhuǎn)換圖紙快速建模

相較傳統(tǒng)二維施工圖紙，平面圖紙表達(dá)方式和內(nèi)容比較專業(yè)，查閱圖紙需要具備專業(yè)知識(shí)。智能軟件可以根據(jù)結(jié)構(gòu)施工圖進(jìn)行識(shí)別和轉(zhuǎn)換成三維模型，并直觀反映出建筑結(jié)構(gòu)的內(nèi)部關(guān)系，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的問題，并及時(shí)與設(shè)計(jì)單位溝通解決，節(jié)省大量時(shí)間和人力資源。

3.4 軟件智能布置懸挑工字鋼

設(shè)計(jì)人員使用智能分析軟件進(jìn)行懸挑工字鋼的布置，在軟件中設(shè)置腳手架的相關(guān)構(gòu)造參數(shù)，例如，桿件材料、步距、立桿間距范圍和懸挑間距范圍等。

3.5 整體腳手架模型生成及細(xì)部節(jié)點(diǎn)展示

在完成腳手架以及工字鋼的設(shè)置后，進(jìn)行相關(guān)配件布置。在軟件中輸入各類構(gòu)件的基本參數(shù)，系統(tǒng)便可以進(jìn)行連墻件、剪刀撐和各類圍護(hù)構(gòu)件的布置。

3.6 圖紙導(dǎo)出

完成腳手架以及相關(guān)構(gòu)件布置后，便可以導(dǎo)出施工圖紙。軟件可以展示腳手架的大樣圖、任意位置剖面圖和節(jié)點(diǎn)詳圖，可以根據(jù)實(shí)際需要，生成樓層腳手架的立面和平面的CAD 圖紙，軟件還可以生成腳手架的設(shè)計(jì)方案和計(jì)算書。

4 優(yōu)勢(shì)分析

BIM 技術(shù)的本質(zhì)就是根據(jù)建筑腳手架的相關(guān)參數(shù)搭建三維設(shè)計(jì)模型，該模型涵蓋了建筑相關(guān)所有數(shù)據(jù)，可以通過模型隨時(shí)查閱與項(xiàng)目相關(guān)的簡(jiǎn)介、成本以及施工進(jìn)度信息，確保實(shí)現(xiàn)對(duì)施工全過程的協(xié)調(diào)指揮和高質(zhì)量管理。工程項(xiàng)目的三維設(shè)計(jì)模型具有隨時(shí)導(dǎo)出圖紙、施工過程協(xié)調(diào)暢通、溝通效率提高、工作質(zhì)量提高等優(yōu)點(diǎn)。BIM 技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新和共享，在工程項(xiàng)目建設(shè)的全過程中，可以隨時(shí)查閱項(xiàng)目的信息數(shù)據(jù)。例如，在設(shè)計(jì)階段可以直接查閱設(shè)計(jì)的預(yù)算、進(jìn)度和設(shè)計(jì)方案，在施工階段可以查閱項(xiàng)目的成本、施工進(jìn)度和質(zhì)量、管理人員還可以查閱項(xiàng)目的財(cái)務(wù)信息、資金情況等。

4.1 可視化程度分析

傳統(tǒng)二維圖紙繪制時(shí)，繪圖手段和工具比較單一，一般采用一些點(diǎn)、線和符號(hào)表達(dá)設(shè)計(jì)意圖。依靠線條的粗細(xì)和顏色進(jìn)行區(qū)分腳手架輪廓以及工字鋼的主梁和次梁，對(duì)交叉重疊部分無法具體表達(dá)出來，施工中需要專業(yè)人員識(shí)圖，同時(shí)需要具備豐富經(jīng)驗(yàn)，否則容易曲解設(shè)計(jì)意圖，影響工程進(jìn)展?；贐IM 技術(shù)的參數(shù)模型是一種三維化模型，不僅可以實(shí)現(xiàn)可視化的直觀展示，還可以對(duì)施工過程進(jìn)行模擬演示，暴露出施工構(gòu)造和施工過程的沖突之處，及時(shí)溝通各參建方進(jìn)行協(xié)調(diào)優(yōu)化，有效提高項(xiàng)目的施工效率。

4.2 成本預(yù)測(cè)

基于BIM 技術(shù)搭建的建筑項(xiàng)目參數(shù)模型，幾乎包括了項(xiàng)目的所有數(shù)據(jù)和信息，可以直接計(jì)算出項(xiàng)目的工程量和物料清單，以及項(xiàng)目工期和人工計(jì)劃等。BIM軟件可以單獨(dú)計(jì)算出某一分部分項(xiàng)工程的腳手板、鋼管和扣件等材料使用量和工程量，方便項(xiàng)目管理人員制定材料采購、物料進(jìn)場(chǎng)計(jì)劃。

4.3 施工進(jìn)度控制

BIM 技術(shù)可以提高項(xiàng)目施工的管理效率，實(shí)現(xiàn)對(duì)所有專業(yè)施工、參建單位、計(jì)劃作業(yè)的集中管控，可以實(shí)時(shí)全方位協(xié)調(diào)材料配送、供應(yīng)商生產(chǎn)和腳手架施工進(jìn)度情況，避免現(xiàn)場(chǎng)施工與資源配置之間發(fā)生沖突，確保實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目各參加方的施工目標(biāo)?；贐IM 技術(shù)的參數(shù)模型與現(xiàn)場(chǎng)施工情況相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施工過程的模擬演示，及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工方案和作業(yè)計(jì)劃的問題與沖突。BIM 技術(shù)可以對(duì)腳手架和工字鋼布置施工進(jìn)行模擬演示，提前解決模擬過程中暴露出的問題，確定最合理的施工方案，同時(shí)結(jié)合腳手架施工計(jì)劃提高懸挑梁復(fù)雜施工部位的可靠性。通過BIM技術(shù)，項(xiàng)目管理人員可以直觀具體地熟悉腳手架施工安裝過程中的工序和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，提前做好復(fù)雜重難點(diǎn)作業(yè)安排，同時(shí)，清楚了解腳手架施工作業(yè)的搭設(shè)細(xì)節(jié)，提高工程施工效率和工程安全性。

4.4 施工安全控制

傳統(tǒng)的腳手架設(shè)計(jì)方法，需要人工計(jì)算懸挑腳手架的可行性和安全性，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)施工過程的安全隱患和腳手架設(shè)計(jì)缺陷。基于BIM 技術(shù)的模型首先可以實(shí)現(xiàn)三維立體展示，直觀發(fā)現(xiàn)腳手架設(shè)計(jì)的不當(dāng)之處，而且還可以用軟件進(jìn)行建筑整體腳手架的安全校核計(jì)算，并對(duì)施工方案問題進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。在腳手架施工過程中，通過BIM技術(shù)可以提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)技術(shù)和安全交底效率，通過BIM技術(shù)的三維立體展示和動(dòng)畫演示，提高交底雙方的理解和溝通效率，并提前對(duì)施工的重點(diǎn)、難點(diǎn)做好計(jì)劃編制和措施應(yīng)對(duì)。BIM 技術(shù)對(duì)施工場(chǎng)地進(jìn)行布置設(shè)計(jì)，針對(duì)施工不同階段場(chǎng)地布置進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整，包括施工通道、物料堆場(chǎng)、緊急疏散通道等，打造安全標(biāo)準(zhǔn)施工場(chǎng)地。管理人員可利用BIM 技術(shù)加強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)安全管控效率，通過將BIM技術(shù)與現(xiàn)代視頻監(jiān)控、智能傳感等技術(shù)相結(jié)合實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程監(jiān)督巡視，利用動(dòng)畫或三維形式進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)危險(xiǎn)點(diǎn)作業(yè)指導(dǎo)，提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的安全技能和責(zé)任意識(shí)。

5 結(jié)語

綜上所述，在懸挑腳手架施工中采用BIM 技術(shù)不僅可以提高腳手架設(shè)計(jì)布置效率和安全校核性能，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)施工過程的技術(shù)指導(dǎo)和安全管控，有效提高現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量和安全管控效率?；贐IM 技術(shù)搭建的模型具有直觀化、可視化、可出圖性，可以實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的模擬預(yù)演和施工過程優(yōu)化，為工程項(xiàng)目的腳手架施工提供技術(shù)支持和管理輔助。