BIM技術(shù)在鋁模深化設(shè)計(jì)中的應(yīng)用與探討

安旭,王偉,許英豪,鐘宇野

（中國(guó)建筑第七工程局有限公司，河南鄭州 450000）

1 引言

BIM技術(shù)是目前在國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)中大力推廣的新技術(shù)，其以建筑工程項(xiàng)目信息數(shù)據(jù)作為模型基礎(chǔ)，建立完善的、高度集合的項(xiàng)目信息模型[1-3]。鋁模施工也逐漸成為建筑行業(yè)內(nèi)日益追逐的新技術(shù)之一，以其良好的成型質(zhì)量及高效的穿插模式等優(yōu)勢(shì)，備受各項(xiàng)目管理人員的關(guān)注。

對(duì)此，董大澤等人應(yīng)用BIM 技術(shù)對(duì)鋁合金模板進(jìn)行深化設(shè)計(jì)[4]，并運(yùn)用于工程實(shí)例，提出了建立鋁模拼裝模型，對(duì)鋁模的拼裝連接方式進(jìn)行模擬施工。張亞偉等人提出在鋁模圖紙優(yōu)化過(guò)程中常出現(xiàn)優(yōu)化不徹底現(xiàn)象[5]，并結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目工程，運(yùn)用BIM 技術(shù)對(duì)鋁模深化應(yīng)用，解決工藝展示、圖紙會(huì)審、技術(shù)交底、發(fā)現(xiàn)技術(shù)難點(diǎn)等問(wèn)題。

本文結(jié)合目前BIM 技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)及鋁模應(yīng)用現(xiàn)狀，探索其在鋁模圖紙深化過(guò)程中應(yīng)用的要點(diǎn)，根據(jù)項(xiàng)目的鋁模施工經(jīng)驗(yàn)和深化設(shè)計(jì)實(shí)踐，結(jié)合工程實(shí)施過(guò)程總結(jié)如下。

2 鋁模BIM模型及實(shí)施工作流程

本文實(shí)際應(yīng)用工程總建筑面積約為34萬(wàn)m2，共計(jì)22棟高層住宅及1層地下車庫(kù)，總造價(jià)約為5.8億元，其中，22#、23#、25#、30#、31#、32#、33#、35#樓共計(jì)8 棟樓為鋁模施工樓棟。

鋁模施工樓棟均為33 層的高層住宅，為保證建設(shè)單位預(yù)售節(jié)點(diǎn)，在項(xiàng)目施工組織中，項(xiàng)目部決定于項(xiàng)目4 層開始施工鋁模，本項(xiàng)目鋁模中的BIM技術(shù)亦在該8棟樓的4層至33層進(jìn)行BIM模型構(gòu)建及運(yùn)用。

2.1 實(shí)施工作流程

通過(guò)初步審查CAD圖紙，明確特殊部位設(shè)計(jì)意圖，采用BIM軟件，構(gòu)建BIM模型，確認(rèn)BIM模型細(xì)部構(gòu)造達(dá)到可視化模型程度，根據(jù)構(gòu)建的BIM 模型，配置鋁合金模板，確認(rèn)鋁模構(gòu)件與支撐體系，利用BIM模型，調(diào)整單頂支撐及標(biāo)準(zhǔn)板布置、外墻K 板部位，構(gòu)建鋁模BIM 模型，對(duì)鋁模BIM 模型開展碰撞檢測(cè)，獲取碰撞報(bào)告，并進(jìn)行各類模板構(gòu)件安全驗(yàn)算，對(duì)與鋁模配套使用的爬架進(jìn)行BIM深化，構(gòu)建配套設(shè)施BIM 模型，交底并復(fù)制驗(yàn)收鋁模BIM 模型。具體的實(shí)施工作流程如圖1所示。

圖1 鋁模深化BIM實(shí)施工作流程圖

2.2 初審設(shè)計(jì)圖紙與構(gòu)建BIM模型

項(xiàng)目接收施工藍(lán)圖后，首先初步審查CAD圖紙，明確各個(gè)線條大樣、特殊部位設(shè)計(jì)意圖，并成立BIM小組，依據(jù)BIM建模標(biāo)準(zhǔn)及施工藍(lán)圖，采用BIM 軟件，設(shè)計(jì)圖紙深化建模。在構(gòu)建過(guò)程中，從現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)、技術(shù)、成本等因素多方面要求，依據(jù)BIM技術(shù)的可視化等功能優(yōu)化設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)圖紙及BIM模型如圖2所示。

圖2 設(shè)計(jì)圖紙及BIM模型

2.3 確認(rèn)BIM模型細(xì)部構(gòu)造

在深化圖紙的BIM 構(gòu)建過(guò)程中，確保設(shè)計(jì)中建筑與結(jié)構(gòu)的每一個(gè)細(xì)節(jié)，如門窗洞口、下掛、壓槽滴水線等細(xì)節(jié)模型達(dá)到可視化模型程度，保證在二維中難以察覺(jué)的細(xì)節(jié)，均在模型中直觀體現(xiàn)，確保各個(gè)細(xì)節(jié)深化到位[6]。

1.2.2 外植體滅菌。對(duì)預(yù)處理的外植體用75%乙醇擦拭，然后拿到超凈工作臺(tái)上用紫外燈消毒30 min，接著用0.1%升汞消毒處理5～10 min，每種處理用20個(gè)外植體。將外植體接種于MS培養(yǎng)基中，45 d后統(tǒng)計(jì)外植體的污染率、存活率，篩選龍血樹外植體最佳消毒時(shí)間。污染率指污染芽數(shù)占總接種芽數(shù)的比例；死亡率指未污染芽中死亡芽數(shù)占總接種芽數(shù)的比例；存活率指未污染芽中存活芽數(shù)占總接種芽數(shù)的比例。

部分重點(diǎn)注意的細(xì)節(jié)有：

(1)對(duì)比建筑圖等圖紙，充分考慮后期項(xiàng)目施工中的二次結(jié)構(gòu)，在保證建筑整體剛度的前提下，采用結(jié)構(gòu)拉縫板等措施，將二次結(jié)構(gòu)中的部分砌體墻進(jìn)行現(xiàn)澆設(shè)置，具體可現(xiàn)澆的部位有：

1)外墻全現(xiàn)澆；

2)電梯井、衛(wèi)生間、廚房墻體全現(xiàn)澆；

3)與現(xiàn)澆墻體相鄰的墻垛、門垛、窗相鄰的墻垛、門垛、窗垛≤300mm 時(shí)一次現(xiàn)澆，轉(zhuǎn)角門垛、T 字垛、門間垛≤300mm端墻優(yōu)化為現(xiàn)澆墻體；

4)剪力墻間≤600mm砌筑墻優(yōu)化現(xiàn)澆；

5)構(gòu)造柱、反坎等一次性現(xiàn)澆成型。

圖3 外墻現(xiàn)澆模型

圖4 企口與下掛大樣

(2)除了常規(guī)的滴水線、踢腳線等細(xì)部節(jié)點(diǎn)一次現(xiàn)澆成型外，廚房、衛(wèi)生間、陽(yáng)臺(tái)等的R 角也一次性澆筑成型處理，該措施不僅更有效地預(yù)防衛(wèi)生間陰角滲水等問(wèn)題，同時(shí)，減少了廚房衛(wèi)生間R角二次施工的開支。

2.4 確認(rèn)鋁模構(gòu)件與支撐體系

根據(jù)構(gòu)建的BIM 模型，針對(duì)設(shè)計(jì)圖紙、深化標(biāo)準(zhǔn)等文件，反復(fù)對(duì)模型進(jìn)行核對(duì)，保證BIM 模型中每一節(jié)點(diǎn)大樣、開間進(jìn)深、構(gòu)件尺寸等均符合設(shè)計(jì)圖紙及深化標(biāo)準(zhǔn)等要求。對(duì)調(diào)整完成深化設(shè)計(jì)的BIM模型，配置鋁合金模板，鋁模配置采用BIM 技術(shù)[7]，針對(duì)各模板構(gòu)件，根據(jù)建設(shè)單位鋁合金模板要求及設(shè)計(jì)模型概況，確認(rèn)各構(gòu)件尺寸及樣式，確保模板配置無(wú)誤。

圖5 K板模型

圖6 傳料口模型

針對(duì)各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件及附屬設(shè)施進(jìn)行確認(rèn)完畢，須對(duì)深化BIM 模型，進(jìn)行模板的配置，配置過(guò)程中，依據(jù)BIM 模型的可視化功能，反復(fù)針對(duì)模板配置查驗(yàn)，保證在支撐體系實(shí)施的質(zhì)量安全。

各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件及附屬設(shè)施進(jìn)行確認(rèn)完畢，針對(duì)支撐體系的BIM模型進(jìn)行構(gòu)建，構(gòu)建前依據(jù)BIM模型的可視化功能，針對(duì)每一項(xiàng)支撐體系等進(jìn)行逐一確認(rèn)，保證在每一個(gè)組件均符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求后，再進(jìn)行模板的拼裝組建。

圖7 背楞模型

圖8 頂撐模型

2.5 構(gòu)建鋁模BIM模型

確認(rèn)并構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)板、支撐體系等構(gòu)件尺寸后，針對(duì)模板體系進(jìn)行拼裝配模，如飄窗、陽(yáng)臺(tái)、采光井、外墻、構(gòu)造柱等部位，反復(fù)進(jìn)行配模并不斷調(diào)整[8]，在符合深化BIM 模型的要求時(shí)，最大限度使用標(biāo)準(zhǔn)板，保證現(xiàn)場(chǎng)施工的簡(jiǎn)便與快捷。

圖9 樓梯上三步模型

圖10 陽(yáng)臺(tái)支撐模型

同時(shí)，針對(duì)沉箱部位、樓梯上三步、陽(yáng)臺(tái)支撐加固等部位模板細(xì)部調(diào)整與核對(duì)，同時(shí)，利用BIM 模型，針對(duì)單頂支撐及標(biāo)準(zhǔn)板布置、外墻K 板部位均進(jìn)行反復(fù)核對(duì)調(diào)整，調(diào)整完畢后，針對(duì)不利于加固的位置及各項(xiàng)施工困難部位提出解決方案及優(yōu)化措施。

圖11 鋁模BIM模型

2.6 碰撞檢測(cè)鋁模BIM模型

針對(duì)已構(gòu)建的鋁模BIM模型，開展碰撞檢測(cè)，并獲取碰撞報(bào)告，檢測(cè)針對(duì)鋁合金模板加固螺桿與預(yù)埋線盒、結(jié)構(gòu)鋼筋等問(wèn)題進(jìn)行開展，檢測(cè)完成后，需針對(duì)報(bào)告鋁模模型進(jìn)行調(diào)整，保證水電等預(yù)留預(yù)埋位置準(zhǔn)確無(wú)誤，確?？梢灾笇?dǎo)廠家進(jìn)行模板生產(chǎn)及現(xiàn)場(chǎng)安裝[9]。

2.7 編制輔助方案

對(duì)已構(gòu)建完成的鋁模的BIM 模型，進(jìn)行各類模板構(gòu)件安全驗(yàn)算，常規(guī)的平面圖紙難以進(jìn)行模板三維立體驗(yàn)算，利用BIM模型，可反復(fù)調(diào)整直至驗(yàn)算通過(guò)，并以此作為依據(jù)編制施工方案，保證施工方案的安全性。

圖12 墻板BIM模型驗(yàn)算

圖13 背楞BIM模型驗(yàn)算

同時(shí)，對(duì)已復(fù)核驗(yàn)算完成的鋁模BIM 模型，對(duì)總計(jì)的2274件鋁合金模板構(gòu)件，進(jìn)行模板編碼，并提取構(gòu)件明細(xì)清單，發(fā)給鋁合金模板廠家，開始進(jìn)行模板的生產(chǎn)與配置，利用BIM模型進(jìn)行構(gòu)件下料，保證了下料的準(zhǔn)確性。

2.8 構(gòu)建配套設(shè)施BIM模型

作為鋁模施工的配套防護(hù)設(shè)施，為保證鋁模深化建模的BIM 模型更全面，項(xiàng)目部在鋁模施工的樓棟中，除了針對(duì)鋁模進(jìn)行模型構(gòu)建以外，也對(duì)與鋁模配套使用的爬架進(jìn)行BIM深化，確保鋁模BIM模型中外墻的模板配置更為合理。

爬架深化過(guò)程中，針對(duì)附墻支座、預(yù)埋拉桿等部位進(jìn)行布置深化，結(jié)合鋁模的BIM模型，確保支座等安裝與鋁模中K板、結(jié)構(gòu)線條等構(gòu)件碰撞的發(fā)生，同時(shí)，協(xié)調(diào)各部位進(jìn)行調(diào)整深化，確保爬架安全施工的同時(shí)，也能保證外墻鋁模的施工質(zhì)量。

圖14 爬架BIM模型

圖15 爬架附著BIM模型

2.9 交底與輔助驗(yàn)收BIM模型

鋁模BIM模型的構(gòu)建并確認(rèn)完畢后，施工前，項(xiàng)目BIM小組組織項(xiàng)目全體管理人員，進(jìn)行鋁模BIM模型交底，針對(duì)鋁模施工中的重難點(diǎn)部位，在模型中進(jìn)行逐一的講解，確?，F(xiàn)場(chǎng)施工的順利實(shí)施。

在鋁模施工的重點(diǎn)的工廠預(yù)拼裝及現(xiàn)場(chǎng)首拼過(guò)程中，可參照BIM模型，對(duì)工廠及現(xiàn)場(chǎng)拼裝過(guò)程中予以指導(dǎo)[10]，同時(shí)，項(xiàng)目管理人員利用BIM模型輔助工廠預(yù)拼裝及現(xiàn)場(chǎng)首拼驗(yàn)收，確保在過(guò)程中及拼裝后拼裝的模板符合BIM模型要求，避免不必要的返工。

3 工程實(shí)踐結(jié)果

3.1 鋁合金模板施工經(jīng)濟(jì)效益分析

針對(duì)BIM技術(shù)在鋁模深化中的應(yīng)用計(jì)算可知，各類商品混凝土的綜合價(jià)格為：C30為355.25元/m3；C40為385.34元/m3；C45為402.24元/m3；C50為419.32元/m3；C55為：419.32元/m3；HRB400級(jí)直徑φ10以內(nèi)的鋼筋價(jià)格為3917元/噸；砌體采購(gòu)價(jià)格為345.64元/m3；薄抹灰材料抗裂砂漿為15.5元/m2。根據(jù)BIM 模型工程量統(tǒng)計(jì)可知，在砌體結(jié)構(gòu)優(yōu)化為混凝土結(jié)構(gòu)前，根據(jù)做法要求，砌體結(jié)構(gòu)采用加氣混凝土高精砌塊砌筑，施工10mm 厚薄抹灰，則每棟樓砌體量為1332.49m3；薄抹灰量為6662.46m2。砌體結(jié)構(gòu)優(yōu)化為現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)后，每層建筑面積為487m2，每層混凝土等級(jí)同同層墻柱，同時(shí)，配筋雙層雙向，豎向鋼筋為HRB400E 級(jí)，直徑8mm，間距200mm；橫向鋼筋為HRB400E 級(jí)，直徑6.5mm，間距200mm，則每棟樓的混凝土量為C55混凝土88.83m3；C50為222.08m3；C45為222.08m3；C40為222.08m3；C30為577.41m3；每棟樓優(yōu)化后增加的鋼筋量為2123.09 噸；由此，采用BIM技術(shù)進(jìn)行鋁模深化所獲得的總效益為22557400.85 元。外墻等部位一次性現(xiàn)澆，且達(dá)到免抹灰條件，可省去外架、吊籃等施工工期及費(fèi)用，同時(shí)，自開展本項(xiàng)BIM 技術(shù)應(yīng)用以來(lái)，項(xiàng)目營(yíng)造BIM 技術(shù)管理氛圍，為公司輸送優(yōu)秀的BIM 儲(chǔ)備人才，獲得了良好的間接的經(jīng)濟(jì)效益。綜上所述，采用BIM技術(shù)的工程量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較高，能夠有效解決因人為、圖紙等因素導(dǎo)致的工程量統(tǒng)計(jì)錯(cuò)誤等問(wèn)題，從而提高工程量統(tǒng)計(jì)的工作效率，為鋁合金模板施工成本核算提供可靠數(shù)據(jù)，保證鋁模深化設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快了深化設(shè)計(jì)流程，為項(xiàng)目創(chuàng)造了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

3.2 鋁合金模板施工周期分析

為了驗(yàn)證鋁合金模板施工周期，將采用BIM 技術(shù)的實(shí)際施工周期與未采用BIM技術(shù)的實(shí)際施工周期進(jìn)行對(duì)比分析，對(duì)比結(jié)果如圖16所示。

圖16 鋁合金模板施工周期對(duì)比結(jié)果

根據(jù)圖16可知，鋁合金模板施工計(jì)劃施工周期約為460天，未采用BIM 技術(shù)的施工周期約為420 天，而采用BIM 技術(shù)的施工周期約為340 天，由此可知，采用BIM 技術(shù)進(jìn)行鋁合金模板施工周期較短，可以直觀模擬施工進(jìn)度，便于了解鋁合金模板施工進(jìn)度，降低施工進(jìn)度損失，避免施工周期延誤問(wèn)題。

4 結(jié)束語(yǔ)

鋁模深化設(shè)計(jì)是鋁模應(yīng)用中最重要的環(huán)節(jié)，如在普通的CAD圖紙中進(jìn)行深化，限于管理人員經(jīng)驗(yàn)等因素，常不能保證各項(xiàng)因素均可考慮到位，基于此背景下，本文采用BIM技術(shù)進(jìn)行鋁模深化應(yīng)用，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，能夠有效避免施工延誤問(wèn)題，保證鋁模深化等項(xiàng)目的順利實(shí)施。