BIM技术在优化模板工程中的应用

王耀耀 张立国 毛旭 田飞龙 王祥阳 鲍晗

摘要：自BIM技术应用于建筑领域以来，已经为建筑行业带来了实质性的变革，大大改善了建筑行业粗放型、低效益的发展状况。但是，由于建筑工程的复杂性导致了BIM的应用很多模块没有得到充分的利用，需要进一步的进行实践探讨。模板及支撑体系作为钢筋混凝土结构的支撑构件，从工程起始到工程竣工均发挥着重要作用。将BIM技术应用于模板工程的优化管理可以有效解决模板工程中的难题，达到设计优化、精准下料、控制成本、安全高效等效果。

Abstract： Since the application of BIM technology in the field of architecture， it has brought substantial changes to the construction industry， greatly improving the development of extensive and low efficiency in the construction industry. However， because of the complexity of the construction engineering， many modules of the BIM application have not been fully utilized， and further practice is needed. As a supporting member of reinforced concrete structure， the formwork and support system play an important role from the beginning of the project to the completion of the project. Applying BIM technology to the optimization management of template engineering can effectively solve the problems in template engineering， and achieve the effect of design optimization， precise blanking， cost control， safety and high efficiency.

关键词：BIM技术；模板工程；精准下料；成本控制

Key words： BIM technology；template engineering；precision blanking；cost control

中圖分类号：TU17 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）25-0228-04

0 引言

近年来，随着BIM技术在建筑工程中的不断应用，在技术不断完善、功能不断更新的同时也给建筑业带来了前所未有的变革。通过数字信息仿真技术模拟施工对象的真实信息，依靠其可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性等特点[1]，有效的保障了设计深化水平、工程管理质量、工期节约管控、人员安全保障和工程资金效益。

本文首先对BIM技术在模板工程中的各方面应用进行分析，然后结合BIM技术在沈阳盛京金融广场项目模板工程中的应用，探讨模板工程施工中运用BIM技术的具体方法以及为工程建设带来的效益。

1 项目简介

沈阳盛京金融金融广场项目A、C标段由住宅、商业、办公楼、附属用房等部分组成。工程总建筑面积477095m2，其中地下建筑面积129018m2，地上建筑面积345077m2。办公楼建筑总高度297.6m，住宅楼平均建筑高度为190.85m。住宅楼为钢筋混凝土结构，办公楼为钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构，工程主要为钢筋混凝土结构，从项目开工至项目结束模板工程一直起到非常重要的作用。

2 模板工程的重要性及施工难点

2.1 模板工程的重要性

2.1.1 工程安全性 模板工程作为新浇筑混凝土的支撑结构在混凝土结构建造过程中起着非常重要的作用，同时也面临着极大的安全挑战，是整个工程项目中危险系数最大、安全事件发生率最高的工程部位之一，所以在模板工程的设计、施工、管理方面必须谨慎。

2.1.2 工程经济性 在钢筋混凝土结构中，模板工程需投入大量人力物力，其中模板工程用工量达混凝土工程总用工量的30%-40%，工期消耗大约为总工期的一半，所需费用投入大约为总体费用的20%-30%，所以做好模板工程的精准预算、精准结算、精益管理对于工程经济管理至关重要。

2.1.3 工程施工技术 多数混凝土结构中的技术难点、新技术创新及应用都集中在混凝土工程中，而模板工程又是混凝土工程的技术难点，不断地实现模板工程施工技术创新与应用，是有效解决混凝土施工过程中的质量、安全、进度、管理问题的方法。

2.1.4 工程质量 模板工程的施工质量直接影响着混凝土工程的施工质量，因模板工程施工过程中模板定位错误、模板拼装漏模、支撑体系严重不均匀沉降等导致的工程质量以及安全问题屡见不鲜，对工程造成极大的经济损失和不安全因素。

2.1.5 工程进度 模板工程的施工进度直接影响着混凝土工程的总体进度，模板拼装错误、支撑体系搭接不正确、现场施工工序连接不紧密、项目管理松懈等都会导致工程进度延缓。

2.1.6 其他方面 钢筋混凝土结构工程项目中模板工程施工中需要现场进行模板切割加工、支撑钢管的架设，是严重影响项目绿色施工、文明施工的重要因素。

2.2 模板工程施工难点

2.2.1 危险性大 模板工程尤其是高大模板工程因建筑工程要求往往模板及支撑体系搭设高度比较高、跨度大，再加上自身结构庞杂以及混凝土浇筑后自重大、结构面积大且复杂，所以存在极高的危险性。模板及其支撑体系一旦发生坍塌，牵连的施工作业面广、涉及的工种多，将会造成极其严重的后果，所以在设计、施工、监察等各个环节都必须严格要求，往往受到各方广泛关注。

2.2.2 材料浪费严重 模板工程施工的过程中容易发生材料的严重浪费，主要体现在前期策划过程中对模板预拼装以及支撑体系预排布不合理造成实际施工过程中模板制作偏差造成的多余角料、废料过多；材料采购统计不准确造成的模板以及支撑体系下料过剩；模板工程施工时材料周转不合理、材料闲置造成的材料浪费等。

2.2.3 工期延误 混凝土工程中模板工程的工程量大，工作面广，工种交互作业复杂，是造成项目工期延误的重要环节，造成工期延误的主要原因有一下几点：前期设计策划不合理，导致设计与施工之间出现矛盾造成设计变更及现场窝工；模板工程施工与材料采购之间时间节点中断导致的工期延误；现场管理人员交底不明确、施工人员对施工内容理解不充分导致施工错误造成返工；现场管理混乱，各个施工节点之间中断频繁导致的施工进度缓慢。

2.2.4 不文明施工 模板工程施工过程中对模板的制作大多是在现场进行加工，造成的木屑难以清除，会对现场环境造成污染。同时，加工过程中会伴随大量噪音污染，不利于现场文明管理及绿色施工管理。

3 BIM技术优化模板工程的特点

传统的模板工程施工依赖于对CAD图纸的理解，通过对二维CAD图纸进行逐级解读，然后进行现场交底施工。传统方法过程繁琐，容易出错，施工作业是在作业人员完全解读图纸的基础上进行的，当工程量比较大或者工程比较复杂的情况下对于施工管理人员以及施工作业人员的挑战非常大，往往会对工期、工程质量以及经济效益造成较大影响。将BIM技术应用于模板工程中可以有效解决传统施工方法中的弊端。

3.1 3D模型深化设计，预拼装更加合理、材料节省优势明显 基于项目主体结构BIM模型进行模板工程相关深化设计，结合现场结构位置进行模板工程支撑体系的支架搭接，支撑体系符合规范标准要求：垂直方向和水平方向剪刀撑的构架与连接、支架的竖杆垂直度及横杆水平误差、龙骨位置要求、扫地杆的设置等。同时整体架设上满足支撑体系顶部，预浇筑主体结构底部满足梁下支架必须落地的要求，保证支撑体系一次性搭接成型。对模板进行预拼装设计，保证模板无缝拼接。将做好的3D模板及支撑体系模型导入Navisworks中进行模板与预浇筑主体结构进行碰撞检查，保证模板标高的准确性。

利用BIM技术的可视化及参数化功能对模板工程进行模拟施工，在设计阶段严格按照规范标准进行建模，提前找出最合理的施工方式，避免实际施工过程中出现施工不符合标准的情况，减少施工错误率，同时大大降低了安全事故发生的几率。依靠BIM建模软件Revit模型明细表，得到相应材料的采购用量统计表，提前与厂家联系进行备料并依据不同尺寸、形状模板统计表对模板进行工厂加工，可以达到精准成本控制、加快施工进度、文明施工的效果。

3.2 BIM可视化交底，提高工程质量 将经过深化设计的合理BIM模型导入Navisworks中，制作交底资料，包括：可视化漫游动画、模板工程作业整体效果图、复杂部位及容易出错部位详图等。通过可视化材料交底，施工管理人员和施工作业人员都可更加深入的了解设计意图、施工步骤及作业要点。施工过程中作业人员根据交底材料可以清楚获取模板及支撑体系的参数信息，例如：横向竖向剪刀撑布置位置及扣件数量、脚手架抱柱位置、扫地称布置方式、龙骨安装位置等。通过可视化交底与施工，可以大大提高模板工程以及混凝土工程的施工质量，大大降低甚至避免施工错误。

3.3 BIM技术现场管理，促进成本与进度管控 利用BIM技术对模板工程現场施工管理进行管控，根据Revit中的明细表数据库对模型进行数据统计，快速统计出模板工程中不同尺寸、形状模板以及钢管、扣件的数量，制定相应的物资采购计划，对模板进行工厂化加工，精准模板下料，杜绝浪费，节约成本。合理安排现场施工与材料订购的环节衔接，运用BIM数据联动掌握模板工程施工情况，从材料的需求与配送、施工节点的检查、施工质量验收等方面进行管控，保证工程各个参与方之间的工作联动性，消除施工过程中资源分配之间的矛盾与冲突，大大加快了施工进度，降低了施工成本。

4 BIM技术优化模板工程施工应用

本文以沈阳盛京金融广场项目为工程背景，选取工程项目危险性最高的高支模工程阐述BIM技术在优化模板工程中的具体应用。

4.1 施工工艺流程 运用BIM技术优化模板工程施工工艺流程如图1所示。

4.2 工程材料选型与设计

4.2.1 材料选型 结合工程实际情况、安全、质量、经济、市场供应等方面进行综合考虑，并针对项目高支模工程部分进行详细分析，模板工程选用轮扣式脚手架作为支撑系统。（表1）

4.2.2 初步设计 本工程以500mm×1100mm、600mm×2450mm、700mm×1800mm、800×2000、900×2000的梁截面和350mm厚、450mm厚的板作为设计计算模型，选用整体稳定性较好的轮扣式脚手架—扣件式脚手架体系，配合剪刀撑及竖向结构拉结，保证架体的整体稳定，满足高支模的施工要求。

①为了避免架体承载力偏心受压而降低，在架体立杆顶部设微调螺栓（U托），使立杆成为典型的轴心受压构件，充分发挥立杆的作用。②在每根立管350mm处设置扫地杆。③采用立杆支撑楼板、横杆下另设立杆支撑梁，使用1.2m、2.4m、3m等多种轮扣管配合搭设，且梁板支撑整体连接的合支方法，保证模板支撑架形成整体几何不变体系。

4.2.2.1 高支模支撑体系（表2）

4.2.2.2 竖向剪刀撑与水平剪刀撑设置

①支撑体系的布置：对每个支模浇筑单元体系的外侧四周设置自下而上的竖向连续剪刀撑，满堂脚手架中间纵横间距不大于10m设自下而上的竖向连续剪刀撑单元，每个单元纵横尺寸为4500～6000mm，由此分割的单元内在由下而上的第四道水平杆标高设置水平剪刀撑，并在纵横向相邻的两竖向连续式剪刀撑之间加设连续剪刀撑。（图2）

②剪刀撑要求：1）剪刀撑杆件的底端与楼面顶紧，剪刀撑（斜杆）每步与立杆扣接，（斜杆）与地面夹角应在45度～60度之间，扣接点距钢管十字节点的距离≤150mm；当出现不能与立杆扣接的情况时可采取与横杆扣接，扣接点必须牢固；2）剪刀撑采用搭接连接，搭接长度≥1000mm，且连接的旋转扣件不少于3个，端部扣件盖板的边缘至杆端距离不得小于100mm。

水平剪刀撑设置位置为：扫地杆处及梁板下，共计两道，两道水平剪刀撑间距不大于5m，水平剪刀撑跨度为4.5m～6m。

竖向剪刀撑连续设置，角度为45°～60°之间，钢管搭接部位搭接长度不小于1m，至少用三个旋转扣件相连。

4.2.2.3 抱柱措施 为增加高支模架体稳定性，架体所有立杆每步距纵横向设置水平杆，中间不准断开，端部与已有结构顶紧，且梁、板架体遇混凝土浇筑完毕的柱采取抱柱措施，抱柱水平杆位置与水平剪刀撑相同，且不得少于2道。

4.3 模板工程BIM模型建立与深化 针对上节中对模板工程相关支撑体系的初步设计为基础进行BIM深化。首先，建立项目BIM可视化三维建筑模型；其次，在项目建筑模型的基础上进行模板工程相关模型的建立。最后，对所建立的模板工程三维可视化模型进行合理化深化设计。模板工程3D模型的设计与深化是该项目精准模板下料、材料采购统计、精准成本控制、精益工程质量管理的基础，是解决设计与施工矛盾冲突带来的设计变更的有效办法。（图4）

4.3.1 采购计划表 根据建立的BIM模型以及生成BIM数据明细表进行精准模板下料统计、材料采购用量统计，进而建立采购计划表。报商务部进行算量核对后进行物资采购、模板工厂加工等。

4.3.2 可视化交底材料制作 将建立的BIM三维模型导入Navisworks中，制作可视化漫游动画视频以及模板工程相关部位节点详图结合软件Navisworks的注释、标注功能对详图的关键信息进行注释。最后将交底材料整理成册。

4.3.3 组建优秀施工团队 根据施工需要组建优秀施工团队，团队管理人员具备多年施工经验并且有专门的BIM工程师，具备基本的BIM相关知识，以便于与项目部人员进行沟通交流。

4.3.4 可视化交底会议 组织施工团队进行可视化交底会议。将可视化交底材料中容易出錯的地方以及重点部位进行多次观看学习，保证每位施工人员都能熟练掌握该部位工程施工要求及做法。

4.4 现场定点吊装 根据REVIT模板及脚手架用量统计表，结合施工平面布置图，统计出不同阶段，每个施工部位所需要模板及脚手架材料的用量，进行定点吊运，节省材料不必要倒运损耗时间。

4.5 模板工程施工 有效组织施工人员进行施工作业，严格按照施工交底内容进行作业，避免出现不必要的施工错误。

4.6 完工检查与清理 模板工程施工完成后检查模板及脚手架排布安装与交底内容的差别，找出差别原因并予以解决；检查投放材料剩余情况，并进行清理。

5 结论与展望

BIM技术在工程中的应用改善了建筑行业生产效率低下、浪费严重的问题，BIM技术在模板工程中的应用解决了施工的质量差、管理混乱、材料浪费、进度缓慢、效益低下的难题。虽然BIM技术已经在模板工程中得到了应用，但是建模过程中需建立大量的相关构件族，工作量大且繁琐。之后的研究可以对BIM软件的功能进行更深入的探讨，研发关于模板构件的内部族，减小建模工作量，使得BIM技术更加智能化。随着科学技术的发展，将来AR技术应用于建筑行业，将更大程度上提高建筑行业的生产效率。

参考文献：

[1]王春涛，陈留兵.BIM技术在建筑工程施工中的应用[J].南通职业大学学报，2015，29（02）：81-85.

[2]黄湘富，韦继赫.BIM技术在优化砌体工程中的应用[J].城市住宅，2017，24（08）：66-68.