BIM 技术在超高层框架核心筒结构外用附着式升降脚手架施工中的应用

石梦琪，姜红平，唐 翔，沈傲雪，王晓芳，侯亮亮（中建一局集团第一建筑有限公司，上海 201100）

随着建筑业信息化的快速发展，建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术在施工现场的应用逐渐深入、成熟。近年来，一些大型项目特别是高层及超高层项目如我国深圳平安国际金融中心、北京中国尊以及阿联酋迪拜亚特兰蒂斯酒店等，已开始全面深入地应用 BIM 技术，并取得了较好的成果。如中国尊项目，在工期紧、结构形式复杂、场地空间有限的条件下，通过利用 BIM 技术，进行各专业融合的设计深化、全方位的施工方案优化等，真实地反映虚拟施工，在保证工程质量的前提下，节约了成本并缩短了工期。

当前，在高层与超高层建筑蓬勃发展之际，附着式升降脚手架的优越性越发明显。材料用料少，使用过程只需安拆 1 次，爬升快捷方便，经济效益显著，是一种很有推广价值的高层建筑外脚手架。但是，随着目前建筑结构外形日趋复杂，附着式升降脚手架在安装、提升、使用和拆除 4 个阶段中遇到的问题也越来越多。本文从 BIM 技术的可视性、模拟性等特点，以及工程量统计、节点模型深化、构造受力分析等功能入手，结合工程实例谈谈 BIM 技术在附着升降脚手架施工中的应用效果。

1 工程概况

南京某媒体大厦项目位于江苏省南京市建邺区雨润大街以南，江东中路以东。工程总用地面积 18 500.00 m2，总建筑面积 155 022.94 m2，其中：地上建筑面积 96 834.22 m2，地下建筑面积 58 188.72 m2。建设规模：A 栋为 35 F，149.9 m，建筑面积约 81 890.28 m2，结构形式为框架-核心筒体系；B 栋为 24 F，104.0 m，建筑面积约 35 755.71 m2，结构形式为框架-抗震墙体系；C 栋为 5 F，45.9 m，建筑面积约 9 188.24 m2，结构形式为框架结构。

2 BIM 技术在附着式脚手架中的应用

进行附着式升降脚手架机位的平面布置及连墙件的布置时，必须考虑主体结构及外立面幕墙形式特点，两者的布局要相适应。因此，首先用 BIM 技术建立项目建筑模型以及幕墙模型，图 1 所示，在此基础上进行附着式升降脚手架机位布置，从而可精准地避开幕墙龙骨等构件。在完成模型与机位的布置后，建立附着式升降脚手架模型，如图 2 所示。本项目采用 Revit 建立主体结构模型与附着式升降脚手架模型。

图1 项目建筑、幕墙 BIM 模型

图2 附着式升降脚手架模型

2.1 BIM 技术应用于工程量统计

项目 BIM 团队在创建附着式升降脚手架模型的同时将所有的族库均设置为可编辑模式，并且根据附着式升降脚手架升降设备材料类型及构配件组成，分别创建了连接板族、电动葫芦族、镂空网版走道板族、楼梯族、水平桁架族、导轨族、防护网片族、花纹钢板走道板族、附墙件族及翻板族等。项目所建族为参数化族，可以根据项目不同需求进行构件尺寸参数设置，实用性、复制性以及拓展性强。通过对附着式升降脚手架进行参数化建模，能方便准确地得到附着式升降脚手架工程量。传统的爬架工程量统计是指造价工程师根据施工图纸或施工方案进行人工手算工程量，耗费的时间多、占用的精力较大。附着式升降脚手架工程所涉及的构件如防护网片、附墙支座、翻板、走道板等数量越来越大、种类越来越多，数量计算就需要付出极大的耐心和细心，即使如此准确程度也得不到保证。

本工程通过将 BIM 技术引入至附着式升降脚手架中，根据 BIM 模型中构件的本身属性，利用族与类型、注释、合计等字段进行识别，从而直接统计出连接板、翻板、电动葫芦、镂空网版走道板、楼梯、水平桁架、导轨、防护网片、花纹钢板走道板、附墙件等的用量，有效避免了传统算量过程中人为因素的影响。本项目附着式升降脚手架材料用量：翻板 324 个，导轨 246 个，内挑连接板 2 720 个，附墙支座310 个，走道板 1 013 块，防护网 2 124 片。为更加满足实际施工需求，并用于指导施工，本工程建立的爬架族均可达到 LOD 400 以上的精度，可用于细部构造展示与交底，能清晰显示构件连接方式，并可反复使用。为防止构件族在组合过程中重叠交错从而影响导出的工程量出现误差，在建立完成模型以后，项目 BIM 团队用 Navisworks 中碰撞检查找出模型中的问题，使工程量更加精确。在细部构造中，展现走道板与走道板之间、立杆与立杆之间、走道板与外部面板之间的连接方式。构件连接形式如图 3 所示；附着式升降脚手架构件如图 4 所示。

图3 构件连接形式示意图

图4 附着式升降脚手架构件族

相比传统的手工算量，应用 BIM 技术进行爬架统计的工程量更加高效与精准。虽然在前期建立族库的过程中会比较耗费人力和时间，但是在下一个同类型工程的附着式脚手架工程量统计、工艺展示、节点深化图的应用等环节实施时将是十分便捷的，同时避免了二次人工手算。

2.2 建立健全的 BIM 工作机制

为有效提高 BIM 技术在附着式脚手架施工中应用的精准度和指导现场的可操作性，项目部需要建立一个健全的 BIM 工作机制及流程具体如图 5 所示。规范各部门与各专业的工作职能，简化传统的工作流程，提高工作效率。

前期通过建模完整的爬架机位布置模型，并将该模型与幕墙预埋件模型进行校核检验，从而有效避免爬架机位与幕墙预埋件、幕墙龙骨等位置相冲突。根据施工方案中的爬架预埋螺栓对混凝土的受力分析，提交设计院进行受力复核，进一步提高架体的整体安全性能。附着式升降脚手架机位布置优化局部如图 6 所示，附着式提升脚手架机位布置如图 7 所示。

图 5 工作流程图

图6 附着式升降脚手架机位布置优化局部图

图7 附着式提升脚手架机位布置图

2.3 三维可视化交底

由于在传统的施工管理中，常用的交底模式是基于施工方案、CAD 图纸的表达方式，因此在信息传递的过程中容易出现施工交底不清、节点分析不明、操作人员对交底内容不理解等问题。本项目在运用 BIM 技术的基础上，将复杂节点通过动画、模型、视频等形式展现在施工人员眼前，使安装工艺、构配件组成简单直观，提高了现场操作人员对施工工艺的理解，增强了沟通协调效果及对工程施工的把握能力，有效提高了附着式升降脚手架工程安装效率及安全性。

2.4 安全管理

附着式升降脚手架由于具有前述施工特点，所以目前在高层建筑施工中应用较为广泛，但其具有极高的安全性要求，在高空作业时一旦发生安全事故将产生严重后果。因此，要加强附着式升降脚手架在施工过程中的安全管理，提高安全控制措施，包括主体结构的预留预埋、提升前的安全检查以及内外密封防护等。利用 BIM 技术的可视化特性是能更好地做到预留预埋、安全检查与安全防护的。

利用 BIM 模型的可视化特性，在结构预留预埋前整合附着式升降脚手架模型，确定不同位置处结构预留预埋类型。此处架体为与结构墙体连接，预埋时须在结构墙预留套管。另外，通过整合后的模型，可以直观地看到架体与结构墙体或楼板之间的间隙是否满足规范要求。本工程架体与结构墙体细部构造如图 8 所示。该处墙体与脚手架处为翻板全封闭，因此无坠落风险。

图8 架体与结构墙体细部构造

同时，将整体模型导入 Navisworks 软件中，以第三人的模式进行漫游，形成逃生疏散模拟，如图 9 所示。漫游过程中开启碰撞、重力以及蹲伏效果，以此来预测发生事故时不同位置工作人员的疏散路线，提前对不同位置的工作人员安排好最佳路线如图 10 所示，尽可能避免在疏散时产生人流拥挤、疏散不均等问题，有效缩短逃生时间，保障工人安全。同时根据项目场地平面布置规划现场工人及管理人员在遇到突发事件时的逃生路线。A 栋现场工人及管理人员从施工现场 1 号大门疏散； B 栋现场工人从施工现场 2 号大门疏散； C 栋现场工人从施工现场 3 号大门疏散。

图9 逃生疏散模拟

图10 规划现场逃生路线

3 结 语

本文以南京某媒体大厦项目为例，探讨了 BIM 技术在附着式升降脚手架专项施工中的应用和管理，得出以下结论。

(1) 建立参数化族库和利用 BIM 技术进行工程量统计分析，节省大量算量时间并保证了算量精度。

(2) 作业人员能够根据平面布置模型更好地进行现场材料堆场布置，确保架体在地面拼装。

(3) 利用 BIM 技术的可视化特性，提高了操作人员的施工效率和安装准确度。

(4) 利用 BIM 技术的可视化及模拟性等特点，更加准确地做好结构的预留预埋、安全检查及架体密封防护，提前确定逃生疏散线路，加强现场的安全管理能力。

BIM 技术的应用大大提升了附着式升降脚手架施工中的信息化和规范化管理水平，同时在附着式升降脚手架施工的降本增效及安全管理等方面取得良好效果。对其他超高层附着式升降脚手架的施工具有借鉴意义。