BIM技术在模板工程施工源头减量化中的应用

陈 蕾 崔 嵬 刘嘉茵 刘 冬 何艳婷

1.中国建筑一局（集团）有限公司 北京 100161；2.中建一局集团第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程概况

成都天投国际商务中心项目二期是集商业、餐饮、办公、公园绿地等功能为一体的超高层城市综合体（图1），其中公园绿地区域下为2层防空地下室，框架结构。本文以该区域地下2层某流水段为样板，展开BIM模架工程设计软件的应用介绍，包括模板最低周转次数的设置、配模切割编号列表、模架材料工程量的统计等内容，并对比分析了现场实际使用量和行业平均施工损耗率等数据值，指出了BIM技术在模板脚手架工程中应用的优势。

2 BIM模型建立

图1 项目施工现场

BIM模架工程设计软件支持传统二维平台图形拾取建模，也可以利用项目已有BIM专业模型，通过格式转换后导入的方式使用模型，但需要复核、纠正结构模型各构件尺寸、定位和标高等相关信息内容。具体的BIM模型控制点如下：

1）CAD结构图纸翻模的审查控制点：二维图纸图层设置混乱或标注不正确，导致软件无法完整识别结构构件信息，个别构件出现丢失情况。对此，应事先处理好二维图纸图层及标注，并比对图纸信息和翻模后模型的一致性，确保结构模型质量。

2）Revit模型导入的审查控制点：特殊构造的缺失，例如：楼梯、隔墙、构造柱、内建族等构件的不完整识别；构件标高定位错误。对此，应补充绘制丢失构件，修改错误的构件标高。

基于CAD结构图纸翻模的模型如图2所示，图中绿色线框区域代表翻模正常，黄色线框代表区域翻模出现问题，需要进行定位纠错，并实时核查该部位模型准确性，必要时需重新建立此区域BIM模型。

图2 BIM模型（翻模）

3 模板脚手架模型智能配置

3.1 支撑架智能布置

根据本项目实际情况，公园区域支撑架体选用φ48.3 mm×3.6 mm普通钢管脚手架。在BIM模架工程设计软件中，依次设置好结构类型、计算依据、构造要求、材料安全参数等内容，依托载入或建立的BIM结构模型，软件可通过内置智能计算模块和布置引擎快速进行立杆、支撑架、连墙件等的布置。同时，软件会对每块板和每根梁进行相应的安全计算，完成本项目所选流水段的支撑架智能布置。

其中，也可针对高支模进行识别，生成危险性分析计算书。本项目选取流水段为非高支模区域，在此只介绍利用模型导出的立杆排布图，以及各复杂标高区域导出的剖面图和材料的统计应用，如图3所示。

图3 架体剖面及材料用量统计界面

通过软件智能计算和统计生成的结果，与项目管理人员手动计算相比，受力性能分析均满足相关计算规则和规范规定内容。在BIM模架工程设计软件中将模型中阳角、楼梯间部位修正后，材料的统计量与人工手算量相当，可以做到材料的快速有效管控，进而减少架体构配件的浪费或冗余情况产生。

3.2 智能配模

根据本项目需求和材料供应情况，模板选用1 830 mm×915 mm×15 mm覆膜胶合板。在上述软件中进行支撑架智能布置的同时，按照本项目所选模板原材料成品规格模数进行智能配模设计，包括切割损耗率、裁切缺口边最大值、模板拼接最小块数、梁下模板分割方式、墙柱模板拼接方向、水平模板配模方式等配模参数的设置。在充分考虑各制约因素的前提下，实现一键快速配模，最大化利用模板，减少材料损耗和固体废弃物的产生，达到绿色施工的目的。智能配模流程如图4所示，配模后模型如图5所示。

图4 模板智能配置流程

图5 配模后模型三维示意

4 智能优化设计结果输出

根据上述软件中修正、调整、确认后的支撑架智能布置和智能配模操作，BIM模架工程设计软件可全面结合各项计算内容和项目需求自动进行设定的成果输出，包括辅助施工方案、计算书、平面布置图、剖面图、节点详图、加工详图等，现场管理人员可根据不同需求进行设计成果输出和利用。其中，各种规格材料的统计表，如依据模板参数设置进行切割后的配模表，可以清晰了解项目流水段内模板切割方案、模板编号、面积、块数、有效利用面积、废料面积和损耗率等，在减少工程管理人员的工作量和提高工作效率的同时，可整体把控材料的浪费情况，做到源头材料的精准投放。部分输出成果如图6所示。

图6 部分输出成果

5 模板理论与实际用量数据分析

经过公园区域地下室某流水段的BIM模板设计应用，对该段模板量理论值进行统计，通过段内结构构件接触面面积及项目所选模板成品规格，分析计算出模板理论损耗率。再根据该流水段BIM模板设计成果理论值推测出整层模板实际损耗率，计算得出整层实际损耗率为7.3%左右，虽然与模板设计理论值5.3%尚存差距，但通过对木工作业人员进行模板交底和集中加工，可大大提升模板利用率，使损耗率远低于行业施工中模板平均损耗率15%。显著减少了周转材料的损耗和固体废弃物的产生。

6 注意事项

BIM模架工程设计软件虽是在计算机力学程序化和模块化设计软件的基础上进行的升级和优化，更注重三维可视化的表达及针对BIM模型进行的可人工复核操作的模板工程设计应用，但这种BIM化并不彻底，尚存在可改进的开发空间。有一些软件问题需要不断进行完善和依据具体工程进行定制化研发，如：智能配模完成后，对每块模板的编号现场不能做到有的放矢地调配；不同施工区域之间结构变化较大时，模板的周转智能化计算有待改善[1-2]。

7 结语

本工程以施工现场模板工程固体废弃物源头减量化为目标，利用BIM模架工程设计软件，对某流水段进行支撑架智能配置和智能配模。除一些基础应用外，重点分析和介绍了模板工程从快速建模到材料数量、类型的精准提取，以点带面地介绍了BIM技术对项目的辅助作用，即合理配置施工资源，减少材料浪费，进而减少施工现场固体废弃物的排放，在节约施工成本的同时减少环境污染，实现绿色施工。

[1] 穆文齐,徐炜,南芳兰,等.BIM技术在模板脚手架工程施工精细化管 理中的应用研究[J].施工技术,2017,46(6):12-14.

[2] 郝会杰,李刚,李春.BIM技术在模板脚手架设计与施工中的应用[J].施工技术,2019,48(18):64-66.