基于BIM技术高层住宅铝模板设计优化研究

陈守权,谢锦鸿,董友铮

(中国五冶集团有限公司,四川成都 610000)

随着铝模板施工技术的发展，高层建筑住宅工程铝模板的施工应用越来越多。铝模板具有施工期短，应用在高层住宅中周转使用次数多，绿色环保，平均使用成本低，施工方便，整体稳定性好，混凝土结构几何尺寸偏差小，混凝土结构表面质量好，可以减少表面抹灰工序等优点。

铝模板设计配模制作，其结构强度高，不易修改，并修改成本高。施工铝模板设计应最大限度减少规格型号，减少复杂形状，故应结合高层住宅每幢每层主体结构、二次结构、水电安装、装饰装修等对铝模板进行优化设计。

运用BIM技术建立主体结构、二次结构模型、水电安装、装饰装修等三维模型，对主体结构、二次结构模型、水电安装、装饰装修等进行铝模板设计优化，建立铝模板设计模型，应用三维模型设计铝模板，达到铝模板配模简单，减少规格型号，统一规格型号，使施工简便，降低施工难度，降低工程施工成本，提高工程质量。

1 铝模板设计难点

(1)高层住宅主体结构楼层给排水管道、消防管道、电缆管线等安装，各管道穿过楼板、墙体，预留孔洞多，易发生预留孔洞位置尺寸错误。

(2)高层住宅主体结构避难层、顶层与标准层内部结构布置不同，导致避难层、顶层结构的铝模板单独设计制作。

(3)高层住宅主体结构内部门、窗、洞口周边的二次结构构造柱、过梁及砖墙几何尺寸小，施工空间狭窄，施工难度大。

2 铝模板设计引入BIM技术

2.1 基于BIM技术优化主体结构楼层管道、管线及其预留洞口

高层住宅主体结构楼层给排水管道、消防管道、电缆管线等安装，这些管道穿过楼板、墙体预留孔洞易发生位置尺寸错误。使用鲁班安装BIM软件建立给排水管道、消防管道、电缆管线三维模型，再将安装模型与土建模型导入鲁班works，对给排水管道、消防管道、电缆管线之间进行碰撞检查，对给排水管道、消防管道、电缆管线与楼板、墙体进行碰撞检查，检查给排水管道、消防管道、电缆管线的位置、尺寸，检查穿过楼板、墙体的预留孔洞位置。对给排水管道、消防管道、电缆管线优化综合布线，确保管道管线的预留孔洞位置尺寸正确，优化管道管线部位的铝模板设计，达到该部位铝模板设计正确无误，提高施工质量。

2.2 基于BIM技术优化避难层、顶层与标准层结构

高层住宅避难层、顶层与标准层结构布置不同，使用鲁班土建BIM软件建立避难层、顶层与标准层的三维模型，利用BIM技术的可视化、关联性等功能，对避难层、顶层与标准层结构梁、板等进行对比分析，调整避难层及顶层结构梁、板，使避难层及顶层结构最大限度与标准层结构一致。根据优化后的避难层及顶层结构梁、板确定铝模板优化布置方案，优化避难层、顶层铝模板设计，减少避难层、顶层铝模板的单独配置数量，降低铝模板施工成本，降低施工难度。

2.3 基于BIM技术优化主体结构内部门、窗、洞口周边二次结构

高层住宅主体结构内部门、窗、洞口周边的二次结构构造柱、过梁及砖墙几何尺寸小，施工空间狭小，造成其周边的二次结构砌筑砖墙、绑扎钢筋、支设模板、浇筑过梁与构造柱等，不易施工操作，不能保证施工质量。使用鲁班土建BIM软件建立二次结构的三维模型，利用BIM技术的可视化、关联性、自动识别等功能对门、窗、洞口周边的二次结构进行优化。对不易施工不能保证质量的二次结构构造柱、过梁及砖墙等，将其与主体结构设计优化为一整体结构，设计优化为混凝土结构，对该部位铝模板与结构进行统一设计，减少门、窗、洞口周边的二次结构施工工序，解决其二次结构施工难度，提高施工质量。

铝模板设计流程见图1。

图1 铝模板设计流程

3 操作要点

3.1 施工准备

(1)施工单位及铝模板设计生产单位对设计图纸的结构图、建筑图和水电安装图等进行审查，要求设计院同时提供Autocad版图纸。

(2)组织土建、钢筋、水电等专业建模人员，配置建模计算机、建模软件。

3.2 建立BIM三维模型

(1)建立主体结构BIM三维模型。

土建、钢筋专业建模人员对首层、标准层、避难层、顶层等各层进行BIM建模。

(2)建立楼层水电管道管线BIM三维模型。

安装专业建模人员对给排水管道、消防管道、电缆管线等进行BIM建模。

(3)建立二次结构BIM三维模型。

土建、钢筋专业建模人员建立二次结构BIM模型，特别是主体结构内部门、窗、洞口周边的二次结构构造柱、过梁及砖墙的模型。

(4)建立外墙节点线条BIM模型。

建立外墙装饰节点线条BIM模型、特别是建立外墙节点模型。

3.3 基于BIM技术优化主体结构楼层管道、管线及其预留洞口

安装模型及土建模型建立完成后，运用鲁班安装及鲁班土建建模软件中的合法性检查及云模型检查功能，对安装模型及土建模型的精确度及正确性进行检查，确保模型的基准点相同，模型准确无误。

(1)将建立的安装模型及土建模型保存为PDS格式，上传至EDS平台。

(2)通过鲁班works创建工作集，将已上传至EDS平台的安装模型及土建模型基于同一基准点合模。

(3)运用鲁班works的碰撞检查功能对主体结构各楼层三维模型，排水管道、消防管道、电缆管线三维模型进行碰撞检查。识别各管道管线与楼板、墙体的碰撞点，检查楼层管道管线的位置、尺寸，核对穿过楼板、墙体的预留孔洞位置尺寸，自动生成详细的碰撞检查报告(图2)。

图2 碰撞检查报告

(4)结合碰撞检查报告，会同设计方对管道管线之间的碰撞点，管道管线与楼板、墙体之间的碰撞部位，管道管线的位置、尺寸及穿过楼板、墙体的预留孔洞位置尺寸进行修改、调整、优化，使管道管线位置布置、管径尺寸合理，预留洞口位置尺寸正确(图3、图4)。

图3 优化后管道管线

图4 孔洞预留定位

(5)铝模板配模设计时，参照已经优化调整后的预留孔洞位置尺寸，在楼板、墙体铝模板相应位置上预留出洞口，并将铝模板加强筋的布置位置与洞口位置错开，确保楼板、墙体的铝模板设计制作正确，保证铝模板自身强度，提高主体结构各洞口施工质量。

3.4 基于BIM技术优化避难层、顶层与标准层结构

运用建立的避难层、顶层与标准层的BIM三维模型，对避难层、顶层与标准层结构柱、墙、梁、板等进行三维模型对比分析，直观的分析出避难层、顶层与标准层各部位的平面位置及几何尺寸不相同处。针对不相同不一致部位，最大限度优化调整避难层及顶层结构柱、墙、梁、板与标准层结构柱、墙、梁、板的平面位置及几何尺寸相同及一致。

(1)通过鲁班土建建模软件的三维显示功能，将避难层与标准层的模型单独显示。

(2)在构件显示控制中，打开相应构件的显示，利用BIM技术的可视化功能，直接找出避难层与标准层降板不一致的楼板(图5)。

图5 优化前避难层无降板

(3)找出避难层不一致的楼板后，与设计方、建设方进行修改，修改后该区域楼板降板与标准层楼板降板一致(图6)。

(4)避难层楼板优化后，该层的铝模板配模可以直接采用标准层的铝模板体系，避免单独设计铝模板，降低了施工难度，减少了铝模板材料。

3.5 基于BIM技术优化主体结构内部门、窗、洞口周边二次结构

运用建立主体结构、二次结构的BIM三维模型，对门、窗、洞口周边的构造柱、过梁及砖墙进行三维模型关联分析，从中筛选出门边构造柱、砖墙较窄(≤300 mm)的二次结构进行优化。

(1)在主体结构模型的基础上，建立二次结构构造柱、过梁及砖墙的模型。

(2)在鲁班土建建模软件中，使用尺寸标注功能对门、窗、洞口周边的构造柱、过梁及砖墙进行标注，找出门边较窄(≤300 mm)的构造柱、砖墙(图7)。

图7 门边构造柱、砖墙优化前

(3)与设计方、建设方对门侧边不大于300 mm构造柱、砖墙进行优化，将该部位的构造柱、砖墙与主体结构墙设计优化为一整体，在主体施工时使用混凝土一并浇筑(图8)。

图8 门边构造柱、砖墙优化为混凝土墙

(4)对该部位铝模板统一配模设计，简化了门、窗、洞口周边构造柱、砖墙施工工序，解决此部位构造柱、砖墙施工难度，提高施工质量。

4 材料与设备

铝模板体系的高层住宅构件优化软件、硬件见表1。

表1 铝模板体系设计软件、硬件

5 质量安全控制

(1)施工单位及铝模板设计技术人员，对结构图、建筑图、装饰装修图、水电安装图等，进行全面审核。

(2)运用BIM技术建立主体结构、二次结构模型、水电安装、装饰装修等三维模型，模型的正确性、精度必须符合相应的要求。

(3)在构件优化过程中，设计人员、铝模板制作加工人员、施工技术人员必须到场，全程参与对构件的优化，对优化过程进行全过程监督和指导，发现不符合建筑质量要求和铝模板生产制作的问题及时进行处理。

(4)高层住宅结构构件优化后，应当符合相应的规范、设计要求，不得降低结构强度，影响建筑质量。

(5)高层住宅水电管线优化后，应当符合相应的用电、消防规范，楼板、墙体预留洞等也应符合相应的质量要求。

(6)高层住宅结构构件优化后，应当符合相应的规范、设计要求，不得降低结构强度，影响建筑使用和结构安全。

(7)高层住宅水电管线优化后，应当满足相应的用电、消防等规范、设计要求，不得影响用电安全，消防安全。

6 结束语

应用BIM技术建立高层住宅BIM三维模型，应用三维模型结构进行设计优化，再建立铝模板设计三维模型，应用三维模型设计铝模板，并进行铝模板设计优化，统一铝模板设计规格型号，降低施工难度，提高施工效率，提高混凝土施工质量。