基于BIM的模架结构设计技术在水利水电工程施工中的应用

欧阳云虎，刘 刚，王 璇

（江苏河海建设有限公司，江苏 镇江 212000）

1 总体概述

在水利水电工程领域，模板脚手架工程是一项传统的专项工程，其关键性作用体现在以下几个方面：①安全方面。由于脚手架与模板支撑力不足而造成的坍塌事故占国内施工重大事故的30 %，占一般事故的比例则更高，模板脚手架工程对施工安全的影响也越来越明显。②工期方面。水利水电工程中的主体结构一般为混凝土结构，在混凝土主体结构施工阶段，模架专项用工量约占总工程量的30 %～40 %，工期约占总工期的50 %，并且在施工总进度的关键线路上，对工期的影响突出[1]。③成本控制方面。模板脚手架工程一直是水利水电工程施工的成本模糊地带，每项工程的模板脚手架用量没有具体标准，且水利水电工程中的异型构件较多，模板的可重复利用程度很低，在施工现场往往存在较为严重的资源浪费问题，造成工程成本的增加。

由此本文研究引入了BIM三维建模技术，优化模板脚手架的软件设计。

2 实际问题与难点分析

2.1 工程策划及选型阶段

工程参与人员往往缺少对模架工程的策划，对模架工程信息的了解不够深入，且对新型的模板脚手架材料技术不了解，造成难以全面分析模架工程方案的问题。

2.2 模架方案设计阶段

模架缺少详细的设计方案，无法有效指导施工，且考虑到施工单位技术人员的能力参差不齐，导致目前难以制定合理的施工方案。其次，对于材料、专用机械及人员方案组织存在不明确问题，难以计量模架方案的安全性。

2.3 模架施工阶段

通常情况下现场施工和方案设计存在较大差异，多数工人会根据自身经验对搭设正确性进行判断。由于模板加工的不当操作，模板仍缺乏明确合理的加工计划，导致非标准构件的施工周期较长。

2.4 检查与验收阶段

在搭建过程中模板脚手架的质检次数较少，而完成搭建后的质检步骤较多。此情况下，如出现模板脚手架质量问题，整改过程非常困难，且检查人员对不同工程具有不同的检查标准，缺乏施工中模板工程的相关量化知识[2]，难以实现有效生产控制管理，质量风险大。

综上可得结论：目前模板脚手架工程存在的问题主要为设计不合理，管控不严。

3 BIM模板脚手架设计中引入BIM技术

BIM模板脚手架设计软件是基于BIM三维建模平台的一种项目级工具，目前多应用于模板脚手架工程[3]。用数字化技术来解决工程技术人员在模架专项设计和模架施工管理过程中的困难。该技术解决了多跨连续梁在任意荷载（集中力、均布荷载及线性荷载）组合下作用于结构任意位置的内力计算与位移计算，通过精确的力学求解器，在方案的智能匹配过程中能够动态、及时地验证结果的安全性，极大提高了方案的应用效率。

4 工程应用

在实际应用中，BIM模板脚手架的工程应用中有待解决的最大问题为应用效率问题。影响效率的主要因素为：自动完成模架排布、输出施工图、指导现场施工，力学自动计算、输出计算书、确保设计安全、自动进行材料统计、输出材料表以及预测用量成本。其原理如图1。

图1 BIM技术下模板脚手架模型生成原理

4.1 模板脚手架优化设计

为指导现场施工，需优化设计模板脚手架，如图2所示，完成选型、排布设计、安全计算、制作施工图等相关工作。通过软件参数设置，可完成设计优化工作。

4.2 专项技术方案制定和论证

通过BIM模板脚手架可以直接输出脚手架专项施工方案及完整的危险部位分析和计算书，且该软件可以根据参数的设定自动识别危险部位，也克服了大部分工程技术人员在结构计算方面存在的误差问题，大大提高了工程技术人员的工作效率。

图2 模板/脚手架模型优化设计

4.3 模板脚手架材料用量预测

模板脚手架经常出现估不准、算不清、没依据、凭经验等问题，而应用本文所设计软件，可以有效解决上述问题。

4.4 模架施工标准建立和积累

通过数字化模型，可以积累大量实际有效的做法，逐渐形成企业甚至行业标准，从而提高生产效率，减少质量隐患。

5 结论

（1）计算机技术的发展，促进了水利水电工程施工的发展，提高了施工效率，模块化的施工也必将代替传统的施工。

（2）应用BIM技术对水利施工企业来说意义重大，但对水利施工企业而言，这也对其培养BIM技术人才提出了新的要求。