BIM技术在建筑工程悬挑脚手架中的应用

汪诗敏，袁斌斌

（中国建筑第二工程局有限公司）

1 引言

BIM 技术是指基于建筑工程项目的各种参数和数据搭建项目模型，将传统的二维施工制图转为三维立体模型，实现建筑物的数字仿真模拟。该三维模型具有可视化、模拟化、数字化、可出图等优点，能够在建筑项目的各个阶段发挥积极作用。在建筑项目的设计阶段，可以根据项目参数构建三维模型，并生成与模型相关联的各种图纸和技术文档，各专业可以基于模型实现协同作业。在项目施工阶段，基于BIM 技术可以实现工程的可视化管理，实现工程建设阶段的人力、物料、设备、成本、场地和进度的动态化监控和施工全过程可视化管理。本文以某社区住宅项目为例，提出在悬挑外脚手架的设计和施工过程中，引入BIM技术进行项目管理，提高了型钢悬挑外脚手架的施工质量和效率[1-2]。

2 悬挑脚手架现状设计和施工分析

现阶段建筑工程的脚手架施工图设计采用CAD 软件绘制，一般是在标准层施工图基础上布置悬挑工字钢，绘图过程繁琐。传统的绘图流程首先绘制基础图层，然后对各部位的结构进行安全计算，安全计算需在专业软件上进行，软件模型与二维绘图软件没有关联性，无法做到数据实时同步。需要频繁修改安全模型的相关数据，直至达到预期脚手架施工的需要，大量重复操作降低了设计效率。

CAD 二维图形无法直观反映工程主体结构与脚手架之间的结构关系、工字钢与梁柱之间的结构关系，经常根据经验进行施工，施工质量难以达到项目设计的要求，脚手架的安全性能也无法得到保障。基于脚手架的二维设计图纸，无法精确计算工程量和成本，使整个工程成本预算出现偏差，后期纠偏过程较为复杂[3-4]。

3 基于BIM 技术的悬挑脚手架设计工程案例

3.1 工程概况

某项目由17 栋高层住宅楼组成，最高建筑高度为100m，建筑面积36 万m2。综合考虑项目的质量和安全要求，以及工程施工方案和预计工期等实际情况，根据脚手架的安装规范和传统施工方法，本项目脚手架设计方案均从4 层开始设置型钢悬挑脚手架，每6层为1个悬挑层，最大悬挑高度为19.3m。

3.2 设计流程

确定好外脚手架的位置之后，使用Revit 软件建立脚手架三维模型，节约大量时间，同时也有效提高了设计的准确性和脚手架的稳定性。之后根据国家现行相关规范标准在模型里对脚手架进行布置，设置相关安全参数和构造措施。

该软件为优化后的软件，可以根据脚手架的参数设置结果自动对脚手架、悬挑工字钢以及各种配件（挡脚板、剪刀撑、连墙件）进行设置，然后对脚手架系统的安全性进行智能分析。

该软件还可以实现对脚手架系统中的不合理之处进行修改，并且对修改后的设计方案进行安全性校核。系统中设置的参数均可与脚手架模型进行一一对应，省去了传统方法中重复建模、重复设计的缺点，极大提高了脚手架施工效率，软件还可以导出楼栋立面图、各层平面图、工字钢布置图和各个部位节点图。

采用Revit 可以将脚手架模型导入，并根据模型进行建筑结构碰撞检测、展示建筑结构的三维效果图；基于该脚手架模型可以采用Navisworks 软件对施工过程进行模拟演示，以动画形式演示施工步骤，并通过采集现场相关数据实现对工程施工进度和质量的控制。

3.3 通过软件智能转换图纸快速建模

相较传统二维施工图纸，平面图纸表达方式和内容比较专业，查阅图纸需要具备专业知识。智能软件可以根据结构施工图进行识别和转换成三维模型，并直观反映出建筑结构的内部关系，及时发现施工结构设计中的问题，并及时与设计单位沟通解决，节省大量时间和人力资源。

3.4 软件智能布置悬挑工字钢

设计人员使用智能分析软件进行悬挑工字钢的布置，在软件中设置脚手架的相关构造参数，例如，杆件材料、步距、立杆间距范围和悬挑间距范围等。

3.5 整体脚手架模型生成及细部节点展示

在完成脚手架以及工字钢的设置后，进行相关配件布置。在软件中输入各类构件的基本参数，系统便可以进行连墙件、剪刀撑和各类围护构件的布置。

3.6 图纸导出

完成脚手架以及相关构件布置后，便可以导出施工图纸。软件可以展示脚手架的大样图、任意位置剖面图和节点详图，可以根据实际需要，生成楼层脚手架的立面和平面的CAD 图纸，软件还可以生成脚手架的设计方案和计算书。

4 优势分析

BIM 技术的本质就是根据建筑脚手架的相关参数搭建三维设计模型，该模型涵盖了建筑相关所有数据，可以通过模型随时查阅与项目相关的简介、成本以及施工进度信息，确保实现对施工全过程的协调指挥和高质量管理。工程项目的三维设计模型具有随时导出图纸、施工过程协调畅通、沟通效率提高、工作质量提高等优点。BIM 技术可以实现数据的实时更新和共享，在工程项目建设的全过程中，可以随时查阅项目的信息数据。例如，在设计阶段可以直接查阅设计的预算、进度和设计方案，在施工阶段可以查阅项目的成本、施工进度和质量、管理人员还可以查阅项目的财务信息、资金情况等。

4.1 可视化程度分析

传统二维图纸绘制时，绘图手段和工具比较单一，一般采用一些点、线和符号表达设计意图。依靠线条的粗细和颜色进行区分脚手架轮廓以及工字钢的主梁和次梁，对交叉重叠部分无法具体表达出来，施工中需要专业人员识图，同时需要具备丰富经验，否则容易曲解设计意图，影响工程进展。基于BIM 技术的参数模型是一种三维化模型，不仅可以实现可视化的直观展示，还可以对施工过程进行模拟演示，暴露出施工构造和施工过程的冲突之处，及时沟通各参建方进行协调优化，有效提高项目的施工效率。

4.2 成本预测

基于BIM 技术搭建的建筑项目参数模型，几乎包括了项目的所有数据和信息，可以直接计算出项目的工程量和物料清单，以及项目工期和人工计划等。BIM软件可以单独计算出某一分部分项工程的脚手板、钢管和扣件等材料使用量和工程量，方便项目管理人员制定材料采购、物料进场计划。

4.3 施工进度控制

BIM 技术可以提高项目施工的管理效率，实现对所有专业施工、参建单位、计划作业的集中管控，可以实时全方位协调材料配送、供应商生产和脚手架施工进度情况，避免现场施工与资源配置之间发生冲突，确保实现项目各参加方的施工目标。基于BIM 技术的参数模型与现场施工情况相结合，可以实现对施工过程的模拟演示，及时发现施工方案和作业计划的问题与冲突。BIM 技术可以对脚手架和工字钢布置施工进行模拟演示，提前解决模拟过程中暴露出的问题，确定最合理的施工方案，同时结合脚手架施工计划提高悬挑梁复杂施工部位的可靠性。通过BIM技术，项目管理人员可以直观具体地熟悉脚手架施工安装过程中的工序和关键节点，提前做好复杂重难点作业安排，同时，清楚了解脚手架施工作业的搭设细节，提高工程施工效率和工程安全性。

4.4 施工安全控制

传统的脚手架设计方法，需要人工计算悬挑脚手架的可行性和安全性，不能及时发现施工过程的安全隐患和脚手架设计缺陷。基于BIM 技术的模型首先可以实现三维立体展示，直观发现脚手架设计的不当之处，而且还可以用软件进行建筑整体脚手架的安全校核计算，并对施工方案问题进行优化调整。在脚手架施工过程中，通过BIM技术可以提高现场作业技术和安全交底效率，通过BIM技术的三维立体展示和动画演示，提高交底双方的理解和沟通效率，并提前对施工的重点、难点做好计划编制和措施应对。BIM 技术对施工场地进行布置设计，针对施工不同阶段场地布置进行动态调整，包括施工通道、物料堆场、紧急疏散通道等，打造安全标准施工场地。管理人员可利用BIM 技术加强现场安全管控效率，通过将BIM技术与现代视频监控、智能传感等技术相结合实现对现场的远程监督巡视，利用动画或三维形式进行现场危险点作业指导，提高现场作业人员的安全技能和责任意识。

5 结语

综上所述，在悬挑脚手架施工中采用BIM 技术不仅可以提高脚手架设计布置效率和安全校核性能，还可以实现对整个施工过程的技术指导和安全管控，有效提高现场施工质量和安全管控效率。基于BIM 技术搭建的模型具有直观化、可视化、可出图性，可以实现项目的模拟预演和施工过程优化，为工程项目的脚手架施工提供技术支持和管理辅助。