BIM技術在優化模板工程中的應用

王耀耀 張立國 毛旭 田飛龍 王祥陽 鮑晗

摘要：自BIM技術應用于建筑領域以來，已經為建筑行業帶來了實質性的變革，大大改善了建筑行業粗放型、低效益的發展狀況。但是，由于建筑工程的復雜性導致了BIM的應用很多模塊沒有得到充分的利用，需要進一步的進行實踐探討。模板及支撐體系作為鋼筋混凝土結構的支撐構件，從工程起始到工程竣工均發揮著重要作用。將BIM技術應用于模板工程的優化管理可以有效解決模板工程中的難題，達到設計優化、精準下料、控制成本、安全高效等效果。

Abstract： Since the application of BIM technology in the field of architecture， it has brought substantial changes to the construction industry， greatly improving the development of extensive and low efficiency in the construction industry. However， because of the complexity of the construction engineering， many modules of the BIM application have not been fully utilized， and further practice is needed. As a supporting member of reinforced concrete structure， the formwork and support system play an important role from the beginning of the project to the completion of the project. Applying BIM technology to the optimization management of template engineering can effectively solve the problems in template engineering， and achieve the effect of design optimization， precise blanking， cost control， safety and high efficiency.

關鍵詞：BIM技術；模板工程；精準下料；成本控制

Key words： BIM technology；template engineering；precision blanking；cost control

中圖分類號：TU17 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）25-0228-04

0 引言

近年來，隨著BIM技術在建筑工程中的不斷應用，在技術不斷完善、功能不斷更新的同時也給建筑業帶來了前所未有的變革。通過數字信息仿真技術模擬施工對象的真實信息，依靠其可視化、協調性、模擬性、優化性和可出圖性等特點[1]，有效的保障了設計深化水平、工程管理質量、工期節約管控、人員安全保障和工程資金效益。

本文首先對BIM技術在模板工程中的各方面應用進行分析，然后結合BIM技術在沈陽盛京金融廣場項目模板工程中的應用，探討模板工程施工中運用BIM技術的具體方法以及為工程建設帶來的效益。

1 項目簡介

沈陽盛京金融金融廣場項目A、C標段由住宅、商業、辦公樓、附屬用房等部分組成。工程總建筑面積477095m2，其中地下建筑面積129018m2，地上建筑面積345077m2。辦公樓建筑總高度297.6m，住宅樓平均建筑高度為190.85m。住宅樓為鋼筋混凝土結構，辦公樓為鋼管混凝土框架-鋼筋混凝土核心筒混合結構，工程主要為鋼筋混凝土結構，從項目開工至項目結束模板工程一直起到非常重要的作用。

2 模板工程的重要性及施工難點

2.1 模板工程的重要性

2.1.1 工程安全性 模板工程作為新澆筑混凝土的支撐結構在混凝土結構建造過程中起著非常重要的作用，同時也面臨著極大的安全挑戰，是整個工程項目中危險系數最大、安全事件發生率最高的工程部位之一，所以在模板工程的設計、施工、管理方面必須謹慎。

2.1.2 工程經濟性 在鋼筋混凝土結構中，模板工程需投入大量人力物力，其中模板工程用工量達混凝土工程總用工量的30%-40%，工期消耗大約為總工期的一半，所需費用投入大約為總體費用的20%-30%，所以做好模板工程的精準預算、精準結算、精益管理對于工程經濟管理至關重要。

2.1.3 工程施工技術 多數混凝土結構中的技術難點、新技術創新及應用都集中在混凝土工程中，而模板工程又是混凝土工程的技術難點，不斷地實現模板工程施工技術創新與應用，是有效解決混凝土施工過程中的質量、安全、進度、管理問題的方法。

2.1.4 工程質量 模板工程的施工質量直接影響著混凝土工程的施工質量，因模板工程施工過程中模板定位錯誤、模板拼裝漏模、支撐體系嚴重不均勻沉降等導致的工程質量以及安全問題屢見不鮮，對工程造成極大的經濟損失和不安全因素。

2.1.5 工程進度 模板工程的施工進度直接影響著混凝土工程的總體進度，模板拼裝錯誤、支撐體系搭接不正確、現場施工工序連接不緊密、項目管理松懈等都會導致工程進度延緩。

2.1.6 其他方面 鋼筋混凝土結構工程項目中模板工程施工中需要現場進行模板切割加工、支撐鋼管的架設，是嚴重影響項目綠色施工、文明施工的重要因素。

2.2 模板工程施工難點

2.2.1 危險性大 模板工程尤其是高大模板工程因建筑工程要求往往模板及支撐體系搭設高度比較高、跨度大，再加上自身結構龐雜以及混凝土澆筑后自重大、結構面積大且復雜，所以存在極高的危險性。模板及其支撐體系一旦發生坍塌，牽連的施工作業面廣、涉及的工種多，將會造成極其嚴重的后果，所以在設計、施工、監察等各個環節都必須嚴格要求，往往受到各方廣泛關注。

2.2.2 材料浪費嚴重 模板工程施工的過程中容易發生材料的嚴重浪費，主要體現在前期策劃過程中對模板預拼裝以及支撐體系預排布不合理造成實際施工過程中模板制作偏差造成的多余角料、廢料過多；材料采購統計不準確造成的模板以及支撐體系下料過剩；模板工程施工時材料周轉不合理、材料閑置造成的材料浪費等。

2.2.3 工期延誤 混凝土工程中模板工程的工程量大，工作面廣，工種交互作業復雜，是造成項目工期延誤的重要環節，造成工期延誤的主要原因有一下幾點：前期設計策劃不合理，導致設計與施工之間出現矛盾造成設計變更及現場窩工；模板工程施工與材料采購之間時間節點中斷導致的工期延誤；現場管理人員交底不明確、施工人員對施工內容理解不充分導致施工錯誤造成返工；現場管理混亂，各個施工節點之間中斷頻繁導致的施工進度緩慢。

2.2.4 不文明施工 模板工程施工過程中對模板的制作大多是在現場進行加工，造成的木屑難以清除，會對現場環境造成污染。同時，加工過程中會伴隨大量噪音污染，不利于現場文明管理及綠色施工管理。

3 BIM技術優化模板工程的特點

傳統的模板工程施工依賴于對CAD圖紙的理解，通過對二維CAD圖紙進行逐級解讀，然后進行現場交底施工。傳統方法過程繁瑣，容易出錯，施工作業是在作業人員完全解讀圖紙的基礎上進行的，當工程量比較大或者工程比較復雜的情況下對于施工管理人員以及施工作業人員的挑戰非常大，往往會對工期、工程質量以及經濟效益造成較大影響。將BIM技術應用于模板工程中可以有效解決傳統施工方法中的弊端。

3.1 3D模型深化設計，預拼裝更加合理、材料節省優勢明顯 基于項目主體結構BIM模型進行模板工程相關深化設計，結合現場結構位置進行模板工程支撐體系的支架搭接，支撐體系符合規范標準要求：垂直方向和水平方向剪刀撐的構架與連接、支架的豎桿垂直度及橫桿水平誤差、龍骨位置要求、掃地桿的設置等。同時整體架設上滿足支撐體系頂部，預澆筑主體結構底部滿足梁下支架必須落地的要求，保證支撐體系一次性搭接成型。對模板進行預拼裝設計，保證模板無縫拼接。將做好的3D模板及支撐體系模型導入Navisworks中進行模板與預澆筑主體結構進行碰撞檢查，保證模板標高的準確性。

利用BIM技術的可視化及參數化功能對模板工程進行模擬施工，在設計階段嚴格按照規范標準進行建模，提前找出最合理的施工方式，避免實際施工過程中出現施工不符合標準的情況，減少施工錯誤率，同時大大降低了安全事故發生的幾率。依靠BIM建模軟件Revit模型明細表，得到相應材料的采購用量統計表，提前與廠家聯系進行備料并依據不同尺寸、形狀模板統計表對模板進行工廠加工，可以達到精準成本控制、加快施工進度、文明施工的效果。

3.2 BIM可視化交底，提高工程質量 將經過深化設計的合理BIM模型導入Navisworks中，制作交底資料，包括：可視化漫游動畫、模板工程作業整體效果圖、復雜部位及容易出錯部位詳圖等。通過可視化材料交底，施工管理人員和施工作業人員都可更加深入的了解設計意圖、施工步驟及作業要點。施工過程中作業人員根據交底材料可以清楚獲取模板及支撐體系的參數信息，例如：橫向豎向剪刀撐布置位置及扣件數量、腳手架抱柱位置、掃地稱布置方式、龍骨安裝位置等。通過可視化交底與施工，可以大大提高模板工程以及混凝土工程的施工質量，大大降低甚至避免施工錯誤。

3.3 BIM技術現場管理，促進成本與進度管控 利用BIM技術對模板工程現場施工管理進行管控，根據Revit中的明細表數據庫對模型進行數據統計，快速統計出模板工程中不同尺寸、形狀模板以及鋼管、扣件的數量，制定相應的物資采購計劃，對模板進行工廠化加工，精準模板下料，杜絕浪費，節約成本。合理安排現場施工與材料訂購的環節銜接，運用BIM數據聯動掌握模板工程施工情況，從材料的需求與配送、施工節點的檢查、施工質量驗收等方面進行管控，保證工程各個參與方之間的工作聯動性，消除施工過程中資源分配之間的矛盾與沖突，大大加快了施工進度，降低了施工成本。

4 BIM技術優化模板工程施工應用

本文以沈陽盛京金融廣場項目為工程背景，選取工程項目危險性最高的高支模工程闡述BIM技術在優化模板工程中的具體應用。

4.1 施工工藝流程 運用BIM技術優化模板工程施工工藝流程如圖1所示。

4.2 工程材料選型與設計

4.2.1 材料選型 結合工程實際情況、安全、質量、經濟、市場供應等方面進行綜合考慮，并針對項目高支模工程部分進行詳細分析，模板工程選用輪扣式腳手架作為支撐系統。（表1）

4.2.2 初步設計 本工程以500mm×1100mm、600mm×2450mm、700mm×1800mm、800×2000、900×2000的梁截面和350mm厚、450mm厚的板作為設計計算模型，選用整體穩定性較好的輪扣式腳手架—扣件式腳手架體系，配合剪刀撐及豎向結構拉結，保證架體的整體穩定，滿足高支模的施工要求。

①為了避免架體承載力偏心受壓而降低，在架體立桿頂部設微調螺栓（U托），使立桿成為典型的軸心受壓構件，充分發揮立桿的作用。②在每根立管350mm處設置掃地桿。③采用立桿支撐樓板、橫桿下另設立桿支撐梁，使用1.2m、2.4m、3m等多種輪扣管配合搭設，且梁板支撐整體連接的合支方法，保證模板支撐架形成整體幾何不變體系。

4.2.2.1 高支模支撐體系（表2）

4.2.2.2 豎向剪刀撐與水平剪刀撐設置

①支撐體系的布置：對每個支模澆筑單元體系的外側四周設置自下而上的豎向連續剪刀撐，滿堂腳手架中間縱橫間距不大于10m設自下而上的豎向連續剪刀撐單元，每個單元縱橫尺寸為4500～6000mm，由此分割的單元內在由下而上的第四道水平桿標高設置水平剪刀撐，并在縱橫向相鄰的兩豎向連續式剪刀撐之間加設連續剪刀撐。（圖2）

②剪刀撐要求：1）剪刀撐桿件的底端與樓面頂緊，剪刀撐（斜桿）每步與立桿扣接，（斜桿）與地面夾角應在45度～60度之間，扣接點距鋼管十字節點的距離≤150mm；當出現不能與立桿扣接的情況時可采取與橫桿扣接，扣接點必須牢固；2）剪刀撐采用搭接連接，搭接長度≥1000mm，且連接的旋轉扣件不少于3個，端部扣件蓋板的邊緣至桿端距離不得小于100mm。

水平剪刀撐設置位置為：掃地桿處及梁板下，共計兩道，兩道水平剪刀撐間距不大于5m，水平剪刀撐跨度為4.5m～6m。

豎向剪刀撐連續設置，角度為45°～60°之間，鋼管搭接部位搭接長度不小于1m，至少用三個旋轉扣件相連。

4.2.2.3 抱柱措施 為增加高支模架體穩定性，架體所有立桿每步距縱橫向設置水平桿，中間不準斷開，端部與已有結構頂緊，且梁、板架體遇混凝土澆筑完畢的柱采取抱柱措施，抱柱水平桿位置與水平剪刀撐相同，且不得少于2道。

4.3 模板工程BIM模型建立與深化 針對上節中對模板工程相關支撐體系的初步設計為基礎進行BIM深化。首先，建立項目BIM可視化三維建筑模型；其次，在項目建筑模型的基礎上進行模板工程相關模型的建立。最后，對所建立的模板工程三維可視化模型進行合理化深化設計。模板工程3D模型的設計與深化是該項目精準模板下料、材料采購統計、精準成本控制、精益工程質量管理的基礎，是解決設計與施工矛盾沖突帶來的設計變更的有效辦法。（圖4）

4.3.1 采購計劃表 根據建立的BIM模型以及生成BIM數據明細表進行精準模板下料統計、材料采購用量統計，進而建立采購計劃表。報商務部進行算量核對后進行物資采購、模板工廠加工等。

4.3.2 可視化交底材料制作 將建立的BIM三維模型導入Navisworks中，制作可視化漫游動畫視頻以及模板工程相關部位節點詳圖結合軟件Navisworks的注釋、標注功能對詳圖的關鍵信息進行注釋。最后將交底材料整理成冊。

4.3.3 組建優秀施工團隊 根據施工需要組建優秀施工團隊，團隊管理人員具備多年施工經驗并且有專門的BIM工程師，具備基本的BIM相關知識，以便于與項目部人員進行溝通交流。

4.3.4 可視化交底會議 組織施工團隊進行可視化交底會議。將可視化交底材料中容易出錯的地方以及重點部位進行多次觀看學習，保證每位施工人員都能熟練掌握該部位工程施工要求及做法。

4.4 現場定點吊裝 根據REVIT模板及腳手架用量統計表，結合施工平面布置圖，統計出不同階段，每個施工部位所需要模板及腳手架材料的用量，進行定點吊運，節省材料不必要倒運損耗時間。

4.5 模板工程施工 有效組織施工人員進行施工作業，嚴格按照施工交底內容進行作業，避免出現不必要的施工錯誤。

4.6 完工檢查與清理 模板工程施工完成后檢查模板及腳手架排布安裝與交底內容的差別，找出差別原因并予以解決；檢查投放材料剩余情況，并進行清理。

5 結論與展望

BIM技術在工程中的應用改善了建筑行業生產效率低下、浪費嚴重的問題，BIM技術在模板工程中的應用解決了施工的質量差、管理混亂、材料浪費、進度緩慢、效益低下的難題。雖然BIM技術已經在模板工程中得到了應用，但是建模過程中需建立大量的相關構件族，工作量大且繁瑣。之后的研究可以對BIM軟件的功能進行更深入的探討，研發關于模板構件的內部族，減小建模工作量，使得BIM技術更加智能化。隨著科學技術的發展，將來AR技術應用于建筑行業，將更大程度上提高建筑行業的生產效率。

參考文獻：

[1]王春濤，陳留兵.BIM技術在建筑工程施工中的應用[J].南通職業大學學報，2015，29（02）：81-85.

[2]黃湘富，韋繼赫.BIM技術在優化砌體工程中的應用[J].城市住宅，2017，24（08）：66-68.