BIM技術在模板工程施工源頭減量化中的應用

陳 蕾 崔 嵬 劉嘉茵 劉 冬 何艷婷

1.中國建筑一局（集團）有限公司 北京 100161；2.中建一局集團第五建筑有限公司 北京 100024

1 工程概況

成都天投國際商務中心項目二期是集商業、餐飲、辦公、公園綠地等功能為一體的超高層城市綜合體（圖1），其中公園綠地區域下為2層防空地下室，框架結構。本文以該區域地下2層某流水段為樣板，展開BIM模架工程設計軟件的應用介紹，包括模板最低周轉次數的設置、配模切割編號列表、模架材料工程量的統計等內容，并對比分析了現場實際使用量和行業平均施工損耗率等數據值，指出了BIM技術在模板腳手架工程中應用的優勢。

2 BIM模型建立

圖1 項目施工現場

BIM模架工程設計軟件支持傳統二維平臺圖形拾取建模，也可以利用項目已有BIM專業模型，通過格式轉換后導入的方式使用模型，但需要復核、糾正結構模型各構件尺寸、定位和標高等相關信息內容。具體的BIM模型控制點如下：

1）CAD結構圖紙翻模的審查控制點：二維圖紙圖層設置混亂或標注不正確，導致軟件無法完整識別結構構件信息，個別構件出現丟失情況。對此，應事先處理好二維圖紙圖層及標注，并比對圖紙信息和翻模后模型的一致性，確保結構模型質量。

2）Revit模型導入的審查控制點：特殊構造的缺失，例如：樓梯、隔墻、構造柱、內建族等構件的不完整識別；構件標高定位錯誤。對此，應補充繪制丟失構件，修改錯誤的構件標高。

基于CAD結構圖紙翻模的模型如圖2所示，圖中綠色線框區域代表翻模正常，黃色線框代表區域翻模出現問題，需要進行定位糾錯，并實時核查該部位模型準確性，必要時需重新建立此區域BIM模型。

圖2 BIM模型（翻模）

3 模板腳手架模型智能配置

3.1 支撐架智能布置

根據本項目實際情況，公園區域支撐架體選用φ48.3 mm×3.6 mm普通鋼管腳手架。在BIM模架工程設計軟件中，依次設置好結構類型、計算依據、構造要求、材料安全參數等內容，依托載入或建立的BIM結構模型，軟件可通過內置智能計算模塊和布置引擎快速進行立桿、支撐架、連墻件等的布置。同時，軟件會對每塊板和每根梁進行相應的安全計算，完成本項目所選流水段的支撐架智能布置。

其中，也可針對高支模進行識別，生成危險性分析計算書。本項目選取流水段為非高支模區域，在此只介紹利用模型導出的立桿排布圖，以及各復雜標高區域導出的剖面圖和材料的統計應用，如圖3所示。

圖3 架體剖面及材料用量統計界面

通過軟件智能計算和統計生成的結果，與項目管理人員手動計算相比，受力性能分析均滿足相關計算規則和規范規定內容。在BIM模架工程設計軟件中將模型中陽角、樓梯間部位修正后，材料的統計量與人工手算量相當，可以做到材料的快速有效管控，進而減少架體構配件的浪費或冗余情況產生。

3.2 智能配模

根據本項目需求和材料供應情況，模板選用1 830 mm×915 mm×15 mm覆膜膠合板。在上述軟件中進行支撐架智能布置的同時，按照本項目所選模板原材料成品規格模數進行智能配模設計，包括切割損耗率、裁切缺口邊最大值、模板拼接最小塊數、梁下模板分割方式、墻柱模板拼接方向、水平模板配模方式等配模參數的設置。在充分考慮各制約因素的前提下，實現一鍵快速配模，最大化利用模板，減少材料損耗和固體廢棄物的產生，達到綠色施工的目的。智能配模流程如圖4所示，配模后模型如圖5所示。

圖4 模板智能配置流程

圖5 配模后模型三維示意

4 智能優化設計結果輸出

根據上述軟件中修正、調整、確認后的支撐架智能布置和智能配模操作，BIM模架工程設計軟件可全面結合各項計算內容和項目需求自動進行設定的成果輸出，包括輔助施工方案、計算書、平面布置圖、剖面圖、節點詳圖、加工詳圖等，現場管理人員可根據不同需求進行設計成果輸出和利用。其中，各種規格材料的統計表，如依據模板參數設置進行切割后的配模表，可以清晰了解項目流水段內模板切割方案、模板編號、面積、塊數、有效利用面積、廢料面積和損耗率等，在減少工程管理人員的工作量和提高工作效率的同時，可整體把控材料的浪費情況，做到源頭材料的精準投放。部分輸出成果如圖6所示。

圖6 部分輸出成果

5 模板理論與實際用量數據分析

經過公園區域地下室某流水段的BIM模板設計應用，對該段模板量理論值進行統計，通過段內結構構件接觸面面積及項目所選模板成品規格，分析計算出模板理論損耗率。再根據該流水段BIM模板設計成果理論值推測出整層模板實際損耗率，計算得出整層實際損耗率為7.3%左右，雖然與模板設計理論值5.3%尚存差距，但通過對木工作業人員進行模板交底和集中加工，可大大提升模板利用率，使損耗率遠低于行業施工中模板平均損耗率15%。顯著減少了周轉材料的損耗和固體廢棄物的產生。

6 注意事項

BIM模架工程設計軟件雖是在計算機力學程序化和模塊化設計軟件的基礎上進行的升級和優化，更注重三維可視化的表達及針對BIM模型進行的可人工復核操作的模板工程設計應用，但這種BIM化并不徹底，尚存在可改進的開發空間。有一些軟件問題需要不斷進行完善和依據具體工程進行定制化研發，如：智能配模完成后，對每塊模板的編號現場不能做到有的放矢地調配；不同施工區域之間結構變化較大時，模板的周轉智能化計算有待改善[1-2]。

7 結語

本工程以施工現場模板工程固體廢棄物源頭減量化為目標，利用BIM模架工程設計軟件，對某流水段進行支撐架智能配置和智能配模。除一些基礎應用外，重點分析和介紹了模板工程從快速建模到材料數量、類型的精準提取，以點帶面地介紹了BIM技術對項目的輔助作用，即合理配置施工資源，減少材料浪費，進而減少施工現場固體廢棄物的排放，在節約施工成本的同時減少環境污染，實現綠色施工。

[1] 穆文齊,徐煒,南芳蘭,等.BIM技術在模板腳手架工程施工精細化管 理中的應用研究[J].施工技術,2017,46(6):12-14.

[2] 郝會杰,李剛,李春.BIM技術在模板腳手架設計與施工中的應用[J].施工技術,2019,48(18):64-66.