基于BIM技術高層住宅鋁模板設計優化研究

陳守權,謝錦鴻,董友錚

(中國五冶集團有限公司,四川成都 610000)

隨著鋁模板施工技術的發展，高層建筑住宅工程鋁模板的施工應用越來越多。鋁模板具有施工期短，應用在高層住宅中周轉使用次數多，綠色環保，平均使用成本低，施工方便，整體穩定性好，混凝土結構幾何尺寸偏差小，混凝土結構表面質量好，可以減少表面抹灰工序等優點。

鋁模板設計配模制作，其結構強度高，不易修改，并修改成本高。施工鋁模板設計應最大限度減少規格型號，減少復雜形狀，故應結合高層住宅每幢每層主體結構、二次結構、水電安裝、裝飾裝修等對鋁模板進行優化設計。

運用BIM技術建立主體結構、二次結構模型、水電安裝、裝飾裝修等三維模型，對主體結構、二次結構模型、水電安裝、裝飾裝修等進行鋁模板設計優化，建立鋁模板設計模型，應用三維模型設計鋁模板，達到鋁模板配模簡單，減少規格型號，統一規格型號，使施工簡便，降低施工難度，降低工程施工成本，提高工程質量。

1 鋁模板設計難點

(1)高層住宅主體結構樓層給排水管道、消防管道、電纜管線等安裝，各管道穿過樓板、墻體，預留孔洞多，易發生預留孔洞位置尺寸錯誤。

(2)高層住宅主體結構避難層、頂層與標準層內部結構布置不同，導致避難層、頂層結構的鋁模板單獨設計制作。

(3)高層住宅主體結構內部門、窗、洞口周邊的二次結構構造柱、過梁及磚墻幾何尺寸小，施工空間狹窄，施工難度大。

2 鋁模板設計引入BIM技術

2.1 基于BIM技術優化主體結構樓層管道、管線及其預留洞口

高層住宅主體結構樓層給排水管道、消防管道、電纜管線等安裝，這些管道穿過樓板、墻體預留孔洞易發生位置尺寸錯誤。使用魯班安裝BIM軟件建立給排水管道、消防管道、電纜管線三維模型，再將安裝模型與土建模型導入魯班works，對給排水管道、消防管道、電纜管線之間進行碰撞檢查，對給排水管道、消防管道、電纜管線與樓板、墻體進行碰撞檢查，檢查給排水管道、消防管道、電纜管線的位置、尺寸，檢查穿過樓板、墻體的預留孔洞位置。對給排水管道、消防管道、電纜管線優化綜合布線，確保管道管線的預留孔洞位置尺寸正確，優化管道管線部位的鋁模板設計，達到該部位鋁模板設計正確無誤，提高施工質量。

2.2 基于BIM技術優化避難層、頂層與標準層結構

高層住宅避難層、頂層與標準層結構布置不同，使用魯班土建BIM軟件建立避難層、頂層與標準層的三維模型，利用BIM技術的可視化、關聯性等功能，對避難層、頂層與標準層結構梁、板等進行對比分析，調整避難層及頂層結構梁、板，使避難層及頂層結構最大限度與標準層結構一致。根據優化后的避難層及頂層結構梁、板確定鋁模板優化布置方案，優化避難層、頂層鋁模板設計，減少避難層、頂層鋁模板的單獨配置數量，降低鋁模板施工成本，降低施工難度。

2.3 基于BIM技術優化主體結構內部門、窗、洞口周邊二次結構

高層住宅主體結構內部門、窗、洞口周邊的二次結構構造柱、過梁及磚墻幾何尺寸小，施工空間狹小，造成其周邊的二次結構砌筑磚墻、綁扎鋼筋、支設模板、澆筑過梁與構造柱等，不易施工操作，不能保證施工質量。使用魯班土建BIM軟件建立二次結構的三維模型，利用BIM技術的可視化、關聯性、自動識別等功能對門、窗、洞口周邊的二次結構進行優化。對不易施工不能保證質量的二次結構構造柱、過梁及磚墻等，將其與主體結構設計優化為一整體結構，設計優化為混凝土結構，對該部位鋁模板與結構進行統一設計，減少門、窗、洞口周邊的二次結構施工工序，解決其二次結構施工難度，提高施工質量。

鋁模板設計流程見圖1。

圖1 鋁模板設計流程

3 操作要點

3.1 施工準備

(1)施工單位及鋁模板設計生產單位對設計圖紙的結構圖、建筑圖和水電安裝圖等進行審查，要求設計院同時提供Autocad版圖紙。

(2)組織土建、鋼筋、水電等專業建模人員，配置建模計算機、建模軟件。

3.2 建立BIM三維模型

(1)建立主體結構BIM三維模型。

土建、鋼筋專業建模人員對首層、標準層、避難層、頂層等各層進行BIM建模。

(2)建立樓層水電管道管線BIM三維模型。

安裝專業建模人員對給排水管道、消防管道、電纜管線等進行BIM建模。

(3)建立二次結構BIM三維模型。

土建、鋼筋專業建模人員建立二次結構BIM模型，特別是主體結構內部門、窗、洞口周邊的二次結構構造柱、過梁及磚墻的模型。

(4)建立外墻節點線條BIM模型。

建立外墻裝飾節點線條BIM模型、特別是建立外墻節點模型。

3.3 基于BIM技術優化主體結構樓層管道、管線及其預留洞口

安裝模型及土建模型建立完成后，運用魯班安裝及魯班土建建模軟件中的合法性檢查及云模型檢查功能，對安裝模型及土建模型的精確度及正確性進行檢查，確保模型的基準點相同，模型準確無誤。

(1)將建立的安裝模型及土建模型保存為PDS格式，上傳至EDS平臺。

(2)通過魯班works創建工作集，將已上傳至EDS平臺的安裝模型及土建模型基于同一基準點合模。

(3)運用魯班works的碰撞檢查功能對主體結構各樓層三維模型，排水管道、消防管道、電纜管線三維模型進行碰撞檢查。識別各管道管線與樓板、墻體的碰撞點，檢查樓層管道管線的位置、尺寸，核對穿過樓板、墻體的預留孔洞位置尺寸，自動生成詳細的碰撞檢查報告(圖2)。

圖2 碰撞檢查報告

(4)結合碰撞檢查報告，會同設計方對管道管線之間的碰撞點，管道管線與樓板、墻體之間的碰撞部位，管道管線的位置、尺寸及穿過樓板、墻體的預留孔洞位置尺寸進行修改、調整、優化，使管道管線位置布置、管徑尺寸合理，預留洞口位置尺寸正確(圖3、圖4)。

圖3 優化后管道管線

圖4 孔洞預留定位

(5)鋁模板配模設計時，參照已經優化調整后的預留孔洞位置尺寸，在樓板、墻體鋁模板相應位置上預留出洞口，并將鋁模板加強筋的布置位置與洞口位置錯開，確保樓板、墻體的鋁模板設計制作正確，保證鋁模板自身強度，提高主體結構各洞口施工質量。

3.4 基于BIM技術優化避難層、頂層與標準層結構

運用建立的避難層、頂層與標準層的BIM三維模型，對避難層、頂層與標準層結構柱、墻、梁、板等進行三維模型對比分析，直觀的分析出避難層、頂層與標準層各部位的平面位置及幾何尺寸不相同處。針對不相同不一致部位，最大限度優化調整避難層及頂層結構柱、墻、梁、板與標準層結構柱、墻、梁、板的平面位置及幾何尺寸相同及一致。

(1)通過魯班土建建模軟件的三維顯示功能，將避難層與標準層的模型單獨顯示。

(2)在構件顯示控制中，打開相應構件的顯示，利用BIM技術的可視化功能，直接找出避難層與標準層降板不一致的樓板(圖5)。

圖5 優化前避難層無降板

(3)找出避難層不一致的樓板后，與設計方、建設方進行修改，修改后該區域樓板降板與標準層樓板降板一致(圖6)。

(4)避難層樓板優化后，該層的鋁模板配模可以直接采用標準層的鋁模板體系，避免單獨設計鋁模板，降低了施工難度，減少了鋁模板材料。

3.5 基于BIM技術優化主體結構內部門、窗、洞口周邊二次結構

運用建立主體結構、二次結構的BIM三維模型，對門、窗、洞口周邊的構造柱、過梁及磚墻進行三維模型關聯分析，從中篩選出門邊構造柱、磚墻較窄(≤300 mm)的二次結構進行優化。

(1)在主體結構模型的基礎上，建立二次結構構造柱、過梁及磚墻的模型。

(2)在魯班土建建模軟件中，使用尺寸標注功能對門、窗、洞口周邊的構造柱、過梁及磚墻進行標注，找出門邊較窄(≤300 mm)的構造柱、磚墻(圖7)。

圖7 門邊構造柱、磚墻優化前

(3)與設計方、建設方對門側邊不大于300 mm構造柱、磚墻進行優化，將該部位的構造柱、磚墻與主體結構墻設計優化為一整體，在主體施工時使用混凝土一并澆筑(圖8)。

圖8 門邊構造柱、磚墻優化為混凝土墻

(4)對該部位鋁模板統一配模設計，簡化了門、窗、洞口周邊構造柱、磚墻施工工序，解決此部位構造柱、磚墻施工難度，提高施工質量。

4 材料與設備

鋁模板體系的高層住宅構件優化軟件、硬件見表1。

表1 鋁模板體系設計軟件、硬件

5 質量安全控制

(1)施工單位及鋁模板設計技術人員，對結構圖、建筑圖、裝飾裝修圖、水電安裝圖等，進行全面審核。

(2)運用BIM技術建立主體結構、二次結構模型、水電安裝、裝飾裝修等三維模型，模型的正確性、精度必須符合相應的要求。

(3)在構件優化過程中，設計人員、鋁模板制作加工人員、施工技術人員必須到場，全程參與對構件的優化，對優化過程進行全過程監督和指導，發現不符合建筑質量要求和鋁模板生產制作的問題及時進行處理。

(4)高層住宅結構構件優化后，應當符合相應的規范、設計要求，不得降低結構強度，影響建筑質量。

(5)高層住宅水電管線優化后，應當符合相應的用電、消防規范，樓板、墻體預留洞等也應符合相應的質量要求。

(6)高層住宅結構構件優化后，應當符合相應的規范、設計要求，不得降低結構強度，影響建筑使用和結構安全。

(7)高層住宅水電管線優化后，應當滿足相應的用電、消防等規范、設計要求，不得影響用電安全，消防安全。

6 結束語

應用BIM技術建立高層住宅BIM三維模型，應用三維模型結構進行設計優化，再建立鋁模板設計三維模型，應用三維模型設計鋁模板，并進行鋁模板設計優化，統一鋁模板設計規格型號，降低施工難度，提高施工效率，提高混凝土施工質量。