BIM技術在許昌某高層鋁模中的應用研究

鐘 鳴，張雙喜，徐 可，宋 昊，陳齊寬

(1.中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司，山西 太原 030024;2.許昌學院 土木工程學院，河南 許昌 461000)

0 前 言

模板在建筑工程中不管是采用現澆還是預制方式都是必不可少的重要組成部分，關系到工程的施工質量及進度，模板材料本身類型也是關系到資源能源的利用，是否滿足未來工業化、信息化及綠色健康發展的需要。目前我國擁有世界第一的模板體量，為我國經濟的持續增長提供了強勁支撐。鋁合金模板作為綠色建筑材料[1]，不會污染生態環境，具有相對傳統木模板節能環保、比鋼模板質地輕、可重復使用、加工精度高、組裝速度快等優勢，近些年來呈爆發式增長，截至2019年底鋁合金模板市場保有量已達到總量的25%，得到了市場高度認可并具有巨大的市場潛能，預估2020～2024年的鋁合金模板需求量繼續以15.9%增長率高速增長，到2024年市場保有量達1 000萬t左右，將占國內模板市場總份額50%以上[2]，模板工程的發展也是升級建筑業必要組成部分。

雖然鋁合金模板因具有綠色環保、可重復使用、降低施工周期、通用性強等優勢，逐步在建筑行業中得到廣泛的應用，并受到高層、超高層建筑的青睞[3]，存在諸多優點，在工程應用中也存在不足之處，如規格、品種過多，非標構件使用率低，影響周轉率；現場安裝難以更改，要求建筑結構圖紙十分準確，如果處理不當，會造成工程質量降低、影響工期，提高工程成本，甚至會造成工程事故的產生，并在一定程度上制約著鋁合金模板的發展[4]。因此，需要結合新技術解決鋁模存在的不足。

建筑信息模型[5](簡稱為BIM)是當前建筑業轉型升級重要的數字化、信息化的重要技術工具，能將預建建筑以三維的方式呈現，可視化效果好，并能綜合建筑、結構、裝飾、設備、暖通等內容綜合考慮，通過碰撞檢查提前避免因設計誤差或錯誤造成的問題，綜合設計能力強，也可構建自定義簇，解決復雜工程整體或節點問題。BIM技術由于綜合優勢強，已得到了廣泛的應用，也是2035我國成為建筑強國的重要助力。

通過將BIM技術應用到模板工程施工當中，可對模板進行建模、配模，增強模板在施工過程中的精細化調整的水平[6]。并在鋁合金模板設計、施工、管理中得到應用，能夠有效地提高綜合效率[7]，彌補鋁合金模板存在的不足。但由于BIM技術專業性強，軟件類型繁多，因此，需要從人才培養、專業培訓、政策導向、應用推廣等方面綜合提高BIM技術的應用領域和水平。本文以許昌某高層住宅樓項目為例，通過建立BIM模型，解決鋁合金模板存在的弊端，能夠有效地避免設計存在的差錯，提高施工效率，節約資源。

1 工程概況

1.1 工程概況

許昌某高層住宅樓項目，位于河南省許昌市魏都區裕豐路與文峰路交叉口，其中首期建設項目16#、27#樓采用鋁合金模板施工，由中鐵十二局集團建筑安裝工程有限公司承建，16#樓面積為32 932.28 m2，其中地上為31 938.68 m2，地下為993.60 m2；27#樓面積為32 972.34 m2，其中地上為31 974.64 m2，地下為997.70 m2；地上為均30層，地下均為1層；建筑高度均為90.75 m；建筑工程等級為一級建筑；結構類型為剪力墻結構。

1.2 施工難點

重難點位置特殊處理，經要求在二次砌體與現澆墻體交接處設置壓槽，鋁模設計采用新型模板，新型角鋁予以解決。

1.3 BIM應用目標

通過BIM計算將二維圖紙以三維立體效果呈現，避免出現早期設計差錯，查漏補缺，對重要節點特殊部位進行細化處理，提前預知模板支撐體系及組合效果，加強多專業綜合管理，提質提效，構建模板簇，實現工程數據化、信息化、持續化發展。

2 BIM技術建模的基本流程

首先，基本信息的整理，根據BIM建模需要，整理基本圖紙，主要包括建筑、結構、設備及鋁合金模板的配模圖，詳細確定建筑物構建的基本尺寸及相關標高。

然后，構建BIM模型，將建筑的二維CAD結構電子圖導入BIM應用軟件，確定建筑物的軸網、標高等基本信息。制作鋁合金模板的標準參數化的模型族，并將鋁合金模板拼接，構建可視化更好的三維模型，如圖1所示，通過模型直接導出鋁合金模板的量和出圖，可將各個部分使用視頻制作軟件做成施工動畫。

圖1 三維模型示意圖

最后，校核優化，重點處理節點位置，BIM模型構建完成后，應進一步復核建筑準確性，檢查修正模型。針對建筑屬性信息如材料強度、表觀形態、構件或設備制作工藝、制造商等，可結合后期檢查、檢測及修繕過程進一步整合完善。

3 基于BIM技術在鋁合金模板中的應用

二維鋁合金模板配模圖，通常只有編號、尺寸，并不能清晰地體現出細部之間的拼接關系，花費時間多，由于各個部位，尤其復雜節點，平面圖很難表達出其中的相互關系。如果配模不規范，造成切割返廠等問題。因此，如果處理不當，綜合考慮鋁合金的模板成本、工期等影響并不比傳統模板有太大優勢。

3.1 規范化配模

由于BIM仿真模型可視化效果好，通過碰撞檢查，避免出現差錯，進一步可對建筑物的每個部位(如圖2所示)進行詳細分析優化，通過建模、配模及局部、整體相結合，可對鋁合金模板進行標準、規范化配模，促進鋁合金模板生產的工業化，可提前對模板進行編標，規范現場放置空間。對鋁合金模板的詳細參數(尺寸、數量等)可直接導出，方便統計、成本等方面的控制，精準算量來減少過程損耗率和施工工期。還可以考慮物料追蹤，為拼裝和拆卸創造條件。

圖2 各部位BIM仿真效果圖

3.2 特殊連接點處理

鋁合金模板的優點很多，但是由于構件繁多，在施工應用時容易出錯，利用BIM技術的可視化、參數化功能制作鋁模板的施工虛擬樣板，樣板可以全方位立體展示各個連接點，如圖3所示。可重點考慮K板(承接板)、對拉螺栓、背楞連接器、早拆頭、拉桿、陰角、陰角轉角、狗牙、樓梯折板、梯段支撐等構件。

圖3 連接點BIM仿真效果圖

通過對細部連接點的分析，可以對K板接茬提前模擬，可以模擬優化各個連接點、配件間的完整度，預防出現錯臺影響施工。對拉螺栓決定著模板的連接和支撐的作用點的位置，通過模擬可以規范拉桿及支撐布置。對于陰角、陰角轉角、狗牙復雜節點，經過優化處理，提供工人操作視頻，提高施工效率。

通過對特殊節點處理可以使施工前解決復雜難點，規范配件的布局，提前預演特殊位置的拼接、支撐效果，可以讓工人提前熟悉各個部件，掌握工藝流程，避免操作失誤，保障施工工期，降低綜合設計、施工成本。

3.3 制作動畫

基于BIM軟件建模結束之后，通過視頻制作軟件，對每個部位可制作施工工藝視頻，可供施工前工人崗前培訓，操作時可將制作的視頻加工后生成二維碼，通過手機掃描即可完成視頻操作觀看，操作方面，提質提效，減少誤工。

4 結 語

鋁合金模板具有綠色環保、工業化生產的屬性，具有巨大的應用空間。BIM技術作為建筑產業數據化、信息化重要載體，通過將兩者有效結合，可以解決項目中的實際問題，提高效率，保障施工質量，通過大量的項目應用積累，可推動鋁合金標準化、規范化的生產，推動建筑工業化進程，將信息化模型進一步推廣、共享，有助于建筑產業智慧化建造的快速發展。

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