基于BIM的模架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)技術(shù)在水利水電工程施工中的應(yīng)用

歐陽云虎，劉 剛，王 璇

（江蘇河海建設(shè)有限公司，江蘇 鎮(zhèn)江 212000）

1 總體概述

在水利水電工程領(lǐng)域，模板腳手架工程是一項(xiàng)傳統(tǒng)的專項(xiàng)工程，其關(guān)鍵性作用體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：①安全方面。由于腳手架與模板支撐力不足而造成的坍塌事故占國(guó)內(nèi)施工重大事故的30 %，占一般事故的比例則更高，模板腳手架工程對(duì)施工安全的影響也越來越明顯。②工期方面。水利水電工程中的主體結(jié)構(gòu)一般為混凝土結(jié)構(gòu)，在混凝土主體結(jié)構(gòu)施工階段，模架專項(xiàng)用工量約占總工程量的30 %～40 %，工期約占總工期的50 %，并且在施工總進(jìn)度的關(guān)鍵線路上，對(duì)工期的影響突出[1]。③成本控制方面。模板腳手架工程一直是水利水電工程施工的成本模糊地帶，每項(xiàng)工程的模板腳手架用量沒有具體標(biāo)準(zhǔn)，且水利水電工程中的異型構(gòu)件較多，模板的可重復(fù)利用程度很低，在施工現(xiàn)場(chǎng)往往存在較為嚴(yán)重的資源浪費(fèi)問題，造成工程成本的增加。

由此本文研究引入了BIM三維建模技術(shù)，優(yōu)化模板腳手架的軟件設(shè)計(jì)。

2 實(shí)際問題與難點(diǎn)分析

2.1 工程策劃及選型階段

工程參與人員往往缺少對(duì)模架工程的策劃，對(duì)模架工程信息的了解不夠深入，且對(duì)新型的模板腳手架材料技術(shù)不了解，造成難以全面分析模架工程方案的問題。

2.2 模架方案設(shè)計(jì)階段

模架缺少詳細(xì)的設(shè)計(jì)方案，無法有效指導(dǎo)施工，且考慮到施工單位技術(shù)人員的能力參差不齊，導(dǎo)致目前難以制定合理的施工方案。其次，對(duì)于材料、專用機(jī)械及人員方案組織存在不明確問題，難以計(jì)量模架方案的安全性。

2.3 模架施工階段

通常情況下現(xiàn)場(chǎng)施工和方案設(shè)計(jì)存在較大差異，多數(shù)工人會(huì)根據(jù)自身經(jīng)驗(yàn)對(duì)搭設(shè)正確性進(jìn)行判斷。由于模板加工的不當(dāng)操作，模板仍缺乏明確合理的加工計(jì)劃，導(dǎo)致非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的施工周期較長(zhǎng)。

2.4 檢查與驗(yàn)收階段

在搭建過程中模板腳手架的質(zhì)檢次數(shù)較少，而完成搭建后的質(zhì)檢步驟較多。此情況下，如出現(xiàn)模板腳手架質(zhì)量問題，整改過程非常困難，且檢查人員對(duì)不同工程具有不同的檢查標(biāo)準(zhǔn)，缺乏施工中模板工程的相關(guān)量化知識(shí)[2]，難以實(shí)現(xiàn)有效生產(chǎn)控制管理，質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)大。

綜上可得結(jié)論：目前模板腳手架工程存在的問題主要為設(shè)計(jì)不合理，管控不嚴(yán)。

3 BIM模板腳手架設(shè)計(jì)中引入BIM技術(shù)

BIM模板腳手架設(shè)計(jì)軟件是基于BIM三維建模平臺(tái)的一種項(xiàng)目級(jí)工具，目前多應(yīng)用于模板腳手架工程[3]。用數(shù)字化技術(shù)來解決工程技術(shù)人員在模架專項(xiàng)設(shè)計(jì)和模架施工管理過程中的困難。該技術(shù)解決了多跨連續(xù)梁在任意荷載（集中力、均布荷載及線性荷載）組合下作用于結(jié)構(gòu)任意位置的內(nèi)力計(jì)算與位移計(jì)算，通過精確的力學(xué)求解器，在方案的智能匹配過程中能夠動(dòng)態(tài)、及時(shí)地驗(yàn)證結(jié)果的安全性，極大提高了方案的應(yīng)用效率。

4 工程應(yīng)用

在實(shí)際應(yīng)用中，BIM模板腳手架的工程應(yīng)用中有待解決的最大問題為應(yīng)用效率問題。影響效率的主要因素為：自動(dòng)完成模架排布、輸出施工圖、指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，力學(xué)自動(dòng)計(jì)算、輸出計(jì)算書、確保設(shè)計(jì)安全、自動(dòng)進(jìn)行材料統(tǒng)計(jì)、輸出材料表以及預(yù)測(cè)用量成本。其原理如圖1。

圖1 BIM技術(shù)下模板腳手架模型生成原理

4.1 模板腳手架優(yōu)化設(shè)計(jì)

為指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工，需優(yōu)化設(shè)計(jì)模板腳手架，如圖2所示，完成選型、排布設(shè)計(jì)、安全計(jì)算、制作施工圖等相關(guān)工作。通過軟件參數(shù)設(shè)置，可完成設(shè)計(jì)優(yōu)化工作。

4.2 專項(xiàng)技術(shù)方案制定和論證

通過BIM模板腳手架可以直接輸出腳手架專項(xiàng)施工方案及完整的危險(xiǎn)部位分析和計(jì)算書，且該軟件可以根據(jù)參數(shù)的設(shè)定自動(dòng)識(shí)別危險(xiǎn)部位，也克服了大部分工程技術(shù)人員在結(jié)構(gòu)計(jì)算方面存在的誤差問題，大大提高了工程技術(shù)人員的工作效率。

圖2 模板/腳手架模型優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.3 模板腳手架材料用量預(yù)測(cè)

模板腳手架經(jīng)常出現(xiàn)估不準(zhǔn)、算不清、沒依據(jù)、憑經(jīng)驗(yàn)等問題，而應(yīng)用本文所設(shè)計(jì)軟件，可以有效解決上述問題。

4.4 模架施工標(biāo)準(zhǔn)建立和積累

通過數(shù)字化模型，可以積累大量實(shí)際有效的做法，逐漸形成企業(yè)甚至行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從而提高生產(chǎn)效率，減少質(zhì)量隱患。

5 結(jié)論

（1）計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了水利水電工程施工的發(fā)展，提高了施工效率，模塊化的施工也必將代替?zhèn)鹘y(tǒng)的施工。

（2）應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)水利施工企業(yè)來說意義重大，但對(duì)水利施工企業(yè)而言，這也對(duì)其培養(yǎng)BIM技術(shù)人才提出了新的要求。