BIM 技術在高大模板支撐體系中的應用研究

張和鵬

BIM 技術是建筑工程施工中較為常見的一種應用技術類型，該技術借助于計算機技術、數字信息技術、空間幾何原理，模擬出真實的建筑信息模型，尤其在模擬高大模板支撐體系時，能夠將模板搭設過程中涉及的所有技術參數體現在模型上面，工程技術人員通過對數據信息的分析、運算，制定科學的模板搭設方案，進而可以提前預防各類安全事故的發生，確保建筑工程施工順利進行。

1.高大模板支撐體系工程實例

某城市小區3#樓工程，建筑主體結構包括地下一層、地上17 層，按照建筑等級劃分，該建筑屬于二類高層建筑。建筑主體采用鋼筋混凝土框架，其中地下一層的建筑面積為2785.32m2，地上17層的建筑面積為29750.83m2，建筑高度為78.48m，設計使用年限為70 年。建筑主體結構的設防烈度為三級抗震標準，耐火等級為一級。結合施工設計圖紙要求，由于該建筑的頂板標高較高，兩端梁板的總跨度達到9.8m，而懸挑梁板的截面積已經超過500mm×1000mm[1]。

2.BIM 技術在高大模板支撐體系中的應用方案

該高層建筑具有結構跨度大、梁截面面積大、豎直高度高的特點，因此施工單位采用高大模板支撐體系，以保障施工安全與結構穩定。在施工開始之前，施工單位利用BIM 建模軟件建立高大模板支撐體系，根據BIM 信息關聯性、可視化、模擬性以及優化性特點，制定兩套備選方案。

2.1 滿堂式腳手架支撐體系

采用傳統的施工方法，即滿堂式腳手架支撐體系，技術人員首先將鋼管的尺寸參數以及人、工、料等數據輸入BIM模型構建系統當中，通過模擬軟件，建立一個滿堂式腳手架支撐體系模型。經過統計計算可得該體系采用的鋼管總重量為956t，整個支撐體系搭設所需的時間約為42d，從這兩項數據可以看出，該體系所耗費的鋼管材料巨大，搭設時間較長，而且經過軟件測算可知，體系結構承載力不符合標準規定，這就需要對支撐體系的頂板進行加固處理，進而增加了施工投入成本。通過對BIM模型的分析可以看出，該套方案不具有可行性。滿堂式腳手架的BIM 模型如圖1 所示。

圖1 滿堂式腳手架的BIM 模型

2.2 鋼結構組合支架

經過施工單位項目組的反復協商和討論，在否定第一套方案的同時，針對該項目的特點，制定了第二套方案，即采用鋼結構組合支架，第12 層與第13 層的樓面采用組合式鋼結構支架，作為高空大跨度模板支撐體系的底支座，上部腳手架均在支座的基礎上逐層向上搭設，這種搭設方式不僅降低了腳手架的整體高度，而且安全性能也能夠得到可靠保障。首先利用BIM 模型創建系統的模擬軟件構建一個鋼結構組合支架模型，通過軟件測算可得，搭設該支撐體系需要鋼管材料24.6t，整個支撐體系的搭設時間約為35d，這就比第一套方案節省了7d 的時間，而且節省了大量的鋼管材料與施工投入成本。因此，第二套方案更具有可行性與可操作性。圖2 為組合式鋼結構支架BIM 模型。

圖2 組合式鋼結構支架BIM 模型

3.BIM 技術在高大模板支撐體系中的具體應用

3.1 鋼結構支架的受力分析

鋼結構支架承載力的大小與支架的整體安全性能息息相關，如果承載力小，在搭建上部腳手架時，就容易出現坍塌事故。因此，技術人員需要根據BIM 模型構建軟件模擬出的支架模型，對鋼結構支架的各個連接結點的受力變形情況進行分析和測試，通過反復試驗得出最后的驗證結果，即鋼結構支架的水平支撐選用25號工字鋼，豎向斜支撐選用DN160 無縫圓鋼管。這一分析過程與結果的判斷完全通過BIM 模型構建軟件完成，技術人員只需要結合施工設計方案內容，將分析測算所需的數據信息錄入軟件即可，因此，既能夠提升工作效率，而且分析測算結果的準確率也能夠得到可靠保障[2]。

3.2 簡化下料計算過程

如果按照過去手工計算的方法，對鋼結構所需的材料進行計算，技術人員需要查詢大量的計算公式，而且計算步驟較為繁瑣，花費的時間較多。因此，考慮到工程施工進度等問題，施工單位利用BIM 建筑信息模型，借助于模型構建軟件的精準計算功能，以及BIM 模型的可視化特點，技術人員可以在模型上面獲取支架的空間幾何形態，以及斜支撐鋼管的角度與切割角度，當確定這些具體的數據信息后，可以計算出鋼結構支架所需的材料總量。可以看出，BIM 技術構建的鋼結構組合支架模型為技術人員提供了確鑿的參考依據，同時，也節省了技術人員大量的數據計算時間，這對推進施工進度將起到積極的促進作用[3]。

3.3 實施碰撞檢查

BIM 技術具有可視化以及可出圖性的特點，因此，該工程項目的建設方、施工方、監理方以及設計方可以對照BIM 模型進行碰撞檢查。過去，項目各參與方常常參照二維圖紙進行檢查，但是，該工程的高大模板支撐體系的分解單元較多，每一個分部工程都形成一套完整的二維圖紙，不僅檢查工作量大，而且容易出現工作漏洞。比如鋼結構組合支架在搭設過程中需要預留安裝洞口，洞口的預留尺寸應當滿足標準要求，如果洞口尺寸誤差較大，將嚴重影響上部腳手架的正常搭設流程，甚至出現返工現象。而借助BIM 技術提供的鋼結構組合支架模型，各參與方能夠清晰直觀地看到鋼管預埋件的位置、預留洞口的尺寸、鋼結構斜管的下料總量等信息，通過對這些數據信息的分析和研討，能夠快速查找出每一道工序存在的問題以及漏洞，設計方根據最后的討論結果對設計圖紙重新予以修訂，這樣，能夠確保鋼結構組合支架的安全性與穩定性。可見，項目參與方結合BIM 模型，能夠及時對模板支撐體系存在的設計漏洞采取補救措施，進而為推進施工進度提供有力保障[4]。

3.4 便于施工交底工作的順利開展

BIM 技術融合了計算機技術與數字信息技術，因此，計算機作為模型構建載體，能夠給技術人員提供一個清晰完整的三維立體模型，加之BIM 技術具有可出圖性，三維模型能夠為技術人員隨時提供二維參照圖紙，這就為技術交底工作提供了諸多便捷。由于技術交底工作涉及高大模板支撐體系的鋼構件選材、鋼管小料、預埋件定位、鋼結構吊裝、腳手架搭設等一系列施工工藝，如果利用傳統的二維圖紙開展技術交底工作，很可能會遺漏大量的技術要點，以至于施工無法正常進行。而技術人員參照三維立體模型向施工現場人員講述相關的工藝流程與技術要點，施工人員可以直觀地看到每一道施工工序的具體操作過程，這樣就大幅縮減了技術交底時間，同時，也不會遺漏任何技術要點[5]。可見，BIM 技術為高大模板支撐體系的構建提供了重要的技術支撐，使現場施工人員能夠進入施工狀態，發生安全事故的幾率也將大幅下降。

4.效益分析

該工程中的高大模板支撐體系通過應用BIM 技術，整體施工工期縮短了25d 的時間，如果塔吊租賃費用按照每月20000 元計算，塔吊兩名司機的月工資標準為8000 元，那么這兩個項目所節省的費用達到28000 元。在鋼結構材料節余方面，原滿堂式腳手架支撐體系需要的956t鋼材的租賃費用約3.6 元，如果采用鋼結構組合支架，鋼材料節省的租賃費用達到137664 元，兩項合計節省費用達到165664 元。另外，在社會效益方面，鋼結構組合支架與落地式滿堂腳手架相比，支架的豎直高度明顯降低，這就規避了支架搭設過程中的安全風險，加快了工程施工進度，而且鋼結構組合支架在施工過程中，不會對自然生態環境造成影響，這與國家提倡的“節能降耗，綠色環保”的理念不謀而合，從這一層面講，能夠進一步增強施工單位的社會信譽度，使施工單位在激烈的市場競爭中脫穎而出。

5.結束語

綜上所述，BIM 技術在高大模板支撐體系中的應用，不僅減少了繁瑣的中間分析與計算過程，而且該技術的可視化、可出圖、可優化的特性也給施工單位的項目實施提供了精準的數據參考。因此，技術人員應當不斷提升自身的專業技術水平，熟練掌握BIM 技術的操作原理，在保障施工安全的前提下，為社會建造出更多的優質工程與精品工程。