BIM技術在建筑工程懸挑腳手架中的應用

李彪，李遠

（中國建筑第二工程局有限公司華東公司）

1 引言

在懸挑腳手架的施工建設中，利用BIM技術進行模型設計可更好地分析整體施工結構的合理性。通過3D數字技術，在腳手架施工前，使用現代設備模擬腳手架，并使用虛擬化搜索腳手架的非理性元素[1]。改進建模可有效提高我國土木工程和腳手架建設的科學水平，腳手架在施工中起著重要作用，關系到施工安全問題。

2 BIM技術的應用特點

BIM技術具有以下應用特點：①將項目工作從二維轉化為數據；②能有效完成復雜設計，實現數字化、計算機化、智能化和科技化；③實施腳手架工程信息與統一數據信息的分離；④對傳統的3D設計進行創新，在施工過程中自動調整參數信息，準確計算當前施工材料。

3 懸挑腳手架設計與施工分析

使用CAD軟件繪制當前施工項目的腳手架施工設計。懸挑工字鋼控制通常分配有標準的建筑計劃，并且繪制過程比較繁瑣。傳統的繪制流程是先繪制基礎層，然后在專業軟件的框架內安全計算需要完成的各個部分。這些安全模式需要定期更改，直到滿足預期的階段需求

二維CAD圖形不能直接反映主體工程結構與腳手架的結構關系。懸挑工字鋼之間的結構關系往往根據經驗確定。施工質量難以滿足工程設計要求，腳手架安全得不到保障。基于二維腳手架平面圖，無法準確計算施工工程量和成本，難以確定整個施工預算。

4 基于BIM技術的控制臺腳手架設計案例研究

4.1 項目概況

徐州XT2020-34號地塊開發建設項目（二期）位于黃銅山新區，面積25.1萬㎡，最高建筑22層，高度55.5m。

遵守施工的時間、質量和安全要求，以及腳手架設計原則，分析了目前的工程現狀并參考以前的建設經驗，決定在四樓使用懸挑腳手架。每六層樓由一個懸挑層組成，高達20m。

4.2 設計過程

一旦確定了腳手架的形狀和輪廓，就可以將它們附加到建筑物的3D模型上。許多3D模型通常使用智能且快速的軟件進行建模，這樣可以節省大量時間。建模完成后，智能建模必須驗證是否有解決方案和恢復程序。3D模型完成后，可以將模型文件上傳到腳手架工程設計軟件進行構建并創建布局。制作腳手架計劃的所有施工要求和安全參數都可以安裝在軟件中。該軟件可以創建框架等輔助結構元素（如墻體結構、剪刀架、封閉板等）。如果對本地“設置”不滿意，可以手動修改，軟件進行重新修改后的計算也會回歸原始數據，需要重新計算。所有安裝參數都可以自動調整到模型中，與傳統方法相比可以避免許多重復步驟。可以將基于軟件的模型導入Revit中進行結構碰撞檢測、3D布局和映射，然后進一步導入Navisworks中進行建模、項目進度控制、施工中漫游動畫等[2]。

4.3 BIM模型創建方法

與傳統的二維建筑方案相比，平面圖的表達和內容比傳統的二維建筑方案更專業。智能軟件可根據建筑圖紙轉換成3D模型，直接反映建筑結構的內部關系，及時發現建筑設計問題，并聯系設計單位解決問題，節省大量時間和勞動力。

4.3.1 基本記錄

Ito Solidworks Premiu系 統平 臺由3D BIM開發。配置控制是系統的唯一部分，它包括三個基本特征參數化模塊：零件設計、裝配設計和工程圖。在CAD文檔中，可以從不同的部門導出，也可以轉換和不同參數進行組合。用戶可以直接調用特定模式的標準和功能元素并實時交換，降低了開發過程中的錯誤率，提高了產品質量。

4.3.2 主要結構模型

基于以上基本考慮，重新設計和優化電子CAD圖像的基本結構，并將其導入SolidWorks系統平臺，創建BIM模型。同時，提供基本結構的支柱、通過系統平臺模塊參數功能加載，自動生成施工信息的梁和面板模型、材料列表，為啟動項目模型提供載體。

4.3.3 腳手架構件族庫

基于標準規則和建筑和鋼腳手架的安全標準，以及建設單位的標準化建筑管理手冊，為Solid‐works Premium開發了平臺模塊。同時，部分標準化企業施工現場腳手架構件族庫正在建設中（見圖1）。

圖1 腳手架構件族庫BIM模型圖

4.3.4 模型集成

隨著Solidworks Premium系統平臺參數模塊應用的開發，對主體結構的BIM模型和腳手架構件的BIM模型基本結構進行了合理修改，并整合到規范中。必須提前優化潛在的沖突情況，提前做好施工階段使用BIM技術的計劃和準備工作（見圖2）。

圖2 懸挑式腳手架BIM模型優化圖

4.4 施工方案的規劃與應用

4.4.1 策劃先行，可視化技術交底

優化后的模型可以在solidWorks Spremium平臺的專用漫游檢測功能程序中進行可視化。此外，可以實時查看3D BIM模型，而不是在項目規劃階段呈現。系統平臺還可以通過eDrawings插件生成可執行的exe文件[3]。通過電子郵件或復制給甲方和施工單位，以便客戶可以通過終端漫游訪問BIM項目模型，而無需安裝系統平臺軟件。

4.4.2 數字元件模擬，精密外部處理

基于Solidworks Premium平臺的BIM控制懸挑式腳手架優化模型，可直接導入工程圖紙進行深度平面設計，有效將3D BIM模型與2D BIM模型鏈接，將信息添加到建筑材料列表中。最后將建筑圖導出為一線工地運營商提供的DWG或PDF格式，保證建筑和信息的高效傳遞。

4.4.3 識別風險隱患，提前進行安全監管

通過優化控制臺支撐BIM模型，將固定懸挑式工字鋼的U型螺栓組預裝在精密備件系統中，定位主體陰陽角搭基本結構，確定危險源。確保每根立桿都安裝在懸挑式工字鋼上，并事先消除安全威脅，確保整個外框的安全性和耐用性。

4.4.4 建筑工人實時監控建筑物的安全和質量

通過RFID芯片的集成，BIM-SolidWorks成為與現場情況有機集成的平臺。懸挑腳手架的BIM模型通過其可視化技術，能夠實時監控操作員并及時記錄可能發生的事件。預防和減少工作事故，全面把控工地安全和施工質量。

5 優勢分析

BIM系統的基本性質是通過3D設計和幾乎所有與設計相關的數據來獲取工程信息模型的，能夠持續、即時地提供完整、可靠、高質量、充分協調的項目設計、進度和成本信息。工程IT模型可用于繪圖加速（節省時間），改善協調（減少錯誤、降低成本、節省資金），提高生產力，改善工作質量和減少非運營通信。

在項目生命周期的三個關鍵階段（規劃、建設、管理），項目信息模型可以捕獲以下關鍵信息：①計劃階段的設計、規劃、預算信息；②建設階段的信息質量、規劃和成本計算；③管理階段的生產力、財務信息。

5.1 成本預測

BIM系統包含可計算的建筑信息，計算機將模型視為建筑物，每種材料在建筑中都有自己的屬性和相互關系。BIM軟件可以準確計算鋼管、緊固件、護邊板、安全網等各種材料的工程量。在各個層級或控制臺版塊下，幫助項目經理有效提高成本控制、采購材料、高效建造，控制項目進度和成本。

5.2 施工進度控制

BIM技術可以提高項目管理效率。集中監控所有專業施工人員和承包商的場景，實時全面協調材料生產、供應商分配和腳手架施工，避免現場施工與資源沖突。確保項目目標可以通過參數化建模、實地考察、建模以及基于BIM技術的項目和工作計劃中的問題和不一致的及時檢測來實現。BIM技術可以模擬懸挑腳手架施工和工字鋼布置的建模，解決以往建模中暴露的問題，明確最適合的施工方案，并且還能根據腳手架的實際情況提高懸挑梁復雜施工構件的使用可靠性。借助BIM技術，項目經理可以直接、準確地了解懸挑式腳手架安裝的流程和關鍵節點，提前實施復雜的運行機制，為后續高難度工作的展開奠定基礎。同時，對腳手架施工的細節有清晰認識，提高施工效率和工程安全。

6 結語

最后需要強調的是，在懸挑腳手架施工中使用BIM技術不僅可以提高施工安全和建設效率、效果，而且可以有效實施施工全過程的技術指導和安全控制，提高室外工作的效率和質量。該模型的構建基于BIM技術，具有直接的可視化和圖形化的特點，可實現項目建模、施工過程優化，并為懸挑腳手架的施工建設提供技術和管理協助。