BIM技術在建筑高支模體系施工中的應用

趙惠惠 徐兵武

（1.運城職業技術大學，山西 運城 044000；2.山西運城建工集團有限公司，山西 運城 044000）

0 引言

近年來，許多國外及國內城市建筑施工中廣泛采用BIM建筑信息模型技術。隨著BIM建筑信息模型技術的發展，從3D到5D技術的應用，以及相應的BIM建筑行業標準的制定與出臺，為建筑設計、施工技術、工程造價、工程管理以及運營維護等提供有效的保障。尤其是高大空間模板支撐體系在建筑施工中逐步增多，傳統的高支模體系施工技術存在著局限和不足，而BIM建筑模型信息技術的發展和應用為建筑高支模體系施工帶來了很大的便利。基于此，本文以某建筑高支模體系施工項目為例，重點探討BIM建筑信息模型技術的應用，以供相關人員參考。

1 工程概況

某項目為運城果品交易會展中心建設工程，建筑面積為28258.9m2，建筑總高度為41.3m。項目主要由主樓和東西兩館組成；地下室一層，含人防區域；地上兩層，二層至屋頂中間設置夾層。主體結構類型為鋼筋混凝土框架，屋頂為大跨度鋼屋架。本工程涉及到超高及大跨度的梁、板結構較多，需要支撐高大模板體系的范圍甚廣，對高支模的施工質量安全提出更高的要求。

2 高支模體系BIM模型的構建與計算

當前，各大信息技術公司開發的BIM技術軟件較多，但在建筑行業中建筑模型的構建仍以選用Autodestk的Revit系列軟件的居多[1]。該軟件可以構建3D立體模型，能夠通過可視化的視圖窗口清晰地展示建筑物中的各類管道、門窗、墻柱、內部構造節點、裝飾物等圖形，以達到精準設計，為建筑施工技術提供關鍵節點視圖及參數的目的。Revit軟件與國內許多BIM翻模計算軟件或插件相匹配，能夠在Revit建模基礎上進行優化計算，以獲得需要的施工安全計算數據和可視化圖形。

2.1 主樓模型的構建

在工程項目施工中，組建BIM技術小組，由專業的BIM工程師根據建筑施工圖紙，借助BIM建模軟件可直觀的顯示出建筑物的3D立體效果，以便于相關施工技術人員對建筑物的外觀形狀和內部構造等一目了然。BIM技術人員運用Revit軟件，在結構樣板下進行模型構建，并逐步導入CAD施工圖紙，按照圖紙的要求，建立主樓地下室一層至屋頂，對于基礎、地下人防結構部分，鋼柱、折梁等模型采用族進行參數化構建，并賦予相應的材質，最終完成主樓的結構部分模型，如圖1所示。

圖1 主樓模型

2.2 高支模體系模型的構建與計算

高支模作為危大專項工程，近年多次出現坍塌事故，它在工程上屬于一種臨時結構設施。尤其是各工程項目在施工運轉過程中的人員、技術、管理等方面都會存在很多的不確定性，容易存在安全隱患，嚴重的造成安全事故[2]。由此在高支模設計方案制定時要嚴格審圖，依據規范條例及工程文件進行合理布局和安全設計。

當前，在各建筑工程施工中，部分項目以品茗模板計算軟件為輔助，進行高支模安全計算。品茗模板計算軟件的使用，需要通過品茗HIBIM軟件對Revit所建的模型進行格式轉化，導入模板軟件。由于會出現部分構件歸屬樓層錯誤，可在整棟三維下，用模板軟件的構件樓層調整功能完成構件歸屬，部分標高錯誤的采用高度調整命令完成，最后進行整棟樓構件處理，至此完成模型轉化導入。該模板軟件也包含了結構建模部分，對于無法轉化的構件，也可進行手動建模。更重要的是品茗模板軟件中的高支模區域識別、智能架體排布及安全計算的可視化交底等都為模板搭設在各種工況的應用提供了可靠的依據和技術措施。

2.2.1 高支模區域的劃分

建筑模型導入后，品茗模板計算軟件根據住建部發布的《危險性較大的分部分項工程安全管理規定》，對工程中存在的高支模區域進行自動識別劃分[3]，將輸出的結果與施工圖紙分析對比，辨識出的構件符合要求，無遺漏部分。會展中心主樓的地下一層層高為6.6m，地上部分的1-2層層高為9m，3層是層高為5.5m的夾層,所涉及到的梁、板都需要高支模支撐體系，施工難度系數很大。

2.2.2 模板體系設計

模板支架在施工中應用較多的是扣件式、碗扣式、盤扣式等，主要特點如表1[4]。

表1 模架支撐體系對比表

由于盤扣件式腳手架一般被認為是剛接與鉸接之間的半剛接體系，承載力大，具有安全可靠等特點，尤其適用于荷載大、構造復雜、施工技術要求高的公共建筑物[5]。結合本工程中涉及到梁、板都為超高、超重、大跨度的特點，高支模體系首選盤扣式模板支架。

模架搭設參數化設計是借助BIM軟件系統，按照施工規范標準設置架體參數中的計算參數、構件做法及桿件材料。如桿件規格、截面尺寸、材料屬性、間距、步距以及剪刀撐、構配件等信息（見圖2），以控制模板支架設計模型，使得高支模參數化設計得以實現。

圖2 梁底部設立柱構造做法圖

2.2.3 成果導出

架體參數設置完成后，本項目采用智能布置和手動布置相結合，對布置的架體進行智能優化和安全復核，確定計算通過后，查看每層樓模板支架的三維搭設模型（見圖3和圖4）。最后導出搭設參數圖、立桿布置圖圖紙、節點詳圖、高支模計算書、施工方案等成果，為高支模施工方案編制提供可靠依據。

圖3 一層層模板搭設效果圖

圖4 支架搭設局部圖

3 基于BIM模型的高支模體系施工要點

3.1 施工準備要點

根據編制的高支模專項施工方案，存在超限的部分，應經專家論證并審核通過后，項目負責人組織施工技術人員對圖紙、技術規范標準以及高支模專項施工方案等文件做深入的學習和研究[6]。特殊部位模板架體的搭設工藝及操作流程，由BIM技術人員進行三維動態演示、解說及答疑，確保各級施工及操作人員能夠將高支模模板體系的施工技術要點理解透徹，并簽字確認。

模板體系選用鋼管、方木及構配件等材料必須具備產品合格證、質量保證書及出廠檢驗報告，且各類材料在進場前必須進行復檢。本項目嚴格履行進場材料的檢測程序，檢驗不合格的材料一律清退出場。所有驗收合格的材料，按類型、規格、應用部位做好分類和標識，并且采用規定的方式在指定的地點進行存放，為避免淋雨或暴曬，應做好遮蓋保護。

3.2 施工過程要點

由于主樓中的梁、板多為大跨度超高構件，因此采用12mm厚模板訂成雙層，模板與木方間的連接要牢靠，防止滑動。模架支設時注意板的起拱，起拱高度為跨度的0.3%。

模板支撐體系采用承插盤口式腳手架，鋼管立柱的掃地桿、水平拉桿、斜桿根據搭設間距布置。各桿件采用插銷結合，結合后再以榔頭槌實。支架架體豎向斜桿滿布設置，架體底層和頂層設置扣件鋼管水平大剪刀撐。支架架體外側應設置豎向斜撐，以保證整個架體的穩定性[7]。模板支架搭設流程圖如圖5所示。

圖5 模板支架搭設流程圖

模板體系搭設完成后，由相應的專業施工人員開始綁扎鋼筋，澆筑、振搗混凝土，同時制作混凝土試塊，按同條件養護,待試塊達到設計強度后，經項目技術負責人同意后方可進行支架模板拆除工作[8]。為確保施工現場的安全，由專業人員佩戴安全防護用品進行拆除，現場應設警戒線以防止無關人員進入施工區域。拆除前先清理干凈在支撐系統上的殘留雜物，避免拆除過程中掉落而對人員造成傷害，以減少安全事故發生的概率。拆除應按照“后支先拆，先支后拆”的原則進行，避免支撐結構不穩定而出現事故。拆除的所有桿件及構配件要分類擺放，以便后續使用。

3.3 監控量測要點

在高支模的施工中，為確保施工安全，監控量測是必不可少的部分[9]。模板支架體系在澆筑混凝土時，需要對立桿頂、支架整體的水平位移和基礎沉降等做實時監控，單靠旁站監控對安全的預警顯然不充分，因此需要在關鍵部位的支架上和荷載最不利位置上設置監測點。監測點的監測儀器精度需滿足現場監測要求，設定變形監測報警值，并通過監測感應器將監測數據上傳至BIM平臺，供施工方及時查看處理。

4 高支模體系施工應用BIM技術的優勢

4.1 精準控制施工成本

運用BIM模板軟件對高支模桿件材料的參數信息進行設定，反復經構件計算及安全驗算，利用BIM可視化對于特殊部位的架體設置進行調節，得到精確的參數信息。軟件能夠根據樓層、構件類型及規格計算出材料用量及匯總表，這可為工程項目中模板模塊的成本預測和分析提供參考，從而有效的控制施工成本。

4.2 合理優化施工方案

高支模施工中利用BIM的三維模型視圖，將高低梁接茬、梁柱節點、大跨度斜梁、施工縫等關鍵點部位以漫游動畫的形式進行演示，針對高支模施工方案作深入分析并進行調整優化[10]，能夠避免模板的支撐件與墻體或柱子出現碰撞，減少工人返工，保證高支模搭設質量。同樣根據優化后的方案，能夠讓技術人員熟悉模板搭設環節的時間節點和搭設工序。從而提升施工效率。

4.3 有效保障施工安全

施工安全是任何工程項目的首要責任，而且高支模施工的危險系數更高，稍有不慎，很容易出現安全事故。為避免出現施工質量安全問題，借助BIM模板軟件設計，制定可靠的高支模施工專項方案，并通過三維模型進行動畫展示，能夠直觀的對施工人員做有效的技術交底，特別是關鍵部位的構造要點和和施工工藝，同時能做好相應的安全防護及應急措施，從而確保現場的施工安全。

5 結束語

綜上所述，隨著建筑行業的發展，高支模體系在公共建筑的應用占比逐步增多，施工技術要求隨之提高，且安全問題也成為施工過程中關注的焦點。將BIM建筑信息技術和高支模體系施工相結合，利用軟件創建三維立體模型，通過漫游動畫的方式模擬高支模體系的施工過程，能夠有效解決現場可能出現的碰撞問題，為施工安全提供有效的保障。BIM軟件在施工中的應用仍有不足，針對復雜的工程綜合應用應進行深入探索。