BIM技术在模板、脚手架设计中的工程应用研究论文_王全,王玉泽,丁嘉栋

摘要：建筑业是我国的支柱产业之一，随着建筑市场的快速发展，以BIM技术为代表的技术更新为促进行业技术升级和生产方式转变起到了极大的推动作用。本研究着眼于将新技术与生产紧密的结合在一起，通过应用BIM技术辅助进行模板、脚手架智能优化布置，实现对现场模架体系进行优化设计，实现精准配置，从而达到精细化管理，节约材料的目的。

关键词： BIM技术 模板、脚手架智能优化设计 高效 精细化

1、研究背景

建设工程的模板与脚手架是施工中最常用的混凝土浇筑措施，其安全性与经济性的平衡，在施工管理中一直是不可回避的难题。建筑工程施工过程中模板、脚手架的选择、应用与深化设计是重要的施工管理要点。从成本的角度，模板工程占据钢筋混凝土结构工程费用的20%-30%；从工期和和用工角度，用工量占钢筋混凝土结构总用工量的的30%-40%，工期的50%。如何促进模板、脚手架精细化管理对节约工期及成本意义重大。

目前在编制可实施性模板、脚手架工程施工方案设计以及施工管理环节仍然存在以下难点：传统的模板脚手架设计采用CAD二维平面设计方法，方案选型难、安全计算难、施工图绘制繁、方案展示不直观、投标措施项目无依据、材料采购靠估算、乱拿乱放难管理、随意切割浪费多、过多搭设浪费严重、结算少依据等。

随着BIM技术的普及应用，通过BIM模板脚手架设计软件，将精确的结构BIM模型导入后，可以方便快捷的进行三维模架设计，直观立体的展现模架设计成果，并且能快速精准统计材料用量，可大大节省了手动设计的时间，而且也保证了设计的完整性。

中建一局开展科技研发课题攻关“基于BIM技术的模架设计、计算与管理软件研发及应用”，研发模架智能优化配置技术，以对此先进技术以领峰花园工程为对象进行了实际应用研究。

2、应用流程

3、具体实施方法

3.1技术准备

（1）软件准备

软件包括结构建模软件及插件、模型格式转化插件、模架设计软件。

（2）CAD图纸处理

CAD图纸往往将多张结构图绘制在同一文件中，需要将图纸进行拆分，每张结构图单独存放，并且将A-1轴交点移动至坐标原点，保证所有结构图纸坐标统一。

3.2 快速创建BIM结构模型

CAD导入revit中快速建模：evit软件中安装红瓦建模大师插件，利用软件快速建模功能快速建立revit结构模型文件，主要流程为：CAD 图纸（链接）→选择相应 CAD 图层→识别数据→调整识别后的参数→生成 Revit 构件

（1）轴网转化支持多种轴符形式，任一标高转换，多个标高都可见。

（2）承台，柱以及各种异形截面转化，梁需在已有柱墙（可选本层或下层）为支座下转化。

（3）一键成板功能快速布置楼板构件。

（4）模型检查无误后组装形成完整的结构模型文件。

3.3 Revit格式转化

（1）Revit软件安装“模型算量”插件，分别进行楼层设置、构件映射、按楼层构件拆分等设置后，导出为“*.GFC”格式文件。

（2）安装BIM模板脚手架设计软件导入上述“*.GFC”格式文件，分别进行外架设计、模板支撑架设计以及配模设计。

3.4 模架设计

（1）创建模板脚手架设计工程文件，外架支持扣件式架体和盘扣式架体，模板支撑架支持扣件式、盘扣式、碗扣式、轮扣式、套口式五种架体形式。选择适用的架体形式创建工程文件。

（2）导入模型预处理，软件可利用本身建模功能创建结构模型，也可导入其他模型文件，推荐导入“*.GFC”格式文件。文件导入后，需对模型进行一键处理，消除模型构件重叠、构件重复等建模错误，以及调整微小边等。

（3）外架设计

步骤一：在工程设置在工程设置面板用户可以配置的有项目信息，工程特征，外架体系参数以及外架材料库。在外架设计面板用户可以修改的主要有外架参数与支撑参数。其中架体参数分扣件式架体配置参数与盘扣式架体配置参数。具体到细节有包括基本参数，杆件相关参数，弧形轮廓，剪刀撑，横向斜撑，连墙件，脚手板，拦腰杆等参数设置。

步骤二：自动创建分块生成架体

外架布置分为快速创建与专家模式，可一键生成外架，或者针对局部进行编辑以生成期望的排布结果。外架快速创建，针对建筑外立面无错落的场景，可以通过指定识别建筑楼层后一键生成外架排布结果。外架专家模式，针对的是建筑外立面错落的复杂场景，可以在自动创建的分块基础上进行分块编辑。最终快速生成复杂的外架排布设计。可实现落地式与悬挑式混排，以及多排架体布置。最终生成三维可视化的排布方案。

步骤三：输出施工图与材料用量表

一键生成外架施工图，对接安全计算模块，依据最新国家规范，输出施工方案与计算书。一键输出DWG格式的外架平面，立面以及剖面施工图。可直接用于方案评审与指导施工。输出材料用量统计表，可用于制定材料采购计划及物料管理。

输出外架平面布置图及剖面图

输出材料统计表

（4）模板支撑架设计

步骤一：设置模板支撑架体系参数，可设置的体系参数主要有支架排布规则，剪刀撑排布规则，内架拼杆设置以及模板主次楞设置。

步骤二：危险性较大高支模区域识别，指定范围一键进行高支模识别与统计。

步骤三：模板支撑架布置

步骤四：输出施工图与材料用量表，输出模板支撑架剖面与大样图，对接材料库产生精确的材料用量统计。

步骤二：配模及出图，可按施工区域及上述设置配模条件配置模板，输出模板模板配型图及模板裁切加工图，自动统计模板使用率及材料用量表。

5、结语

本课题以BIM技术为基础，以《建筑施工临时支撑结构技术规范》（JGJ 300-2013）为主要核心规范，将BIM技术与建筑工程中模架体系设计、计算与施工管理相结合，使模架体系设计、施工紧扣BIM技术发展趋势，进入3D可视化设计阶段，实现各项安全计算及施工过程管理功能。在本项目的应用中提升了建模速度，有效地提高支撑计算分析结果的可靠性与安全性。通过精准提取构件数量及类型，使模架的管理依据更加可靠，并辅助项目合理配置施工资源，减少材料浪费及施工现场固体废弃物排放，在节约施工成本的同时减少环境污染，提高施工效率。BIM技术在模板、脚手架设计中的工程应用还存在以下不足之处有待改善：

（1）模架软件稳定性目前有待改善，应用过程中易报错退出。

（2）模架设计软件数据导出功能欠缺，所涉及模型目前尚不能导入pkpm等安全计算软件中进行安全验算。

（3）新技术推广与应用较大程度改变了传统工作方式，需要工程技术人员的适应和转变过程。

基金项目：国家重点研发计划资助（2016YFC0802004）

通信作者：王全，512568842@qq.com

论文作者:王全,王玉泽,丁嘉栋

论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期

论文发表时间:2020/1/13

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