基于BIM技術(shù)的鋁模板設(shè)計(jì)與施工

臧偉強(qiáng)

(上海建工一建集團(tuán)有限公司, 上海 200000)

高層住宅施工中，鋁模板體系在提升工效、確保質(zhì)量、綠色環(huán)保等方面均具有明顯優(yōu)勢(shì)。鋁模板設(shè)計(jì)研發(fā)及施工應(yīng)用，是建筑行業(yè)一次大的發(fā)展，是建設(shè)部推廣應(yīng)用的節(jié)能、環(huán)保工藝，越來(lái)越受到眾多房產(chǎn)開(kāi)發(fā)商和建筑承包商的重視。由于是新技術(shù)，目前鋁模板在設(shè)計(jì)施工方面存在著設(shè)計(jì)周期長(zhǎng)、配模不合理、現(xiàn)場(chǎng)管理差、周轉(zhuǎn)損耗大、工人技術(shù)參差不齊等情況。而B(niǎo)IM技術(shù)具有可視化、直觀性、可模擬施工等特點(diǎn)，將BIM技術(shù)應(yīng)用于鋁模板體系的設(shè)計(jì)、配模、施工中，通過(guò)相關(guān)軟件及網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)連通，將BIM技術(shù)與鋁模板的設(shè)計(jì)、模擬、施工相結(jié)合，能提高設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化模板配置；通過(guò)模擬施工能進(jìn)一步提高模板施工管理水平；通過(guò)可視化交底，能規(guī)范和提高操作工人的技術(shù)水平。基于BIM技術(shù)的鋁模版模板設(shè)計(jì)與施工，是結(jié)合BIM與鋁模板體系優(yōu)點(diǎn)的一項(xiàng)新技術(shù)，對(duì)于推廣應(yīng)用鋁模板具有積極的意義。

1　工程概況

保利林語(yǔ)溪項(xiàng)目位于四川省成都市成華區(qū)龍?zhí)督值?，總建筑面積約11.064 8×104m2，地上建筑面積約7.516 3×104m2。其中6、7、13～15號(hào)樓為28～32層剪力墻結(jié)構(gòu)高層住宅，建筑高度99.5 m，住宅層高3.0 m。在13#～15#樓采用鋁模板體系，我們將BIM技術(shù)應(yīng)用于鋁模板的設(shè)計(jì)、配模、管理和實(shí)施等過(guò)程中，取得了良好的效果。

2　技術(shù)原理與技術(shù)特點(diǎn)

首先運(yùn)用BIM技術(shù)建立結(jié)構(gòu)、裝飾裝修、水電管線的三維模型，并且根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙要求，結(jié)合結(jié)構(gòu)圖、建筑圖和節(jié)點(diǎn)詳圖及施工規(guī)范對(duì)鋁模板施工的建筑主體結(jié)構(gòu)、外墻裝飾節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)優(yōu)化，對(duì)水電管道、管線、預(yù)留孔洞進(jìn)行碰撞檢查，并作進(jìn)一步設(shè)計(jì)優(yōu)化，以便于鋁模板的規(guī)格型號(hào)統(tǒng)一，減少鋁模板的特異型號(hào)，利于鋁模板施工。在后期施工中結(jié)合BIM技術(shù) ，鋁模板與施工現(xiàn)場(chǎng)能更好地相匹配，管理更高效便捷，施工質(zhì)量和施工進(jìn)度都得到充分的保證和顯著提高?；贐IM技術(shù)的鋁模板設(shè)計(jì)與施工，具有以下技術(shù)特點(diǎn)

(1)協(xié)同作用，專業(yè)內(nèi)多成員間、多專業(yè)、多系統(tǒng)間的三維協(xié)同設(shè)計(jì)，避免不必要的圖紙錯(cuò)誤，提高設(shè)計(jì)質(zhì)量和效率。

(2)可視化，建筑描述通俗化、三維直觀化，對(duì)鋁模板新接觸施工技術(shù)人員特別是施工人員，可直觀地了解施工成型方式和效果。

(3)模擬，將建造過(guò)程與結(jié)果，在數(shù)字虛擬世界中預(yù)先實(shí)現(xiàn)，可以最大限度減少未來(lái)真實(shí)結(jié)構(gòu)中的錯(cuò)誤。

3　基于BIM技術(shù)高層建筑鋁模板設(shè)計(jì)與應(yīng)用

3.1　三維設(shè)計(jì)軟件

通過(guò)比較CAD軟件設(shè)計(jì)鋁模板的特點(diǎn)、神機(jī)妙算軟件設(shè)計(jì)鋁模板的特點(diǎn)、ArchiCAD軟件設(shè)計(jì)鋁模板的特點(diǎn)，結(jié)合實(shí)際分析對(duì)比的情況，選用ArchiCAD設(shè)計(jì)軟件。

3.2　鋁模板設(shè)計(jì)

3.2.1建立鋁模板構(gòu)件數(shù)據(jù)庫(kù)

在ArchiCAD設(shè)計(jì)軟件中，建立鋁模板構(gòu)件基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)是具有參數(shù)的構(gòu)件的集合，不再是CAD圖紙中的線框和文字的組合。參數(shù)化構(gòu)件減少了設(shè)計(jì)人員配模時(shí)模板框和構(gòu)件信息不匹配的擔(dān)心，可以專心于配模合理性的工作。其次極大減少模板配模的檢查量，設(shè)計(jì)人員不會(huì)將檢查的重點(diǎn)放在構(gòu)件的大、小規(guī)格上，更多地檢查孔位匹配情況，構(gòu)件標(biāo)準(zhǔn)率的多少等問(wèn)題上。

3.2.2建結(jié)構(gòu)模型

建立結(jié)構(gòu)BIM模型，特別是將深化后的門(mén)垛、線條、下掛、樓梯和結(jié)構(gòu)主體在軟件中建出模型。標(biāo)注板厚、梁截面、下掛截面及長(zhǎng)度，軟件中的標(biāo)注文字會(huì)與構(gòu)件截面的修改聯(lián)動(dòng)，構(gòu)件截面信息在平面視圖中一目了然，同時(shí)避免頻繁修改模型中不必要的錯(cuò)誤修改。

3.2.3樓面鋁模板設(shè)計(jì)

在結(jié)構(gòu)模型上進(jìn)行樓面板配模。首先在標(biāo)準(zhǔn)房間確定樓面轉(zhuǎn)角的下口標(biāo)高，將所有標(biāo)準(zhǔn)房間的轉(zhuǎn)角下口標(biāo)高統(tǒng)一，以便于在配墻模板時(shí)統(tǒng)一使用一種標(biāo)準(zhǔn)的板型。調(diào)取轉(zhuǎn)角對(duì)象，并設(shè)定它適應(yīng)的長(zhǎng)、寬、高，具體標(biāo)高位置等一系列參數(shù)，最終將對(duì)象通過(guò)復(fù)制、粘貼等手段在平面圖中放置正確。然后進(jìn)行平板鋪設(shè)。在平面圖模式下，設(shè)定模板長(zhǎng)、寬、高，具體標(biāo)高位置等一系列參數(shù)，最終將對(duì)象通過(guò)復(fù)制、粘貼等手段在平面圖中放置正確，后切換到3D模式下，確認(rèn)是否配模正確。最后用相同的方式配置有沉降的房間，由于沉降位置有多種復(fù)雜關(guān)系，可以在模型中切換3D模式來(lái)思考配模，大大節(jié)約配模時(shí)間和錯(cuò)誤率。

3.2.4梁鋁模板設(shè)計(jì)

樓面板配模結(jié)束后，就已經(jīng)確認(rèn)了梁底和梁側(cè)需要模板的寬度和高度，因此，只需要配合在2D模式下放正確模板位置，在3D模式下確認(rèn)標(biāo)高，就可以準(zhǔn)確無(wú)誤地配置模板。配模方式和配樓面板是一樣的，調(diào)取構(gòu)件,并設(shè)置參數(shù)。

3.2.5墻鋁模板設(shè)計(jì)

梁板配模結(jié)束后，就已經(jīng)確定梁底和梁側(cè)和墻面交接位置，標(biāo)準(zhǔn)墻模板的高度。因此，只需要配合在2D模式下放正確墻模板位置，利用陣列盡量多放標(biāo)準(zhǔn)模板，并做到墻兩邊的模板對(duì)稱布置，最后在3D模式下確認(rèn)高度，并進(jìn)行精確配置模板。

3.2.6樓梯鋁模板設(shè)計(jì)

3.2.7復(fù)雜節(jié)點(diǎn)部位鋁模板設(shè)計(jì)

鋁模板設(shè)計(jì)中最需要考慮的就是復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)配模，因?yàn)榉N類和數(shù)量的繁雜，直接關(guān)系到施工拆模的難易程度，后期加固難易度等。傳統(tǒng)的CAD的配模方式，需要結(jié)合墻柱、梁、板所有的配模圖來(lái)確定圖紙?jiān)O(shè)計(jì)方案，后期容易出現(xiàn)很多設(shè)計(jì)問(wèn)題。通過(guò)使用ArchiCAD，可以直觀地顯示復(fù)雜節(jié)點(diǎn)配模，實(shí)時(shí)修改配模構(gòu)件，提前發(fā)現(xiàn)并解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式后期易出現(xiàn)的設(shè)計(jì)問(wèn)題。下面有一些復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的圖例，通過(guò)軟件優(yōu)化后，都取得了滿意的結(jié)果(圖1、圖2)。

圖1　復(fù)雜節(jié)點(diǎn)配模一

圖2　復(fù)雜節(jié)點(diǎn)配模二

3.2.8鋁模板設(shè)計(jì)配模檢查校對(duì)及優(yōu)化

3.2.8.1尺寸檢查

ArchiCAD軟件中的線框大小是和尺寸數(shù)據(jù)是聯(lián)動(dòng)的，通過(guò)參數(shù)設(shè)置，改變模板長(zhǎng)度，代表模板的線框就會(huì)自動(dòng)改變大小，不需要再去量尺寸重新核對(duì)，大大減少校對(duì)時(shí)間(圖3)。

圖3　構(gòu)件尺寸參數(shù)

3.2.8.2模板碰撞檢查

在BIM軟件三維視圖中，校對(duì)人員可以很直觀地發(fā)現(xiàn)模板拼接處是否有沖突的地方。如果校對(duì)人員發(fā)現(xiàn)上圖中兩塊梁板重疊的情況，就可以通過(guò)拖動(dòng)圖中梁板上的紅點(diǎn)到正確長(zhǎng)度的位置，同時(shí)，該板的尺寸標(biāo)注也會(huì)同時(shí)修改。鋁合金模板可視化模型給校對(duì)人員在校對(duì)模板拼接是否正確時(shí)帶來(lái)極大的便利，降低重復(fù)工作量，大大提高校對(duì)效率，可以將不正確的尺寸標(biāo)注導(dǎo)致的模板配模錯(cuò)誤率降到零(圖4)。

圖4　梁模板重疊碰撞

3.2.8.3模板長(zhǎng)度不夠

校對(duì)人員不用核對(duì)混凝土梁的長(zhǎng)度是否與梁側(cè)模板尺寸是否一致，直接在三維視圖中就可直觀發(fā)現(xiàn)梁側(cè)模板長(zhǎng)度不夠，直接在三維視圖中拖動(dòng)梁側(cè)模板至拼接位置就好了，省時(shí)又省力(圖5)。

2.3.2 注意紅色歌謠等體裁類別文藝作品的收集。第二次國(guó)內(nèi)革命戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)期，為適應(yīng)革命形勢(shì)的需要，曾產(chǎn)生了一種新的民歌樣式——紅色歌謠。該時(shí)期的湘西紅色歌謠發(fā)展到鼎盛，數(shù)量眾多，內(nèi)容豐富，翔實(shí)而廣泛地記錄了當(dāng)時(shí)的社會(huì)歷史變革狀況?？梢岳孟娑醮ㄇ幕囆g(shù)館等現(xiàn)有紅色文獻(xiàn)資源，重點(diǎn)收集紅色歌曲、劇目等藝術(shù)文獻(xiàn)。

圖5　梁模板長(zhǎng)度不夠

3.2.8.4漏設(shè)模板

可以在鋁模板三維模型中直觀地發(fā)現(xiàn)缺少的模板，運(yùn)用ArchiCAD的聯(lián)動(dòng)功能，直接就可以補(bǔ)上缺少的模板。

3.3　基于BIM技術(shù)的鋁模板應(yīng)用

3.3.1生成鋁模板構(gòu)件清單

在ArchiCAD構(gòu)件清單的提取是極為便捷的，能夠快速地提供給生產(chǎn)清單，清單中可以準(zhǔn)確到構(gòu)件的個(gè)數(shù)、重量、面積等物理屬性。每一種類型的模板清單分列提量，這對(duì)于生產(chǎn)安排也是極為便捷。構(gòu)件清單中的數(shù)字與模型中的模板聯(lián)動(dòng)，更改模型中的構(gòu)件尺寸，清單中的數(shù)據(jù)自動(dòng)更改。將構(gòu)件清單交給鋁模板加工商，按照清單生產(chǎn)鋁合金模板。

3.3.2基于BIM技術(shù)進(jìn)行鋁模板三維交底

利用可視化三維模型直觀、明確、形象、詳細(xì)地介紹工程項(xiàng)目鋁模板的技術(shù)特點(diǎn)和復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的做法。高質(zhì)量完成施工技術(shù)交底工作，指導(dǎo)施工現(xiàn)場(chǎng)鋁模板安裝(圖6)。

圖6　三維交底

3.3.3基于BIM技術(shù)進(jìn)行鋁模板現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)

在鋁模板試拼裝時(shí)，技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)利用手機(jī)中BIMx軟件來(lái)閱讀超級(jí)模型圖紙(包括了帶有信息的3D模型，帶有平面、立面圖紙、剖面圖等)，讓工人直觀地看到完成后的形狀及模板信息，進(jìn)行拼裝(圖7)。鋁模板三維模型降低了工人及專業(yè)工長(zhǎng)的學(xué)習(xí)難度，提高了鋁模板施工的施工質(zhì)量。

圖7　手機(jī)上的視圖

4　成果及經(jīng)濟(jì)效益分析

(1)使用BIM技術(shù)建立專業(yè)三維模型，將專業(yè)模型整合，進(jìn)行三維模型碰撞檢查，研究?jī)?yōu)化綜合布線、孔洞預(yù)留；優(yōu)化避難層、頂層與標(biāo)準(zhǔn)層、二次結(jié)構(gòu)；優(yōu)化外墻立面裝飾節(jié)點(diǎn)線條。進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，統(tǒng)一鋁模板規(guī)格型號(hào)，降低施工難度，降低鋁模板使用成本，提高鋁模板使用經(jīng)濟(jì)效益。

(2)使用該科技成果技術(shù)應(yīng)用BIM技術(shù)，進(jìn)行鋁模板三維協(xié)同設(shè)計(jì)，加快了鋁模板設(shè)計(jì)效率；通過(guò)分區(qū)提料及三維交底，提高鋁模板制作、試拼裝的質(zhì)量精度，降低了差錯(cuò)率，減少了返工。

(3)使用該科技成果技術(shù)應(yīng)用鋁模板高層建筑施工，鋁模板周轉(zhuǎn)使用次數(shù)多，平均使用成本低，施工方便，結(jié)構(gòu)幾何尺寸偏差小，減少抹灰層，降低裝飾裝修成本，提高了建筑結(jié)構(gòu)的外觀質(zhì)量。

5　結(jié)束語(yǔ)

BIM新技術(shù)在林語(yǔ)溪項(xiàng)目中的應(yīng)用和技術(shù)創(chuàng)新， 13#樓提前完成主體結(jié)構(gòu)封頂，為業(yè)主交房贏得了充足的時(shí)間，為業(yè)主創(chuàng)造效益提供了可靠的保證。

基于BIM技術(shù)的鋁模版模板設(shè)計(jì)與施工，是結(jié)合BIM與鋁模板體系優(yōu)點(diǎn)的一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)在鋁合金模板的設(shè)計(jì)、配模優(yōu)化、加工、庫(kù)存，以及在施工中的碰撞檢查、可視化交底、可視化質(zhì)檢等方面，比傳統(tǒng)的二維軟件設(shè)計(jì)，人工排查具有極大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，能更好地提升鋁模板的使用效率，降低使用成本。 在國(guó)家大力推行BIM技術(shù)、鋁模板施工技術(shù)應(yīng)用的形勢(shì)下，基于BIM技術(shù)高層建筑鋁模板設(shè)計(jì)施工技術(shù)研究及應(yīng)用，在建筑工程中具有很廣的應(yīng)用前景。