BIM技術在高層建筑模板工程中的應用

皮 京 可

(山西銘潤建設工程股份有限公司，山西 晉城 048000)

1 概述

建筑規(guī)模在擴大的同時，也增加了工程建設的難度。模板工程是整個建筑工程的重要環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)模板工程需要施工人員根據(jù)經(jīng)驗從二維圖紙上對模板的搭設和用料進行分析，經(jīng)常會出現(xiàn)誤差，導致模板存在嚴重安全隱患，引發(fā)嚴重事故。BIM技術在模板工程中的應用，能夠運用三維技術讓施工人員準確的掌握施工要點，且可以模擬模板施工過程，解決了局部難點部位的施工問題，提高了模板工程的安全性和工作效率。因此，研究分析BIM技術在高層建筑模板工程中的應用具有重要的現(xiàn)實意義。

2 傳統(tǒng)模板工程問題與BIM技術優(yōu)勢

2.1 傳統(tǒng)模板工程存在的問題

1)技術交底困難：傳統(tǒng)的建筑工程大多采用圖紙進行技術交底，模板工程的施工圖在設計時，主要為某個建筑構件的大樣圖。施工工人在閱讀圖紙過程中，需要根據(jù)圖紙的平面圖和立面圖，分析判斷不同模板構件應當位于的具體位置，并完成施工作業(yè)。一方面施工工人本身的技術工藝參差不齊，對圖紙的理解也存在偏差，在模板施工過程中可能對圖紙理解錯誤導致模板工程施工存在問題，進而引發(fā)安全事故。另外一方面高層建筑工程建筑規(guī)模大，結構相對復雜，部分難點區(qū)域的模板工程施工很難通過圖紙來具體展現(xiàn)，細部位置的模板工程對于施工人員而言可能存在多種施工方案，且不同施工方案所達到的效果可能存在偏差，單純依靠經(jīng)驗來進行判斷浪費工程的建設效率和成本(見圖1)。

2)現(xiàn)場配模效率低：高層建筑每層施工之前，相關施工人員需要結合圖紙對每層結構下料。高層建筑每層的結構可能存在變化，這要求施工人員需要結合圖紙對每一層的模板工程用料進行估算，這不僅影響了其他工程施工進度，而且容易出現(xiàn)用料估算錯誤，導致成本虛增。

2.2 BIM技術在模板工程中應用的優(yōu)勢

1)可視化：BIM技術最顯著的特點就是可以將建筑工程傳統(tǒng)的圖紙轉換為三維立體圖。在模板工程施工之前，通過可視化的設計，施工人員可以精準的掌握模板施工的要點、難點，解決了技術交底過程中存在的理解偏差，確保了施工的效率和安全。

2)施工模擬：模板工程在施工階段，工序多且與其他工程存在交叉作業(yè)情況。運用BIM技術的施工模擬工程，可以對整個模板工程進行模擬分析，幫助施工管理者找出較差作業(yè)過程中的管理重點，進而優(yōu)化施工作業(yè)方案，提高管理效率。

3)模板配模及統(tǒng)計：BIM軟件中可以實現(xiàn)對不同模板構件屬性的定義，不僅可以用作構件安全性驗算，而且還能根據(jù)現(xiàn)場圖紙，自定義進行配模并計算不同模板工序中所需要的各種材料的具體數(shù)量，解決了每層施工都需要重新計算用料的問題，提高了模板工程的管理效率，避免了材料的浪費。

3 實例分析BIM技術在模板工程中的應用

某高層商業(yè)寫字樓建筑工程，建筑總面積為12.16萬m2，建筑高度為173.65 m，其中地上部分45層，地下3層。整個工程采用鋼管柱鋼梁—鋼筋混凝土核心筒結構。由于本工程建筑高度高，采用傳統(tǒng)模板工程施工不僅安全風險大，而且極易出現(xiàn)隨意切割模板、搭接施工等情況，造成材料的嚴重浪費。因此，在模板工程中引入了BIM技術，具體施工應用如下。

3.1 準備工作

在模板工程施工之前，首先運用BIM Revit軟件對本工程的主體結構進行三維模型搭建，將施工圖紙導入到軟件當中，建立本商業(yè)寫字樓工程的三維結構圖，包括樓層、柱、梁、窗口等結構。導入圖之后對于部分建模錯誤之處通過手動方式進行修正。

3.2 高支模辨識

運用BIM 5D平臺的“專項方案查詢”對本工程的混凝土模板支撐工程中存在危險的難點模板區(qū)域進行查找(見圖2)，這樣可以快速的定位本工程中的模板施工難點，尤其是異形平面區(qū)域、斜板工程區(qū)域以及預留門窗洞口區(qū)域的結構及模板設計。通過本工程的現(xiàn)場查找，共計發(fā)現(xiàn)4處存在施工難點的模板施工區(qū)域。

3.3 模板支架設計與布置

運用BIM軟件可以對本工程的樓層抗彎、撓度等參數(shù)進行計算，并根據(jù)工程圖紙設計要求，生成對應的施工圖紙。本工程主要通過在BIM軟件中輸入模板立桿、橫桿間距等重要參數(shù)，利用其自動化驗算功能生成符合施工要求的模板支架設計方案。以本工程的1層部分施工區(qū)域為例，該區(qū)域的層板厚度約為120 mm，最大截面積500 mm×1 500 mm。因此梁支模的高度為10.9 m，板支模的高度為12.28 m。在BIM軟件中輸入立桿、橫桿間距。最終生成的模板三維排布圖如圖3所示。

根據(jù)本區(qū)域的模板三維設計，快速的對關鍵施工部位進行施工模擬驗算，并生成對應的剖面圖，便于后期模板工程施工掌握模板用料，如圖4所示。

3.4 計算書生成及材料用量計算

在完成對主要結構部位的模板三維設計之后，利用BIM軟件可以生成結構對應的計算書。然后對模板設計進行安全驗算，如果安全驗算通過，整個模板對應的構件將變成綠色，而驗算未通過的區(qū)域將顯示為紅色，需要手動對相關的參數(shù)進行調整，直到其符合施工要求為止。

最后對安全驗算通過的模板設計進行材料用料的統(tǒng)計和計算。運用BIM技術可以按照本工程不同樓層、施工區(qū)域等，對所需要的模板施工材料用量進行統(tǒng)計，并生成對應的用料統(tǒng)計表。施工管理者可以將用料下載成表格，并對比分析估算材料，若發(fā)現(xiàn)軟件生成的材料與實際用量誤差在3%以內，通過對此對比可以將軟件自動生成的用料作為采購計劃(見圖5)。

3.5 模板配模

最后結合本工程的配模原則，即板模板壓梁側模，梁側模包梁底模，主梁模板包次梁模。在進行模板配模時盡量靠邊進行拼接，減少對模板的切割，同時由于工程的墻體板模長，因此采用橫向配模的方式設計。最后運用BIM技術進行配模下料，并標注模板編號，與對應的構件配套使用。

3.6 效益分析

1)人力效益：運用BIM技術進行本工程的模板設計，模板的受力計算、模板設計以及用料統(tǒng)計均通過軟件來完成，減少了人為設計和計算所存在的誤差，并將人力從繁瑣的計算中解放，提高了人力資源效率。

2)經(jīng)濟效益：根據(jù)BIM技術對模板工程的用料進行自動計算和統(tǒng)計后，模板的利用效率大幅度提高，且儲備用料減少，提高了物料的周轉率，減少了庫存積壓，降低了整個工程的施工成本，具有較高的經(jīng)濟效益。如表1所示為部分施工區(qū)域的物料計算量與實際采購量分析情況。

表1 物料計算量與實際使用量分析

4 結語

BIM技術具有的三維可視化、施工模擬、模板配模等透視，有效的解決了傳統(tǒng)模板技術交底差、管理混亂、成本浪費嚴重等問題。相關工作者應重視BIM技術的研究，探討模板構件的可替代性設計，減少建模的數(shù)量，從而推動BIM技術在更多的建筑工程中應用，改善建筑工程的建設效率。