模板脚手架在混凝土主体施工中占重要地位,是混凝土结构施工最基本的施工工序,直接影响工程结构质量,是质量安全事故重灾区。目前,大部分项目中,模架工程仍采用传统的施工工艺,生产效率低、质量安全问题频发、进度及成本管控困难,严重依赖劳务分包或工人,难以进行精细化管理,缺乏现代化管理手段。同时,随着建筑业形势愈发严峻,企业生存及竞争越来越激烈,国家对工程质量施工安全愈发重视,一线民工尤其是木工年龄出现断层,如何运用现代化手段实现精益建造,将成为模架工程转型升级的关键。

　　 项目策划阶段,大部分施工单位对模架部分的策划过于简单或仅依靠经验习惯。工程技术、商务及管理人员不够了解各种模架体系,难以进行分析和评价。

　　 虽然模架工程在施工成本、进度、质量和安全等方面占据重要地位,但并没有详细的深化设计,施工方案过于粗糙,很多单位以包代管,导致后期难以管控质量、安全、成本、进度等。

　　 技术人员或工人依靠自身经验进行设计、采购或租赁,根据经验进行加工、搭设;管理人员对工程众多节点缺少过程控制,未能进行精细化管理。

　　 现场材料管理混乱、计划不合理、加工不当、浪费严重、常常随意堆放、周转利用不足、难以进行有效的成本管控。

　　 综上,很多问题来源于设计不足。模架工程作为临时支撑结构,需工程师现场进行深化设计,然而设计工作繁琐、复杂,需要合理的安全计算、反复调整,绘制大量的二维图,而目前很多常规模架方案只是关键点控制,难以指导具体施工及管控。

　　 BIM技术以虚拟化、可视化的形式,通过统一的数据模型,为各施工参与方提供信息准确统一的协同工作平台,对模板脚手架设计、施工、管理提供完全数字化、精细化的信息展示。BIM模架软件业务路径如图1所示。

　　 通过CAD识别技术辅助处理,将设计端传输的CAD二维设计图转化为三维结构模型,或直接导入设计端文件(如广联达算量软件或Revit),形成模板脚手架业务所需的结构模型。结构模型建立后,系统可统计结构构件规格尺寸及数量,自动识别标识危大及超危大的结构部位,整体、局部和详细信息都可用三维视图直观地显示和查看。

　　 建立三维结构模型后,从材料库中选择需要使用的模架材料类型和规格,针对结构设置对应的模架布置做法参数,由软件按参数设定规则自动生成三维可视化的架体模型。

　　 架体模型结合现行模架规范要求,根据结构模型尺寸、荷载设置、模架支撑材料及布置情况,即可进行脚手架安全计算;同时直接统计三维模架构配件材料,进而进行安全及经济性评价;根据计算及三维虚拟仿真,也可评价工程质量要求和施工便利性,确定细致合理的设计方案。

　　 调整模架设计及方案时,用户只需调整参数、重新排布,二维图和材料统计可按新架体排布模型重新生成,不需专门的人工编辑。系统生成的模架二维设计图及选定的三维节点可用于施工交底,指导现场施工;同时系统可直接得到精确的材料用量,输出材料统计表,方便成本管控及材料编制计划。

　　 海淀区西钓鱼台嘉园危改住宅小区(三期)工程(见图2)处于北京城市总体规划中的中央政治核心地区,总造价6.2亿元,建筑面积57 470m²,地下3层,地上25层,计划于2019年竣工。

　　 工程质量及安全文明施工要求高、工期非常紧张、结构复杂、地下室存在大量危大及超危大部位、外架防护及外观要求高,项目期望利用模架软件编制模板支撑架及外脚手架的设计方案,指导现场施工。

　　 工程设计图纸变更频繁,前期算量和Revit模型比较粗糙,与实际图纸不一致,需按最新图纸修改或重新建模;项目中技术人员少,且均缺少三维软件建模经验;同时工期紧张,不允许在软件学习及建模中花费太多时间;另外工程超危大构件多(见图3)、方案要求高,公司要求顺利通过审核及专家论证。

　　 应用对策如下:初次使用BIM模架软件时,结构整体建模相对麻烦,手工创建单构件或几个构件非常简单,故只创建超危大单构件模型,利用模架软件参数化布置模板脚手架,生成三维模架体系,简单高效。调整修改模架布置参数,并进行安全验算,确定超危大构件的模架设计方案;然后利用BIM软件一键输出设计二维图及计算书,完成高大模板方案的编制,大大提高工作效率。软件直接生成的剖面如图4所示。

　　 工程转换层为结构封闭区域,存在数十个狭小封闭空间,后续施工搭设架体后,难以拆除封闭区域脚手架及转运出架体,施工困难。故决定保留封闭区域模板脚手架,后期不再拆除,但难以跟甲方确定双方认可的模架材料用量。转换层整体结构如图5所示。

　　 应用对策如下:利用BIM模架软件导入广联达算量模型,结合最新图纸进行转换层局部构件参数化调整,形成准确的转换层结构模型,进而对转换层进行参数化布置,确定最终设计方案;利用软件中的三维模架材料统计功能,精确统计封闭区域模架材料用量,与甲方沟通确认后,最终认可方案及模架材料用量。

　　 项目外立面复杂多变、安全文明施工要求高,需进行精细化的外架设计,以指导现场搭设施工,满足安全及文明施工要求。项目外架设计如图6所示。

　　 应用对策如下:导入工程算量模型,利用BIM模架软件设计三维外架,提前发现各部位可能存在的布置问题并进行处理。利用软件三维可视化特点,与项目其他管理人员及工人召开专项方案讨论会,对设计方案的反馈意见进行快速的参数化调整,最终达成共识。然后对三维设计的各部位生成详细的二维图、材料表及计算书,编制合理的施工方案及设计图,指导现场施工。

　　 高支模方案编制时间由原计划15d,缩短至约3d,并最终顺利通过专家论证,确保现场安全施工;另外,利用软件进行三维外架设计,组织工人进行讨论,确定并输出落地架和悬挑架全套平、立、剖施工图纸和计算书,编制外架方案,指导现场施工,大大提高技术人员工作效率。同时,广联达BIM模架软件结合具体应用经验,丰富软件单构件模架设计应用场景的交互及引导,同时积累和完善外架设计中各特殊部位的架体设计及调整操作。

　　 BIM软件参数化特点与模架设计具有天然的结合点,可利用此特点进行快速三维设计,通过BIM模架软件内置的构配件族和布置算法参数化表达,实现模架的快速设计及调整,呈现三维设计方案,进而精确统计材料、输出详细设计图纸、安全验算,解决现场模架深化设计及管控难题。