传统的二维图纸, 不仅设计人员画图繁琐, 施工现场人员识图也较困难, 而且平面二维图没有直观性和立体感, 技术交底困难。

传统的模板施工, 一般都是工人根据结构施工图和现场尺寸控制线进行现量现配, 容易导致模板尺寸误差。同时, 由于现场裁板没有统一的裁板规则, 工人随意性比较大, 模板浪费严重。由此造成现场配模对模板用量控制难的问题, 对模板安全性、经济性及施工效率也有较大影响。

建筑工程中应用BIM技术, 通过建模完成结构模板配置, 从而生成配模图、裁板图、下料表, 根据裁板图进行模板裁剪工作, 可以实现模板集中加工, 达到现场直接拼装的目的。同时, 可最大限度地利用整张模板, 提高整张模板使用率、节约材料、缩短工期、降低成本, 为文明施工、环境保护提供保障。

通过BIM建模, 还可以提前发现在施工中可能会遇到的构件碰撞、图纸标识不明等问题, 便于早期解决。同时也可以给施工人员做出形象的三维技术交底, 有利于工程质量的提高。

1) 确定建筑工程的施工分段根据建筑工程结构的形式、特点及现场条件, 合理确定模板工程施工的流水区段, 以减少模板的投入, 增加周转次数, 均衡其他工程作业量。

2) 明确模板的周转流向根据施工图及结构构件尺寸特征, 在图中标出构件的主要型号、位置, 设计合理化的模板周转流向, 以满足现场施工进度要求。

3) 设计模板的平面布置图根据总图对梁、板、墙、柱构件进行编号及配模设计, 形成模板加工图及平面布置图。

运用BIM技术配模流程为:深化CAD图→建立三维模型→设置配模参数→自动配模→安全验算→生成相关图纸→汇总下料尺寸→优化设计→模板加工清单→加工及编号→现场施工。

对CAD原图中的标注、结构线等相关内容深化处理, 以达到与BIM软件相匹配的要求。

将深化过的CAD图纸导入到建模软件中, 进行模型转化, 或直接绘制模型, 并对生成的模型进行标高和尺寸检查, 逐一核实, 确认无误。在创建模型时, 通常有通过CAD图纸转化和直接绘制模型2种方法, 应注意以下几个方面。

1) 对于较规则的图纸, 可直接进行图纸转化、生成模型。

2) 对于标注不规则、混乱等有问题的CAD图纸, 需经人工调整后, 方可进行图纸转化、生成模型。

3) 对于人工调整工作量较大的图纸, 可摒弃原图, 直接绘制模型。

在已建模型的基础上, 根据配模规则设置木胶合板配模参数, 包含选用模板的厚度、型号规格 (模板排版方向参数、主次梁相交处的配模参数、墙梁相交处的配模参数、墙柱相交处的配模参数) 等。

在设置时, 应根据现场施工习惯设定配模属性、参数表、模板体系参数、材料参数, 使软件配制、生成的配模图满足现场施工的实际需求。

在调整好配模参数的基础上进行不同构件配模, 并检查配制的模板是否正确。

在运用BIM技术配模及支撑系统布置的基础上, 要严格对其强度、刚度及稳定性进行验算, 如有不符合安全验算要求的, 应重新进行设计。

在验算时, 应根据《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》 (建质[2009]254号) 的规定, 注意对高支模情况进行识别, 如属于高支模范畴, 理应做高支模专项方案。

根据最终生成的模板模型, 生成全套模板设计图, 其中包括:配板图、分区图、组装图、节点大样图及加工图等。

在梁、板、墙、柱构件完成模板设计图后, 对各个构件尺寸进行综合性汇总, 其中小尺寸 (截面宽度<200mm) 模板可以忽略不计。

在对汇总后的模板清单进行裁板前, 需根据各种构件尺寸来综合考虑裁板方案。常规裁板是工人根据经验先凑大概用板量, 然后反复人工计算每次裁板的规格、数量及余料再加工的规格、数量, 费时费力。为此, 自主开发了模板裁板及计算软件, 直接将模板清单导入到木胶合板裁板优化软件中, 根据由小到大、尺寸就近原则, 软件能自动对数据进行综合裁板优化, 以避免材料浪费, 最大限度地提高模板使用率, 并且使原来需要几小时完成的计算统计工作, 现在几分钟就可以完成, 工作效率大大提高。

软件采用Windows操作系统, .net4.6运行环境, Access数据搜索引擎, Excel或WPS数据表格处理软件。将梁、板、墙、柱构件模板的宽度, 进行宽度尺寸累计汇总, 形成宽度的总长度数据, 将数据按照模板填写到模板汇总表, 导入数据到优化软件中。导入之后, 首先分析裁标准整板情况, 计算出每种模板宽度裁剪所需标准整板数量, 计算裁完后剩余板的规格及数量, 然后在分析裁板情况的基础上, 依次选择模板进行优化, 利用剩余模板再次裁板, 直到所有剩余模板全部利用, 然后统计出所需模板标准整板总量, 及剩余板再次切割的情况, 为工人加工模板提供参考依据。

在模板清单最大限度的优化之后, 导出最终的模板加工清单, 并就该清单向相关操作人员进行解释说明和交底。

由相关操作人员根据模板加工图、模板下料清单, 进行模板的加工及编号。

模板加工、编号、分区打包之后, 对模板进行吊装, 再由专业技术人员根据配板图指导操作人员进行组装施工。

审阅CAD原图, 解决图纸中存在的标注及尺寸线问题。按照模板设计规则, 分别确定梁、板、墙、柱构件的配模规则, 将CAD原图向BIM模型及配模图转化, 其配模设计要点如下。

1) 梁侧有板梁侧模板高度=梁高-顶板混凝土厚度-降板高度。

2) 梁侧无板梁侧模板高度=图纸理论高度+模板厚度。

3) 梁底模板宽度=图纸理论尺寸。

4) 连梁长度=图纸理论尺寸-模板厚度×2。

5) 主次梁相交处主梁长度=理论长度;主次梁相交处次梁长度=理论长度-模板厚度×2。

6) 外挑梁相交处一个方向梁一端增加1个模板厚度, 另一方向梁为理论尺寸。

7) 梁侧模板和梁底模板均不得出现短方向拼板。

8) 根据上述配模规则分别配制梁侧、梁底模板, 逐步形成梁构件BIM配模图。

1) 墙与墙相交的位置一般是模板短边延伸包长边。

2) 墙模板上开梁洞口, 梁模板洞口宽度=梁宽度+模板厚度×2。

3) 墙模板上开梁洞口, 梁模板洞口高度=梁高-顶板混凝土厚度。

4) 内墙模板高度=层高-顶板混凝土厚度-降板高度-模板厚度-20mm (误差调节) 。

5) 外墙外侧模板高度=层高+200mm (上探值100mm, 下探值100mm) 。

6) 结构墙体一般都是含有标准层和非标准层2部分, 所以在配置非标准层模板时要充分考虑标准层的模板排版。例如, 某建筑工程 (标准整板尺寸1 830mm×915mm×15mm, 该工程1层层高4.65m, 2层层高2.9m) 1, 2层墙体模板排布如图1所示。

根据墙模板高度=层高-板厚-模板厚度-误差调节, 计算出1层墙模板高度为4 515mm, 2层墙模板高度为2 765mm。因此, 配模方案为:4 515mm=915mm×4块整板+855mm;2 765mm=915mm×3块整板+20mm, 即墙模板从1层往2层上翻的时候只要上翻上面3块模板, 同时再添加20mm, 由于20mm高的模板在上翻拆除时容易破损, 所以将915mm×3块整板的最上面1块模板裁剪180mm, 然后直接补贴1个200mm宽的模板。在墙体模板排螺栓孔洞的时候优先排上面3块模板的孔洞, 下面模板的孔洞根据上面的模数进行排设。墙体模板的编号上、下层需分开, 便于标准层的识别与使用。

1) 模板实际尺寸为图纸中的理论尺寸。

2) 水井、电井等孔洞禁止在模板上面开洞, 应统一制作外径和空洞大小相同的木模板四方工具盒。

1) 针对同一节点, 不同的施工人员有不同的施工方法, 特别是墙与梁、梁与梁相交处的配模, 有墙模板延伸、梁模板延伸不同的选择方案, 如图2所示的细部节点配模处理方法对比, 从理论来说, 每组的左右图表达的2种方案都可以。但为防止工程结构质量缺陷问题, 达到施工细部做法的统一和标准化, 考虑到裁剪模板的操作快捷简便, 缩短裁板时间, 应确定不同细部节点优先选择的配模方法。

2) 连梁结构形式的连接节点配模方法选择优先选择梁侧模板与剪力墙相交处各缩短一个板厚及梁底板延伸一个板厚的方案, 主要考虑墙侧板便于加工, 梁底板延伸搭在墙封头板上主要考虑模板稳定性及混凝土浇捣时不易漏浆, 如图2a 2组对比图的左图所示。

3) 墙梁丁、L字结构连接点配模方法选择优先梁侧模板延伸到剪力墙模板内侧的方案, 主要考虑混凝土浇捣时不易胀模及漏浆, 如图2b对比图的左图所示。

4) 十字梁相交的结构连接点配模方法选择优先选择截面尺寸较大的梁优先延伸的施工方案, 主要考虑梁侧模板便于加工, 如果梁高较小的梁侧模延伸, 较大的梁侧模就会有台阶, 不易加工及精度控制, 如图2c对比图的左图所示。

5) 丁字梁结构形式连接点配模方法选择优先选择梁截面高度较小的梁伸到截面尺寸较大的梁模板内侧的方案, 主要考虑混凝土浇捣时不易胀模及漏浆, 如同墙梁垂直相交节点处理方法, 如图2d对比图的左图所示。

1) 在裁板优化阶段, 为简化重复操作、减少工作量, 可根据裁板优化规则, 制作出裁板优化工具软件。

2) 模板的裁板数据优化, 主要包括以下4个步骤: (1) 统计模板原始数据根据各个构件的裁板图形成梁、板、墙、柱构件模板的原始数据; (2) 数据汇总将梁、板、墙、柱的原始数据进行综合汇总; (3) 模板裁板综合优化将各个构件汇总的清单导入到模板裁板优化软件, 按照裁板优化规则进行模板计算, 计算方法主要根据裁板分析情况, 宽度较小规格模板考虑用宽度较大模板裁板后剩余模板余料进行加工, 反复优化小规格模板, 直到模板余料用尽为止; (4) 下料清单在综合数据充分优化的基础上导出最终清单, 即模板的下料清单。

3) 运用裁板优化工具软件, 先根据模板的宽度、长度, 确定所需模板的张数及剩余宽度, 选择最优的二次加工宽度进行二次加工;再根据二次加工剩余模板的宽度、数量, 按之前同样加工的方法, 对二次剩余的模板进行改制。根据二次优化结果, 最终确定需要的整张模板数量。通过该方法进行模板裁板优化, 直到模板加工余料小于最小模板宽度尺寸, 提高模板的利用率, 从而达到节约模板的目的。

为满足现场的施工安排需求, 避免现场材料混乱, 在配模完成后, 需对各模板构件进行统一编号。编号规则是梁、板、墙、柱构件按照先从左到右、由上到下或由下到上的顺序, 同一构件按照从下到上、从左到右的顺序进行模板编号。

某建筑工程总建筑面积149 995.16m², 共10栋单体, 其中8, 9号楼建筑面积均为15 914.99m², 地下2层, 层高分别为3.8, 3.6m;地上31层, 首层层高4.65m, 标准层层高2.9m。

选取9号楼为研究应用对象, 主要借助广联达BIM软件进行建模、配模方案的编制。配模后, 根据模板清单计算出模板量, 指导模板施工中编号、裁板等全过程管理, 同时与采用传统施工方法配模的8号楼比较, 形成8, 9号楼实际模板数据对比, 如表1所示, 最终能节约7.3%的模板量。

实际应用表明, 运用BIM技术配模、生成的配板图集中加工模板的方法, 能充分利用模板加工余料, 最大限度利用模板, 预防了工人现场随意切割, 达到了节约模板的目的。

BIM技术配模已在建筑工程实际施工中得到了成功应用, 其配模技术先进, 科技含量高, 大大缩短了施工工期, 提高了工程质量, 节约了成本。