近幾年BIM技術(shù)為整個(gè)建筑行業(yè)帶來了不可估量的影響，已經(jīng)應(yīng)用于工程建設(shè)的各個(gè)領(lǐng)域.將BIM技術(shù)引入模板工程，可擺脫傳統(tǒng)二維圖紙編制、交底困難的情況.將模板工程的前期設(shè)計(jì)、安全驗(yàn)算、施工管理放在同一平臺(tái)上，將提高設(shè)計(jì)和施工效率，直觀、快捷地對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)交底，解決了模板工程設(shè)計(jì)和施工過程存在的問題，提高了施工的安全性及經(jīng)濟(jì)性。因此，BIM技術(shù)為模板工程的設(shè)計(jì)與施工提供了一種有效途徑。

1、模板工程設(shè)計(jì)施工中常出現(xiàn)的問題

1.1 傳統(tǒng)二維圖紙交底困難

模板施工圖通常為單個(gè)構(gòu)件的大樣圖，且通常依靠AutoCAD建立二維平面、立面圖，無法體現(xiàn)各構(gòu)件之間的相互位置關(guān)系。這樣的模板施工圖指導(dǎo)意義較差，對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)交底時(shí)，人為隨意性增大，導(dǎo)致模板工程安全性大大降低.圖1為二維大樣圖和三維設(shè)計(jì)圖對(duì)比。

圖1 二維大樣圖與三維設(shè)計(jì)圖對(duì)比

1.2 現(xiàn)場(chǎng)配模、控料難

普通混凝土工程，在每層施工前，模板工都要根據(jù)圖紙進(jìn)行集中下料.對(duì)于高層住宅，標(biāo)準(zhǔn)層配模完畢，上部其他標(biāo)準(zhǔn)層無需再進(jìn)行配模，只需將下層模板運(yùn)到施工層即可。但隨著建筑物復(fù)雜程度越來越高，建筑物層高、構(gòu)件尺寸等都會(huì)發(fā)生變化，施工層需重新配模，不僅增加施工工期，也會(huì)造成模板浪費(fèi)。

2、基于BIM技術(shù)的模板工程設(shè)計(jì)與施工的優(yōu)勢(shì)

2.1 三維可視化

三維可視化是BIM技術(shù)最重要的特點(diǎn)之一，即“所見所得”的形式，將以往線條式的二維圖形轉(zhuǎn)化為三維的立體實(shí)物，對(duì)建筑業(yè)的發(fā)展有著非常深遠(yuǎn)的意義。

運(yùn)用BIM技術(shù)，對(duì)模板工程進(jìn)行三維可視化設(shè)計(jì)，擺脫了以往施工人員單純依靠AutoCAD對(duì)構(gòu)件進(jìn)行二維設(shè)計(jì)的局面，高效、準(zhǔn)確地對(duì)構(gòu)件進(jìn)行三維設(shè)計(jì)，并且通過輸出三維設(shè)計(jì)圖，更形象更直觀地對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)交底，有利于提高施工效率和準(zhǔn)確性，提高了模板工程的安全性。

2.2 施工模擬

模板工程是一個(gè)多工序、多協(xié)調(diào)、復(fù)雜程度極高的分項(xiàng)工程，貫穿整個(gè)結(jié)構(gòu)工程施工的全過程.利用BIM技術(shù)，對(duì)模板工程施工全過程進(jìn)行模擬，通過模擬分析，得出各專業(yè)之間邏輯關(guān)系，從而確定合理的施工方案來指導(dǎo)施工。

2.3 構(gòu)件屬性

運(yùn)用BIM技術(shù)進(jìn)行模板工程三維設(shè)計(jì)時(shí)，可以對(duì)構(gòu)件的屬性進(jìn)行定義，如鋼管直徑、壁厚、模板的彈性模量等.通過屬性定義，可以為構(gòu)件的安全驗(yàn)算作數(shù)據(jù)支撐，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行安全驗(yàn)算、輸出計(jì)算書等。

2.4 材料用量統(tǒng)計(jì)

模板支撐體系三維設(shè)計(jì)完畢，可以統(tǒng)計(jì)整個(gè)模型中各材料的用量，如模板面積、鋼管長(zhǎng)度、木方體積、扣件個(gè)數(shù)等.材料用量的統(tǒng)計(jì)，有利于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)材料和資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)模板工程的精細(xì)化管理。

2.5 模板配模

模板工程施工時(shí)，木工需通過現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)二維圖紙構(gòu)件尺寸，對(duì)模板進(jìn)行集中下料，這樣不僅降低了施工效率，還會(huì)造成模板的浪費(fèi).通過建立好的BIM模型，輸入現(xiàn)場(chǎng)使用的模板尺寸，對(duì)模板進(jìn)行自動(dòng)化配模，有利于提高施工效率，避免了模板的浪費(fèi)。

3、BIM技術(shù)在模板工程施工中的應(yīng)用實(shí)例

3.1 工程概況

本工程位于山東省青島市嶗山區(qū)香港東路與海爾路交叉路口，為CBD超高層辦公區(qū)A1塔樓.A1塔樓為39層寫字樓，結(jié)構(gòu)高度169.55 m，層高為4～6 m，總用地面積20 000 m2，總建筑面積為130 889 m2，設(shè)計(jì)使用年限為50年。

塔樓主體結(jié)構(gòu)類型為框架核心筒結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)尺寸較大，高大模板較多.部分柱截面尺寸為1400 mm×2600 mm、2400 mm×2600 mm、1400 mm×1600 mm等，剪力墻墻寬為300、400、500、600 mm等，板厚為120、140、200、300、400 mm等，裙樓、主樓主梁截面尺寸為800 mm×1200 mm、600 mm×2400 mm、1300 mm×1800mm、1200 mm×2400 mm等。

圖2 主體結(jié)構(gòu)模型

3.2 主體結(jié)構(gòu)建模

本工程采用品茗模板設(shè)計(jì)軟件對(duì)模板工程進(jìn)行三維設(shè)計(jì).由于模板工程是使混凝土成型的一類結(jié)構(gòu)，在進(jìn)行主體結(jié)構(gòu)建模時(shí)，可不用對(duì)鋼筋進(jìn)行建模。

主體結(jié)構(gòu)建?？赏ㄟ^2種方式進(jìn)行，一是將CAD圖紙導(dǎo)入軟件中，利用軟件的轉(zhuǎn)化CAD圖層功能進(jìn)行建模;二是將CAD導(dǎo)入后，以其為背景進(jìn)行手動(dòng)建模.這2種方式各有利弊，前者在轉(zhuǎn)化過程中會(huì)出現(xiàn)轉(zhuǎn)化錯(cuò)誤，錯(cuò)誤部分需手動(dòng)調(diào)整;后者建模錯(cuò)誤較少，但建模效率較低.本工程采用方式一對(duì)主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行建模，錯(cuò)誤部分通過手動(dòng)調(diào)整.主體模型如圖2所示。

3.3 工程基本參數(shù)設(shè)置

建模后，對(duì)工程的基本信息進(jìn)行輸入，包括工程信息、工程特征、設(shè)計(jì)計(jì)算規(guī)范、施工方案及材料選擇等，這些工程基本參數(shù)，為之后模板支撐的安全驗(yàn)算作數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

本工程采用厚度為15 mm的木膠合板模板，整張模板尺寸為915 mm×1830 mm，次龍骨采用50 mm×80 mm的方木，立桿、橫桿及主龍骨均采用φ48 mm×3.5 mm的Q235鋼管，鋼管材質(zhì)應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 13793—2008，加固構(gòu)件用直徑為14 mm，軸向拉力設(shè)計(jì)值為17.8 kN的對(duì)拉螺栓，立桿頂部可調(diào)托座承載力容許值為40 kN，托座內(nèi)主梁為2根(圖3、圖4)。

圖3 工程特征設(shè)置

圖4 各構(gòu)件安全參數(shù)設(shè)置

圖5 KZ2模板三維圖

3.4 模板支撐三維設(shè)計(jì)

由于模板支撐工程體量大、細(xì)節(jié)較多，且為臨時(shí)性結(jié)構(gòu)，所以選用A1區(qū)塔樓1層進(jìn)行模板工程的三維設(shè)計(jì)，三維設(shè)計(jì)的順序按照先布置豎向構(gòu)件模板，再進(jìn)行高大模板辨識(shí)，對(duì)高大模板支撐進(jìn)行設(shè)計(jì)，最后再對(duì)普通梁板進(jìn)行設(shè)計(jì)。

豎向構(gòu)件以KZ2(1400 mm×1600 mm)和Q104(500 mm)為例，三維圖如圖5、圖6所示。

水平構(gòu)件分為高大模板構(gòu)件和普通梁板構(gòu)件，對(duì)高大模板構(gòu)件，通過高大模板辨識(shí)規(guī)則，找到模型中高大模板的位置，對(duì)其進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，并導(dǎo)出高大模板識(shí)別表，用于施工方案的編制，如圖7所示。

高大模板以KL-H(800 mm×1200 mm)為例，梁底增加2根承重桿，普通梁板結(jié)構(gòu)如圖9所示。

圖6 Q104模板三維圖

圖7 高大模板辨識(shí)

圖8 板模板支撐

圖9 構(gòu)件通過安全驗(yàn)算

3.5 模板安全驗(yàn)算

本層模板支撐體系三維設(shè)計(jì)完畢之后，為保證三維設(shè)計(jì)的安全性，要對(duì)設(shè)計(jì)完畢的構(gòu)件進(jìn)行安全驗(yàn)算，模型所用材料及構(gòu)造參數(shù)已經(jīng)在設(shè)計(jì)過程中輸入。若安全驗(yàn)算通過，則構(gòu)件將變成綠顏色，若沒有通過，則會(huì)變成紅色，然后再進(jìn)行相應(yīng)參數(shù)的修改(圖9)。

3.6 材料用量統(tǒng)計(jì)

三維設(shè)計(jì)完畢的模型，應(yīng)進(jìn)行材料的用量統(tǒng)計(jì)，如模板面積、鋼管長(zhǎng)度、木方體積、扣件個(gè)數(shù)等.材料用量的統(tǒng)計(jì)，有利于現(xiàn)場(chǎng)對(duì)材料和資源進(jìn)行統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)模板工程的精細(xì)化管理.統(tǒng)計(jì)結(jié)果如圖10所示。

圖10 材料用量統(tǒng)計(jì)

3.7 模板配模

本工程整張模板尺寸為1830 mm×915 mm，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)配模規(guī)則，梁板模板施工時(shí)，施工做法為板模板壓梁側(cè)模，梁側(cè)模包梁底模，主梁模板包次梁模板。板的模板盡量靠邊整拼，不進(jìn)行切割.墻柱模板應(yīng)伸至板模板底部，板模板壓墻柱模.由于墻體模板較長(zhǎng)，為減少切割，通常采用橫向配置模板，如圖12—15所示。

在圖12—15中，深色代表整塊模板，不需要切割，淺色代表已經(jīng)切割的模板.模板尺寸標(biāo)在其中，方便工人進(jìn)行技術(shù)交底和集中配模。

圖11 板配模

圖12 板模板壓梁側(cè)模

圖13 墻配模

圖14 框柱配模

利用BIM技術(shù)對(duì)模板進(jìn)行配模下料，施工前對(duì)模板進(jìn)行編號(hào)，使得構(gòu)件與模板配套使用，再根據(jù)配模圖提前對(duì)工人進(jìn)行技術(shù)交底，這樣不僅提高了配模效率，還減少模板浪費(fèi)，有利于改善現(xiàn)場(chǎng)配模難、控料難的問題。