基于BIM技術的鋁模板設計與施工

臧偉強

(上海建工一建集團有限公司, 上海 200000)

高層住宅施工中，鋁模板體系在提升工效、確保質量、綠色環保等方面均具有明顯優勢。鋁模板設計研發及施工應用，是建筑行業一次大的發展，是建設部推廣應用的節能、環保工藝，越來越受到眾多房產開發商和建筑承包商的重視。由于是新技術，目前鋁模板在設計施工方面存在著設計周期長、配模不合理、現場管理差、周轉損耗大、工人技術參差不齊等情況。而BIM技術具有可視化、直觀性、可模擬施工等特點，將BIM技術應用于鋁模板體系的設計、配模、施工中，通過相關軟件及網絡平臺進行數據連通，將BIM技術與鋁模板的設計、模擬、施工相結合，能提高設計效率，優化模板配置；通過模擬施工能進一步提高模板施工管理水平；通過可視化交底，能規范和提高操作工人的技術水平。基于BIM技術的鋁模版模板設計與施工，是結合BIM與鋁模板體系優點的一項新技術，對于推廣應用鋁模板具有積極的意義。

1　工程概況

保利林語溪項目位于四川省成都市成華區龍潭街道，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號樓為28～32層剪力墻結構高層住宅，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技術應用于鋁模板的設計、配模、管理和實施等過程中，取得了良好的效果。

2　技術原理與技術特點

首先運用BIM技術建立結構、裝飾裝修、水電管線的三維模型，并且根據設計圖紙要求，結合結構圖、建筑圖和節點詳圖及施工規范對鋁模板施工的建筑主體結構、外墻裝飾節點設計優化，對水電管道、管線、預留孔洞進行碰撞檢查，并作進一步設計優化，以便于鋁模板的規格型號統一，減少鋁模板的特異型號，利于鋁模板施工。在后期施工中結合BIM技術 ，鋁模板與施工現場能更好地相匹配，管理更高效便捷，施工質量和施工進度都得到充分的保證和顯著提高。基于BIM技術的鋁模板設計與施工，具有以下技術特點

(1)協同作用，專業內多成員間、多專業、多系統間的三維協同設計，避免不必要的圖紙錯誤，提高設計質量和效率。

(2)可視化，建筑描述通俗化、三維直觀化，對鋁模板新接觸施工技術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，將建造過程與結果，在數字虛擬世界中預先實現，可以最大限度減少未來真實結構中的錯誤。

3　基于BIM技術高層建筑鋁模板設計與應用

3.1　三維設計軟件

通過比較CAD軟件設計鋁模板的特點、神機妙算軟件設計鋁模板的特點、ArchiCAD軟件設計鋁模板的特點，結合實際分析對比的情況，選用ArchiCAD設計軟件。

3.2　鋁模板設計

3.2.1建立鋁模板構件數據庫

在ArchiCAD設計軟件中，建立鋁模板構件基礎數據庫，該數據庫是具有參數的構件的集合，不再是CAD圖紙中的線框和文字的組合。參數化構件減少了設計人員配模時模板框和構件信息不匹配的擔心，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，設計人員不會將檢查的重點放在構件的大、小規格上，更多地檢查孔位匹配情況，構件標準率的多少等問題上。

3.2.2建結構模型

建立結構BIM模型，特別是將深化后的門垛、線條、下掛、樓梯和結構主體在軟件中建出模型。標注板厚、梁截面、下掛截面及長度，軟件中的標注文字會與構件截面的修改聯動，構件截面信息在平面視圖中一目了然，同時避免頻繁修改模型中不必要的錯誤修改。

3.2.3樓面鋁模板設計

在結構模型上進行樓面板配模。首先在標準房間確定樓面轉角的下口標高，將所有標準房間的轉角下口標高統一，以便于在配墻模板時統一使用一種標準的板型。調取轉角對象，并設定它適應的長、寬、高，具體標高位置等一系列參數，最終將對象通過復制、粘貼等手段在平面圖中放置正確。然后進行平板鋪設。在平面圖模式下，設定模板長、寬、高，具體標高位置等一系列參數，最終將對象通過復制、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雜關系，可以在模型中切換3D模式來思考配模，大大節約配模時間和錯誤率。

3.2.4梁鋁模板設計

樓面板配模結束后，就已經確認了梁底和梁側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模式下確認標高，就可以準確無誤地配置模板。配模方式和配樓面板是一樣的，調取構件,并設置參數。

3.2.5墻鋁模板設計

梁板配模結束后，就已經確定梁底和梁側和墻面交接位置，標準墻模板的高度。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準模板，并做到墻兩邊的模板對稱布置，最后在3D模式下確認高度，并進行精確配置模板。

3.2.6樓梯鋁模板設計

3.2.7復雜節點部位鋁模板設計

鋁模板設計中最需要考慮的就是復雜節點的設計配模，因為種類和數量的繁雜，直接關系到施工拆模的難易程度，后期加固難易度等。傳統的CAD的配模方式，需要結合墻柱、梁、板所有的配模圖來確定圖紙設計方案，后期容易出現很多設計問題。通過使用ArchiCAD，可以直觀地顯示復雜節點配模，實時修改配模構件，提前發現并解決傳統設計方式后期易出現的設計問題。下面有一些復雜節點的圖例，通過軟件優化后，都取得了滿意的結果(圖1、圖2)。

圖1　復雜節點配模一

圖2　復雜節點配模二

3.2.8鋁模板設計配模檢查校對及優化

3.2.8.1尺寸檢查

ArchiCAD軟件中的線框大小是和尺寸數據是聯動的，通過參數設置，改變模板長度，代表模板的線框就會自動改變大小，不需要再去量尺寸重新核對，大大減少校對時間(圖3)。

圖3　構件尺寸參數

3.2.8.2模板碰撞檢查

在BIM軟件三維視圖中，校對人員可以很直觀地發現模板拼接處是否有沖突的地方。如果校對人員發現上圖中兩塊梁板重疊的情況，就可以通過拖動圖中梁板上的紅點到正確長度的位置，同時，該板的尺寸標注也會同時修改。鋁合金模板可視化模型給校對人員在校對模板拼接是否正確時帶來極大的便利，降低重復工作量，大大提高校對效率，可以將不正確的尺寸標注導致的模板配模錯誤率降到零(圖4)。

圖4　梁模板重疊碰撞

3.2.8.3模板長度不夠

校對人員不用核對混凝土梁的長度是否與梁側模板尺寸是否一致，直接在三維視圖中就可直觀發現梁側模板長度不夠，直接在三維視圖中拖動梁側模板至拼接位置就好了，省時又省力(圖5)。

2.3.2 注意紅色歌謠等體裁類別文藝作品的收集。第二次國內革命戰爭時期，為適應革命形勢的需要，曾產生了一種新的民歌樣式——紅色歌謠。該時期的湘西紅色歌謠發展到鼎盛，數量眾多，內容豐富，翔實而廣泛地記錄了當時的社會歷史變革狀況。可以利用湘鄂川黔文化藝術館等現有紅色文獻資源，重點收集紅色歌曲、劇目等藝術文獻。

圖5　梁模板長度不夠

3.2.8.4漏設模板

可以在鋁模板三維模型中直觀地發現缺少的模板，運用ArchiCAD的聯動功能，直接就可以補上缺少的模板。

3.3　基于BIM技術的鋁模板應用

3.3.1生成鋁模板構件清單

在ArchiCAD構件清單的提取是極為便捷的，能夠快速地提供給生產清單，清單中可以準確到構件的個數、重量、面積等物理屬性。每一種類型的模板清單分列提量，這對于生產安排也是極為便捷。構件清單中的數字與模型中的模板聯動，更改模型中的構件尺寸，清單中的數據自動更改。將構件清單交給鋁模板加工商，按照清單生產鋁合金模板。

3.3.2基于BIM技術進行鋁模板三維交底

利用可視化三維模型直觀、明確、形象、詳細地介紹工程項目鋁模板的技術特點和復雜節點的做法。高質量完成施工技術交底工作，指導施工現場鋁模板安裝(圖6)。

圖6　三維交底

3.3.3基于BIM技術進行鋁模板現場指導

在鋁模板試拼裝時，技術人員現場利用手機中BIMx軟件來閱讀超級模型圖紙(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，進行拼裝(圖7)。鋁模板三維模型降低了工人及專業工長的學習難度，提高了鋁模板施工的施工質量。

圖7　手機上的視圖

4　成果及經濟效益分析

(1)使用BIM技術建立專業三維模型，將專業模型整合，進行三維模型碰撞檢查，研究優化綜合布線、孔洞預留；優化避難層、頂層與標準層、二次結構；優化外墻立面裝飾節點線條。進行優化設計，統一鋁模板規格型號，降低施工難度，降低鋁模板使用成本，提高鋁模板使用經濟效益。

(2)使用該科技成果技術應用BIM技術，進行鋁模板三維協同設計，加快了鋁模板設計效率；通過分區提料及三維交底，提高鋁模板制作、試拼裝的質量精度，降低了差錯率，減少了返工。

(3)使用該科技成果技術應用鋁模板高層建筑施工，鋁模板周轉使用次數多，平均使用成本低，施工方便，結構幾何尺寸偏差小，減少抹灰層，降低裝飾裝修成本，提高了建筑結構的外觀質量。

5　結束語

BIM新技術在林語溪項目中的應用和技術創新， 13#樓提前完成主體結構封頂，為業主交房贏得了充足的時間，為業主創造效益提供了可靠的保證。

基于BIM技術的鋁模版模板設計與施工，是結合BIM與鋁模板體系優點的一項新技術，該技術在鋁合金模板的設計、配模優化、加工、庫存，以及在施工中的碰撞檢查、可視化交底、可視化質檢等方面，比傳統的二維軟件設計，人工排查具有極大的技術優勢，能更好地提升鋁模板的使用效率，降低使用成本。 在國家大力推行BIM技術、鋁模板施工技術應用的形勢下，基于BIM技術高層建筑鋁模板設計施工技術研究及應用，在建筑工程中具有很廣的應用前景。