運(yùn)用BIM技術(shù)的框剪結(jié)構(gòu)模架設(shè)計(jì)淺議

（山東電力建設(shè)第三工程有限公司，山東青島 266100）

0.引言

模板和腳手架工程在實(shí)際施工過程中是十分重要和危險性較大的項(xiàng)目，也是在施工過程中消耗較大的項(xiàng)目。因此在保證工程安全的前提下，盡量節(jié)省模板和腳手架工程成本也是降低施工成本的重要手段之一。本文主要通過工程實(shí)例來介紹在實(shí)際生產(chǎn)施工過程中，模架設(shè)計(jì)在模板和腳手架工程中的應(yīng)用，并根據(jù)相關(guān)規(guī)范規(guī)定、現(xiàn)場實(shí)際情況以及現(xiàn)有材料等，結(jié)合實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行探討和總結(jié)。

1.模架設(shè)計(jì)

模架設(shè)計(jì)即通過模架設(shè)計(jì)軟件對工程進(jìn)行三維建模并進(jìn)行架體排布，設(shè)計(jì)模板和腳手架工程方案。過程分為建立模型、危大構(gòu)件識別、參數(shù)設(shè)計(jì)、模板支架計(jì)算、輸出計(jì)算書和圖紙等。本文實(shí)例工程為一電廠汽輪發(fā)電機(jī)上部結(jié)構(gòu)，采用廣聯(lián)達(dá)BIM模板腳手架設(shè)計(jì)軟件（以下簡稱模架設(shè)計(jì)軟件）來進(jìn)行模架設(shè)計(jì)的具體闡述。

1.1 建立模型

模型的建立有識別建模和手動建模兩種方式。由于本文實(shí)例采用手動建模方式，因此主要介紹手動建模過程。首先將CAD圖紙按照實(shí)際尺寸比例進(jìn)行放大，將處理好的CAD圖紙導(dǎo)入軟件中，目的是方便對梁板柱位置及跨度邊長等進(jìn)行定位。然后確定樓層及標(biāo)高，確定標(biāo)高時需要先從平面視圖轉(zhuǎn)換為立面視圖，然后進(jìn)行更改。接下來在軟件中輸入相關(guān)構(gòu)件尺寸數(shù)據(jù)并對構(gòu)件進(jìn)行命名。最后依據(jù)梁板柱等構(gòu)件在CAD圖紙中的位置來繪制構(gòu)件，確定構(gòu)件位置及跨度，繪制完成后即可完成三維實(shí)體模型的建立。

常規(guī)的框架結(jié)構(gòu)建筑可采用模架設(shè)計(jì)軟件中的CAD識別方式進(jìn)行建模，由于汽輪發(fā)電機(jī)上部結(jié)構(gòu)與常規(guī)框架結(jié)構(gòu)不盡相同，因此采用手動建模方式建模。對于汽輪發(fā)電機(jī)上部結(jié)構(gòu)，其中的樓板和柱子以及矩形梁，按照上述方法命名輸入?yún)?shù)依據(jù)圖紙確定位置及跨度即可繪制完成。對于汽輪發(fā)電機(jī)上部結(jié)構(gòu)中的異形梁，需要將其簡化為矩形梁后再進(jìn)行建模。

1.2 危大構(gòu)件識別

根據(jù)《關(guān)于實(shí)施〈危險性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定〉有關(guān)問題的通知》（建辦質(zhì)[2018]31號）的相關(guān)規(guī)定，超過一定規(guī)模的腳手架工程為危險性較大的分部分項(xiàng)工程[1]。同時根據(jù)《危險性較大的分部分項(xiàng)工程安全管理規(guī)定》（住房城鄉(xiāng)建設(shè)部令第37號）規(guī)定：施工單位應(yīng)當(dāng)在危大工程施工前組織工程技術(shù)人員編制專項(xiàng)施工方案。專項(xiàng)施工方案應(yīng)當(dāng)由施工單位技術(shù)負(fù)責(zé)人審核簽字、加蓋單位公章，并由總監(jiān)理工程師審查簽字、加蓋執(zhí)業(yè)印章后方可實(shí)施[2]。因此在對結(jié)構(gòu)進(jìn)行模架計(jì)算之前需要對結(jié)構(gòu)進(jìn)行危大構(gòu)件識別，判斷是否為高支模，并輸出危險性判斷計(jì)算書，為后續(xù)工作提供依據(jù)。本實(shí)例經(jīng)過危大構(gòu)件識別后，均為高支模。

1.3 參數(shù)設(shè)計(jì)

建立好三維立體模型并進(jìn)行危大構(gòu)件識別后進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)。在模架設(shè)計(jì)軟件數(shù)據(jù)庫中有很多與模板和腳手架材料相關(guān)的信息，如鋼管、方木、槽鋼、對拉螺栓、模板的尺寸數(shù)據(jù)等。根據(jù)項(xiàng)目施工現(xiàn)場提供的模板及腳手架材料數(shù)據(jù)，在模架軟件數(shù)據(jù)庫中選取工程所需材料尺寸規(guī)格，在選取材料的同時，選取各構(gòu)件的模板做法，例如：主次楞規(guī)格材料、柱子柱箍規(guī)格類型、次楞的排布方式等。以此來確定模架設(shè)計(jì)的架體參數(shù)。除了對材料規(guī)格進(jìn)行選取之外，還應(yīng)同時選擇計(jì)算主要所用規(guī)范，剪刀撐布置方式，梁板的主次楞懸挑長度，是否考慮風(fēng)荷載，地面粗糙程度，結(jié)構(gòu)表面要求，腳手架基礎(chǔ)類型等。

本文實(shí)例中模板及腳手架材料選用為A48.3×3.6鋼管，100×50規(guī)格方木，M16規(guī)格對拉螺栓，18mm厚覆合木膠合板模板，18a號槽鋼。對于梁板柱的計(jì)算參數(shù)，梁、板次楞采用方木，主楞采用鋼管，主楞合并兩根，梁次楞沿梁跨度方向排布，柱子柱箍采用槽鋼，次楞采用方木。梁、板計(jì)算選用《建筑施工扣件式鋼管腳手架安全技術(shù)規(guī)范（JGJ-130-2011）》[3]為主要設(shè)計(jì)規(guī)范，柱子和梁側(cè)計(jì)算選用《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》JGJ162-2008為主要設(shè)計(jì)規(guī)范[4]。滿堂支撐腳手架剪刀撐為加強(qiáng)型，梁板主次楞及柱次楞懸挑長度為200mm，考慮風(fēng)荷載對腳手架的影響，地面粗糙程度為B類，結(jié)構(gòu)表面要求為表面外露，腳手架基礎(chǔ)類型為混凝土樓板。

1.4 模板支架計(jì)算

模板支架基本數(shù)據(jù)確定好后，進(jìn)行模架驗(yàn)算。在軟件中選擇整層排布，分別輸入梁底腳手架立桿間距，水平桿步距，梁底增設(shè)立桿根數(shù)，次楞根數(shù)/間距，側(cè)模主楞根數(shù)/間距，次楞根數(shù)/間距，梁側(cè)緊固件間距/個數(shù)，柱子柱箍間距/個數(shù)，次楞間距/個數(shù)，以及設(shè)置柱子長短邊對拉螺栓間距/個數(shù)。輸入數(shù)據(jù)后，可進(jìn)行快速試算，對于試算不合格的構(gòu)件重新確定參數(shù)，直至全部合格后進(jìn)行架體排布。架體排布之后，進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，根據(jù)詳細(xì)計(jì)算中計(jì)算結(jié)果統(tǒng)計(jì)，把計(jì)算結(jié)果和允許值進(jìn)行比較，對于利用率較低的部分更改其參數(shù)，重新進(jìn)行驗(yàn)算，以達(dá)到最優(yōu)解。除了采用整層計(jì)算的方法外，亦可單獨(dú)構(gòu)件排布計(jì)算，方法與整層排布相同，這里不再贅述。對于梁截面尺寸窄而高的梁，采用向兩側(cè)擴(kuò)展排布方法，即梁底按照架體排布距離，分別向梁兩側(cè)擴(kuò)展排布，以保證梁底支撐的安全。由于本實(shí)例中構(gòu)件較多，所以在這里不一一具體描述，僅選取其中一個梁參數(shù)為示例，如圖1 所示。

圖1 梁詳細(xì)參數(shù)

1.5 輸出計(jì)算書和圖紙

模板和腳手架模架布置最優(yōu)解并驗(yàn)算通過后，進(jìn)行計(jì)算書和圖紙的輸出。選中模架后點(diǎn)擊輸出計(jì)算書即可依次輸出所有構(gòu)件計(jì)算書，也可單獨(dú)點(diǎn)擊所需構(gòu)件獨(dú)自輸出。計(jì)算書為后續(xù)方案編制提供計(jì)算依據(jù)。圖紙可分為梁板立桿平面圖、剖面圖、墻柱詳圖等。按照需求輸出圖紙。利用圖紙可以更加詳細(xì)地了解腳手架的具體布置，方便現(xiàn)場施工。由于本案例中的汽輪發(fā)電機(jī)上部結(jié)構(gòu)梁存在簡化情況，所以部分架體圖紙需要根據(jù)原版圖紙、計(jì)算書及模架排布參數(shù)進(jìn)行修改。本實(shí)例中的圖紙分為梁底立桿平面圖、梁底、板剖面圖、柱子加固圖等。

2.其他需要注意的問題

（1）圖紙的比例。由于施工圖紙都是按照相應(yīng)比例繪制而成的，采用手動建模時，需要將圖紙按比例放大至實(shí)際尺寸，方可進(jìn)行建模。

（2）在對模架進(jìn)行參數(shù)設(shè)計(jì)時，對柱子的計(jì)算結(jié)果影響除了常規(guī)的柱箍間距，柱模板的材料等之外，柱子的混凝土澆筑速度的影響也是很大的。尺寸比較大的梁的梁側(cè)計(jì)算和墻的計(jì)算同時也需要注意這一點(diǎn)。

（3）對于已經(jīng)排布好的架體，可以通過三維立體查看的方式觀察架體的具體排布情況，步驟為：視圖視窗→創(chuàng)建局部三維視圖→三維查看。

（4）支架計(jì)算。支架的計(jì)算是一個反復(fù)試驗(yàn)選取參數(shù)的過程，在多個方案中選取最優(yōu)解，達(dá)到既安全又經(jīng)濟(jì)的效果。

3.結(jié)語

模板和腳手架工程在實(shí)際施工過程中是十分重要和危險性較大的項(xiàng)目。對于跨度較大，支模高度高，構(gòu)件尺寸大的工程來說更是重要。本文論述了模架設(shè)計(jì)在模板工程和腳手架工程的具體應(yīng)用，并詳細(xì)描述了整個模架設(shè)計(jì)過程。通過對建筑進(jìn)行模架設(shè)計(jì)，可以直觀地了解工程的具體三維模型，架體的三維模型模擬排布查看，方便快捷的發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的不足，及時更改方案，又可以輸出相應(yīng)施工圖紙，直觀展示腳手架的排布情況，方后續(xù)施工。希望通過本文的論述今后可以為類似工程提供借鑒。