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BIM 技术在模板工程设计与施工中的研究

    文章来源:青岛理工大学学报 发布时间:2017年09月12日 点击数: 字号:

  近几年,BIM技术为整个建筑行业带来了不可估量的影响,已经应用于工程建设的各个领域.BIM技术引入模板工程,可摆脱传统二维图纸编制、交底困难的情况.将模板工程的前期设计、安全验算、施工管理放在同一平台上,将提高设计和施工效率,直观、快捷地对工人进行技术交底,解决了模板工程设计和施工过程存在的问题,提高了施工的安全性及经济性.因此,BIM技术为模板工程的设计与施工提供了一种有效途径.

  1、模板工程设计施工中常出现的问题

  1.1 传统二维图纸交底困难

  模板施工图通常为单个构件的大样图,且通常依靠AutoCAD建立二维平面、立面图,无法体现各构件之间的相互位置关系.这样的模板施工图指导意义较差,对工人进行技术交底时,人为随意性增大,导致模板工程安全性大大降低.1为二维大样图和三维设计图对比.

1 二维大样图与三维设计图对比

  1.2 现场配模、控料难

  普通混凝土工程,在每层施工前,模板工都要根据图纸进行集中下料.对于高层住宅,标准层配模完毕,上部其他标准层无需再进行配模,只需将下层模板运到施工层即可.但随着建筑物复杂程度越来越高,建筑物层高、构件尺寸等都会发生变化,施工层需重新配模,不仅增加施工工期,也会造成模板浪费.

  2、基于BIM技术的模板工程设计与施工的优势

  2.1 三维可视化

  三维可视化是BIM技术最重要的特点之一,即“所见所得”的形式,将以往线条式的二维图形转化为三维的立体实物,对建筑业的发展有着非常深远的意义.

  运用BIM技术,对模板工程进行三维可视化设计,摆脱了以往施工人员单纯依靠AutoCAD对构件进行二维设计的局面,高效、准确地对构件进行三维设计,并且通过输出三维设计图,更形象更直观地对工人进行技术交底,有利于提高施工效率和准确性,提高了模板工程的安全性.

  2.2 施工模拟

  模板工程是一个多工序、多协调、复杂程度极高的分项工程,贯穿整个结构工程施工的全过程.利用BIM技术,对模板工程施工全过程进行模拟,通过模拟分析,得出各专业之间逻辑关系,从而确定合理的施工方案来指导施工

  2.3 构件属性

  运用BIM技术进行模板工程三维设计时,可以对构件的属性进行定义,如钢管直径、壁厚、模板的弹性模量等.通过属性定义,可以为构件的安全验算作数据支撑,对构件进行安全验算、输出计算书等.

  2.4 材料用量统计

  模板支撑体系三维设计完毕,可以统计整个模型中各材料的用量,如模板面积、钢管长度、木方体积、扣件个数等.材料用量的统计,有利于现场对材料和资源进行统一管理,实现模板工程的精细化管理.

  2.5 模板配模

  模板工程施工时,木工需通过现场统计二维图纸构件尺寸,对模板进行集中下料,这样不仅降低了施工效率,还会造成模板的浪费.通过建立好的BIM模型,输入现场使用的模板尺寸,对模板进行自动化配模,有利于提高施工效率,避免了模板的浪费.

  3BIM技术在模板工程施工中的应用实例

  3.1 工程概况

  本工程位于山东省青岛市崂山区香港东路与海尔路交叉路口,为CBD超高层办公区A1塔楼.A1塔楼为39层写字楼,结构高度169.55 m,层高为46 m,总用地面积20 000 m2,总建筑面积为130 889 m2,设计使用年限为50.

  塔楼主体结构类型为框架核心筒结构,结构尺寸较大,高大模板较多.部分柱截面尺寸为1400 mm×2600 mm2400 mm×2600 mm1400 mm×1600 mm等,剪力墙墙宽为300400500600 mm等,板厚为120140200300400 mm等,裙楼、主楼主梁截面尺寸为800 mm×1200 mm600 mm×2400 mm1300 mm×1800mm1200 mm×2400 mm.

2 主体结构模型

  3.2 主体结构建模

  本工程采用品茗模板设计软件对模板工程进行三维设计.由于模板工程是使混凝土成型的一类结构,在进行主体结构建模时,可不用对钢筋进行建模.

  主体结构建模可通过2种方式进行,一是将CAD图纸导入软件中,利用软件的转化CAD图层功能进行建模;二是将CAD导入后,以其为背景进行手动建模.2种方式各有利弊,前者在转化过程中会出现转化错误,错误部分需手动调整;后者建模错误较少,但建模效率较低.本工程采用方式一对主体结构进行建模,错误部分通过手动调整.主体模型如图2所示.

  3.3 工程基本参数设置

  建模后,对工程的基本信息进行输入,包括工程信息、工程特征、设计计算规范、施工方案及材料选择等,这些工程基本参数,为之后模板支撑的安全验算作数据基础.

  本工程采用厚度为15 mm的木胶合板模板,整张模板尺寸为915 mm×1830 mm,次龙骨采用50 mm×80 mm的方木,立杆、横杆及主龙骨均采用φ48 mm×3.5 mmQ235钢管,钢管材质应符合国家标准GB/T 137932008,加固构件用直径为14 mm,轴向拉力设计值为17.8 kN的对拉螺栓,立杆顶部可调托座承载力容许值为40 kN,托座内主梁为2(3、图4).

3 工程特征设置

4 各构件安全参数设置

5 KZ2模板三维图

  3.4 模板支撑三维设计

  由于模板支撑工程体量大、细节较多,且为临时性结构,所以选用A1区塔楼1层进行模板工程的三维设计,三维设计的顺序按照先布置竖向构件模板,再进行高大模板辨识,对高大模板支撑进行设计,最后再对普通梁板进行设计.

  竖向构件以KZ2(1400 mm×1600 mm)Q104(500 mm)为例,三维图如图5、图6所示.

  水平构件分为高大模板构件和普通梁板构件,对高大模板构件,通过高大模板辨识规则,找到模型中高大模板的位置,对其进行特殊设计,并导出高大模板识别表,用于施工方案的编制,如图7所示.

  高大模板以KL-H(800 mm×1200 mm)为例,梁底增加2根承重杆,使用可调托座支撑,如图8所示,普通梁板结构如图9所示.

6 Q104模板三维图

7 高大模板辨识

8 KL-H模板支撑

9 板模板支撑

10 构件通过安全验算

  3.5 模板安全验算

  本层模板支撑体系三维设计完毕之后,为保证三维设计的安全性,要对设计完毕的构件进行安全验算,模型所用材料及构造参数已经在设计过程中输入.若安全验算通过,则构件将变成绿颜色,若没有通过,则会变成红色,然后再进行相应参数的修改(10).

  3.6 材料用量统计

  三维设计完毕的模型,应进行材料的用量统计,如模板面积、钢管长度、木方体积、扣件个数等.材料用量的统计,有利于现场对材料和资源进行统一管理,实现模板工程的精细化管理.统计结果如图11所示.

11 材料用量统计

  3.7 模板配模

  本工程整张模板尺寸为1830 mm×915 mm,根据现场配模规则,梁板模板施工时,施工做法为板模板压梁侧模,梁侧模包梁底模,主梁模板包次梁模板.板的模板尽量靠边整拼,不进行切割.墙柱模板应伸至板模板底部,板模板压墙柱模.由于墙体模板较长,为减少切割,通常采用横向配置模板,如图1215所示.

  在图1215中,深色代表整块模板,不需要切割,浅色代表已经切割的模板.模板尺寸标在其中,方便工人进行技术交底和集中配模.

12 板配模

13 板模板压梁侧模

14 墙配模

15 框柱配模

  利用BIM技术对模板进行配模下料,施工前对模板进行编号,使得构件与模板配套使用,再根据配模图提前对工人进行技术交底,这样不仅提高了配模效率,还减少模板浪费,有利于改善现场配模难、控料难的问题.

  4、结束语

  BIM技术已成功应用于建筑施工的各个领域,其三维可视化、施工模拟、信息传递的特点,打破了传统二维图纸在模板工程设计施工中的种种问题[6].本文结合工程案例,利用品茗模板设计软件,对BIM技术在模板工程设计施工中的应用进行了探讨,将模板工程的前期设计、安全验算、施工管理放在同一平台上进行,提高设计和施工效率,直观、快捷地对工人进行技术交底,解决了模板工程设计和施工过程存在的问题,提高了设计和施工的安全性及经济性,为以后施工人员编制施工方案及技术交底提供一种新的方法,对BIM技术在建筑施工中的推广起到了重要作用.