中船第九设计研究院工程有限公司
摘要：利用计算软件对项目存在的高支模工程进行平面二维计算，利用BIM技术对项目进行三维建模计算，进行验算对比，优化模板脚手架搭设方式，方便在施工前进行技术交底，在施工中进行施工检查，最终确保模板脚手架搭设的经济性、可施工性。
关键词：高支模；BIM技术；三维建模计算；平面二维计算
1.项目概况
广东省电子信息产业集团南沙总部基地孵化器项目位于广州市南沙区资讯科技园南侧地块。拟建三栋高层建筑，并以多层裙房相连。其中一栋为A#科研办公大楼、两栋为科技综合大楼（B、C座），裙房为公共配套设施。总建筑面积为116545.2平方米。综合容积率为4.0。基地内拟建两层地下室，作为地下车库及设备用房。最高建筑高度为99.8米，项目建成后，将成为南沙科技园地标式建筑。本文仅研究地下车库及C#楼部分。
本项目涉及高支模工程，根据《关于印发《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》的通知》（建质[2018]31号文件）中对高支模工程的相关规定，即：搭设高度8m及以上、搭设跨度18m及以上、施工总荷载15kN/m2及以上、集中线荷载20kN/m及以上的梁、板模板和支撑架必须编制专项施工方案、并应组织专家对专项施工方案进行论证和评审。
2.本项目高支模工程的特点
在本项目的地下车库及C#楼施工范围内包含了大量需要高支模的构件，增加了施工的难度，其中：
1）梁截面尺寸大：本项目所涉及的梁截面最高大到2900mm，最宽为700mm，集中线荷载最大值约为62.4kN/m，远超规定的集中线荷载20kN/m；
2）板厚度最大处为300mm，施工总荷载约为18.2kN/m2，也超过规定的15kN/m2；
3）梁下模板脚手架最大搭设高度为屋面塔冠区域的14.6m，也超过规定的8m限值。
经仔细查阅结构施工图图纸，本项目的地下车库及C#楼的高支模工程主要集中于：
1）地下车库人防区的梁、板；
2）地下车库内核心筒部位的梁；
3）C#楼核心筒部分的梁；
4）C#楼塔冠部分的梁。
基于本项目高支模工程涉及的范围广、难度大，故项目部决定应用BIM技术，对本项目高支模工程进行三维建模、设计和计算，一方面能可视化直观地看到高支模的实际情况，有利于施工技术交底，另一方面也便于质量、安全巡查时，设计模型与实际施工情况的对照检查。
3.基于BIM的高支模工程设计
3.1.三维建模
本项目部在充分查阅和消化地下车库及C#楼的墙、板、梁、柱等相关图纸的基础上，建立了与图纸内容相吻合的三维模型，在此基础上建立三维脚手架模型。
地下车库及C#大楼的模板脚手架三维模型
3.2.模板脚手架的计算
在建模完成后，选择合适的高支模工程构件进行计算，结合本项目计划搭设模板脚手架的相关材料数据，如模板、小梁、主梁、立杆、基础等，重点计算出梁跨度方向的立杆间距、梁两侧的立杆横距、梁底增加的立杆数量、小梁的数量及布置方式等关键数据，并形成计算书，确保模板脚手架的搭设安全合理。
同时将平面二维计算结果与三维模型计算结果进行对比，分析、优化模板脚手架的搭设。
以下以650mm宽1150mm高的梁，为例进行分析，该梁所处楼层层高5.8m，集中线荷载超过20kN/m，按规定为需要高支模的梁。
650mm×1150mm的梁计算参数列表
结论：两种方式的应力比及变形值计算结果比较接近。
3.3.模板脚手架的选材利用率
在实际施工中，我们除了关注模板脚手架是否安全可靠之外，还需要对工程造价进行一定的控制，在高支模工程中，施工材料的消耗不可忽视，因此要对搭设模板脚手架所使用的材料进行优化再计算，在不影响结构安全的情况下，结合当地材料特点及性质，综合考量，节约用材。
为达到此项目的，结合上述平面二维计算结果与三维模型计算的对比结果，考虑整体模板脚手架的搭设模数、搭设的可施工性、当地的工人的施工习惯等，最终对模板脚手架的搭设方式进行合理的排布，最终达到合理的选材标准。
650mm×1150mm的梁模板材料利用率统计表
3.4.模板脚手架的详图对比
在三维模型建立后，模板脚手架的选材计算也已经完成。此时应根据其计算结果，在三维模型上搭设已经计算完成的模板脚手架，对实际模板脚手架施工过程进行模拟，并提供可视化的模型图片等成果，与二维剖面图对比，可广泛应用于实际施工的技术交底、质量和安全检查等多方面，真正达到从建立模型到知道施工的质变。
模板脚手架二维剖面图与三维详图的对比
3.5.三维模型的漫游
在模板脚手架均搭设完成的三维模型中，可模拟个人身临其境的感受，用人的视角来展示整个模型的搭设方式，在实际施工中，将三维图像与现场实际搭设结果进行对比，既可用来检查现场模板脚手架的搭设是否安全合理，又可用来检查现场的搭设质量是否合格，从而更深入的指导施工，确保施工的顺利进行。
模拟C#楼标准层模板脚手架搭设
4.应用总结
通过上文中的叙述，可以了解到，利用BIM技术的三维建模技术，提前对要施工内容进行模拟，极大的方便了施工，同时能够为施工提供必要的指导和帮助，能够使整个施工过程有理有据。而且由于其实际可操作性强等优点，也促使了在今后的实际施工中更广泛的应用此项技术。
论文作者:金文彤
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/6/6
标签：脚手架论文; 模板论文; 模型论文; 项目论文; 荷载论文; 南沙论文; 工程论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;