运用BIM技术的框剪结构模架设计浅议

（山东电力建设第三工程有限公司，山东青岛 266100）

0.引言

模板和脚手架工程在实际施工过程中是十分重要和危险性较大的项目，也是在施工过程中消耗较大的项目。因此在保证工程安全的前提下，尽量节省模板和脚手架工程成本也是降低施工成本的重要手段之一。本文主要通过工程实例来介绍在实际生产施工过程中，模架设计在模板和脚手架工程中的应用，并根据相关规范规定、现场实际情况以及现有材料等，结合实践经验进行探讨和总结。

1.模架设计

模架设计即通过模架设计软件对工程进行三维建模并进行架体排布，设计模板和脚手架工程方案。过程分为建立模型、危大构件识别、参数设计、模板支架计算、输出计算书和图纸等。本文实例工程为一电厂汽轮发电机上部结构，采用广联达BIM模板脚手架设计软件（以下简称模架设计软件）来进行模架设计的具体阐述。

1.1 建立模型

模型的建立有识别建模和手动建模两种方式。由于本文实例采用手动建模方式，因此主要介绍手动建模过程。首先将CAD图纸按照实际尺寸比例进行放大，将处理好的CAD图纸导入软件中，目的是方便对梁板柱位置及跨度边长等进行定位。然后确定楼层及标高，确定标高时需要先从平面视图转换为立面视图，然后进行更改。接下来在软件中输入相关构件尺寸数据并对构件进行命名。最后依据梁板柱等构件在CAD图纸中的位置来绘制构件，确定构件位置及跨度，绘制完成后即可完成三维实体模型的建立。

常规的框架结构建筑可采用模架设计软件中的CAD识别方式进行建模，由于汽轮发电机上部结构与常规框架结构不尽相同，因此采用手动建模方式建模。对于汽轮发电机上部结构，其中的楼板和柱子以及矩形梁，按照上述方法命名输入参数依据图纸确定位置及跨度即可绘制完成。对于汽轮发电机上部结构中的异形梁，需要将其简化为矩形梁后再进行建模。

1.2 危大构件识别

根据《关于实施〈危险性较大的分部分项工程安全管理规定〉有关问题的通知》（建办质[2018]31号）的相关规定，超过一定规模的脚手架工程为危险性较大的分部分项工程[1]。同时根据《危险性较大的分部分项工程安全管理规定》（住房城乡建设部令第37号）规定：施工单位应当在危大工程施工前组织工程技术人员编制专项施工方案。专项施工方案应当由施工单位技术负责人审核签字、加盖单位公章，并由总监理工程师审查签字、加盖执业印章后方可实施[2]。因此在对结构进行模架计算之前需要对结构进行危大构件识别，判断是否为高支模，并输出危险性判断计算书，为后续工作提供依据。本实例经过危大构件识别后，均为高支模。

1.3 参数设计

建立好三维立体模型并进行危大构件识别后进行参数设计。在模架设计软件数据库中有很多与模板和脚手架材料相关的信息，如钢管、方木、槽钢、对拉螺栓、模板的尺寸数据等。根据项目施工现场提供的模板及脚手架材料数据，在模架软件数据库中选取工程所需材料尺寸规格，在选取材料的同时，选取各构件的模板做法，例如：主次楞规格材料、柱子柱箍规格类型、次楞的排布方式等。以此来确定模架设计的架体参数。除了对材料规格进行选取之外，还应同时选择计算主要所用规范，剪刀撑布置方式，梁板的主次楞悬挑长度，是否考虑风荷载，地面粗糙程度，结构表面要求，脚手架基础类型等。

本文实例中模板及脚手架材料选用为A48.3×3.6钢管，100×50规格方木，M16规格对拉螺栓，18mm厚覆合木胶合板模板，18a号槽钢。对于梁板柱的计算参数，梁、板次楞采用方木，主楞采用钢管，主楞合并两根，梁次楞沿梁跨度方向排布，柱子柱箍采用槽钢，次楞采用方木。梁、板计算选用《建筑施工扣件式钢管脚手架安全技术规范（JGJ-130-2011）》[3]为主要设计规范，柱子和梁侧计算选用《建筑施工模板安全技术规范》JGJ162-2008为主要设计规范[4]。满堂支撑脚手架剪刀撑为加强型，梁板主次楞及柱次楞悬挑长度为200mm，考虑风荷载对脚手架的影响，地面粗糙程度为B类，结构表面要求为表面外露，脚手架基础类型为混凝土楼板。

1.4 模板支架计算

模板支架基本数据确定好后，进行模架验算。在软件中选择整层排布，分别输入梁底脚手架立杆间距，水平杆步距，梁底增设立杆根数，次楞根数/间距，侧模主楞根数/间距，次楞根数/间距，梁侧紧固件间距/个数，柱子柱箍间距/个数，次楞间距/个数，以及设置柱子长短边对拉螺栓间距/个数。输入数据后，可进行快速试算，对于试算不合格的构件重新确定参数，直至全部合格后进行架体排布。架体排布之后，进行详细计算，根据详细计算中计算结果统计，把计算结果和允许值进行比较，对于利用率较低的部分更改其参数，重新进行验算，以达到最优解。除了采用整层计算的方法外，亦可单独构件排布计算，方法与整层排布相同，这里不再赘述。对于梁截面尺寸窄而高的梁，采用向两侧扩展排布方法，即梁底按照架体排布距离，分别向梁两侧扩展排布，以保证梁底支撑的安全。由于本实例中构件较多，所以在这里不一一具体描述，仅选取其中一个梁参数为示例，如图1 所示。

图1 梁详细参数

1.5 输出计算书和图纸

模板和脚手架模架布置最优解并验算通过后，进行计算书和图纸的输出。选中模架后点击输出计算书即可依次输出所有构件计算书，也可单独点击所需构件独自输出。计算书为后续方案编制提供计算依据。图纸可分为梁板立杆平面图、剖面图、墙柱详图等。按照需求输出图纸。利用图纸可以更加详细地了解脚手架的具体布置，方便现场施工。由于本案例中的汽轮发电机上部结构梁存在简化情况，所以部分架体图纸需要根据原版图纸、计算书及模架排布参数进行修改。本实例中的图纸分为梁底立杆平面图、梁底、板剖面图、柱子加固图等。

2.其他需要注意的问题

（1）图纸的比例。由于施工图纸都是按照相应比例绘制而成的，采用手动建模时，需要将图纸按比例放大至实际尺寸，方可进行建模。

（2）在对模架进行参数设计时，对柱子的计算结果影响除了常规的柱箍间距，柱模板的材料等之外，柱子的混凝土浇筑速度的影响也是很大的。尺寸比较大的梁的梁侧计算和墙的计算同时也需要注意这一点。

（3）对于已经排布好的架体，可以通过三维立体查看的方式观察架体的具体排布情况，步骤为：视图视窗→创建局部三维视图→三维查看。

（4）支架计算。支架的计算是一个反复试验选取参数的过程，在多个方案中选取最优解，达到既安全又经济的效果。

3.结语

模板和脚手架工程在实际施工过程中是十分重要和危险性较大的项目。对于跨度较大，支模高度高，构件尺寸大的工程来说更是重要。本文论述了模架设计在模板工程和脚手架工程的具体应用，并详细描述了整个模架设计过程。通过对建筑进行模架设计，可以直观地了解工程的具体三维模型，架体的三维模型模拟排布查看，方便快捷的发现设计的不足，及时更改方案，又可以输出相应施工图纸，直观展示脚手架的排布情况，方后续施工。希望通过本文的论述今后可以为类似工程提供借鉴。