BIM技術(shù)在扣件式腳手架工程中的應(yīng)用

腳手架不僅是建筑施工過(guò)程中提供給建筑物和施工人員的重要安全防護(hù)，更是施工現(xiàn)場(chǎng)文明施工形象的一個(gè)“宣傳墻”。

由于全國(guó)建筑行業(yè)快速發(fā)展，許多施工企業(yè)一昧地追求建造速度，項(xiàng)目管理意識(shí)淡薄。腳手架工程專項(xiàng)施工方案存在照搬其他項(xiàng)目，不符合工程需求。方案編寫(xiě)人沒(méi)有根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況深入、仔細(xì)的研究腳手架鋼管、連墻件、剪刀撐等構(gòu)件布置的情況。導(dǎo)致施工方案針對(duì)性和可操作性差、計(jì)算模型與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求不符、技術(shù)交底不直觀、效果差。加之現(xiàn)場(chǎng)管理不到位，現(xiàn)場(chǎng)工人隨意施工、架體搭設(shè)不滿足規(guī)范要求的情況時(shí)有發(fā)生，使施工現(xiàn)場(chǎng)存在較大安全隱患。

并且，腳手架鋼管、剪刀撐、扣件等構(gòu)件數(shù)量多，常規(guī)材料統(tǒng)計(jì)是人工估算，存在一定誤差。無(wú)法對(duì)現(xiàn)場(chǎng)材料進(jìn)行精細(xì)化管控，容易發(fā)生租賃材料過(guò)多、成本增加問(wèn)題。

1. 技術(shù)應(yīng)用背景

近幾年來(lái)，鋁合金模板的使用比較普遍。其具有施工進(jìn)度快，施工質(zhì)量高，性能穩(wěn)定，施工安全，不產(chǎn)生建筑垃圾，人工和材料成本低等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)鋁合金模板是一種可循環(huán)使用材料。傳統(tǒng)的鋁模配模深化設(shè)計(jì)一般使用CAD軟件，依靠設(shè)計(jì)者的三維想象能力進(jìn)行設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)中出現(xiàn)問(wèn)題很難發(fā)現(xiàn)，出圖質(zhì)量難以保證。

為了提高工作效率、減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，采用BIM技術(shù)對(duì)鋁模進(jìn)行三維立體化、參數(shù)化的設(shè)計(jì)。根據(jù)所處的結(jié)構(gòu)位置對(duì)每一個(gè)構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)，設(shè)計(jì)完成后不僅可以清楚的了解標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件和非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件的編號(hào)以及工程量，同時(shí)可以生成加工料表，還可以將模型導(dǎo)出加工詳圖，有利于工廠的預(yù)制加工，加快生產(chǎn)進(jìn)度。

近年來(lái)許多施工單位將BIM技術(shù)應(yīng)用到腳手架工程中。通過(guò)創(chuàng)建精細(xì)化BIM腳手架模型，輔助編制有針對(duì)性的、可實(shí)施的施工方案，進(jìn)行直觀、高效的三維技術(shù)交底。同時(shí)，利用BIM技術(shù)精確統(tǒng)計(jì)材料用量，有效進(jìn)行成本管控。

根據(jù)調(diào)查資料顯示，現(xiàn)階段建立腳手架BIM模型主要使用以下幾款軟件：

（1）SolidWorks

SolidWorks軟件是世界上第一個(gè)基于Windows開(kāi)發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，在機(jī)械設(shè)計(jì)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

SolidWorks具有功能強(qiáng)大、易學(xué)易用和技術(shù)創(chuàng)新三大特點(diǎn)，并且能夠快速完成動(dòng)畫(huà)演示以及能與專業(yè)渲染軟件媲美的渲染功能。

但SolidWorks與國(guó)內(nèi)主流的BIM軟件兼容性較差。以Revit與SolidWorks之間數(shù)據(jù)傳遞為例，當(dāng)將SolidWorks模型傳入Revit時(shí)，需要將SolidWorks模型導(dǎo)出為Sat或 Dwg格式文件，導(dǎo)致導(dǎo)入到Revit軟件中時(shí)丟失構(gòu)件的參數(shù)信息。

（2）Revit

作為國(guó)內(nèi)民用建筑領(lǐng)域中普及率最高的BIM軟件，Revit在BIM全生命周期中扮演著十分重要的角色。國(guó)內(nèi)絕大多數(shù)設(shè)計(jì)單位、施工單位的BIM模型基本都是由Revit軟件完成。

通過(guò)Revit建立腳手架BIM模型，可以直接在已經(jīng)完成的Revit主體模型基礎(chǔ)上進(jìn)行，避免了由于不同軟件之間兼容性差異所造成的信息丟失的問(wèn)題。并且Revit擁有十分龐大的使用群體，許多相關(guān)技術(shù)資料及族文件可以在互聯(lián)網(wǎng)上進(jìn)行分享使用。

但由于腳手架模型中構(gòu)件較多，完成一個(gè)完整、準(zhǔn)確的腳手架BIM模型需要花費(fèi)大量的建模時(shí)間。導(dǎo)致很多項(xiàng)目在完成腳手架BIM模型時(shí)項(xiàng)目部已經(jīng)完成腳手架專項(xiàng)施工方案甚至腳手架已經(jīng)搭設(shè)完畢，使完成的腳手架BIM模型沒(méi)有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

（3）基于Revit插件

國(guó)內(nèi)的一些軟件開(kāi)發(fā)公司也同樣推出了基于Revit軟件的快速布置腳手架的插件應(yīng)用。由于各軟件開(kāi)發(fā)公司在開(kāi)發(fā)快速布置腳手架插件時(shí)，只是考慮了一些通用性的設(shè)置，無(wú)法根據(jù)項(xiàng)目自身特點(diǎn)生成符合本項(xiàng)目的腳手架模型。

2.應(yīng)用概況

2.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

沈陽(yáng)市龍湖道義項(xiàng)目（E1地塊）一期三組團(tuán)，建設(shè)地點(diǎn)位于遼寧省沈陽(yáng)市沈北新區(qū)。本工程總建筑面積為44294.80㎡。結(jié)構(gòu)類型剪力墻、框架。項(xiàng)目主要包含36棟三層別墅，兩棟商業(yè)及兩棟設(shè)備用房。

腳手架搭設(shè)采用雙排單立桿，立桿距結(jié)構(gòu)外沿0.5m，排距（橫距）為0.8m，歩距為1.8m，中間增加一道大橫桿，縱距為1.5m。

項(xiàng)目效果圖

2.2 軟件比選

根據(jù)以往項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)以及對(duì)國(guó)內(nèi)BIM技術(shù)在腳手架工程應(yīng)用情況的調(diào)查，對(duì)建立腳手架BIM模型所用軟件有以下幾點(diǎn)要求：

（1） 軟件間數(shù)據(jù)傳遞盡可能完整

（2） 建模速度快

（3） 盡可能減少工作人員工作強(qiáng)度

（4） 根據(jù)不同的施工方案作出快速響應(yīng)

（5） 快速提取工程量

該項(xiàng)目采用Revit軟件建立建筑物主體模型。根據(jù)建模人員的軟件熟悉程度，項(xiàng)目部決定繼續(xù)采用Revit軟件來(lái)完成腳手架BIM建模工作。

由于Revit軟件建立腳手架模型需投入大量的時(shí)間成本和人力成本，在嘗試過(guò)市面上較為常用的基于Revit腳手架建模插件后。普遍認(rèn)為插件雖然在建模速度上有十分顯著的提高，但無(wú)法根據(jù)該項(xiàng)目建筑物特點(diǎn)生成準(zhǔn)確的腳手架BIM模型。

由于建模人員缺少計(jì)算機(jī)編程基礎(chǔ)，無(wú)法通過(guò)C#語(yǔ)言針對(duì)Reivt進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。如要解決提高建模速度以及能夠生成滿足該項(xiàng)目特點(diǎn)的腳手架BIM模型，Dynamo可以十分便捷的解決以上問(wèn)題。

Dynamo節(jié)點(diǎn)圖

Dynamo(下面簡(jiǎn)稱Dy)是參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)軟件中的一種高效的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)工具，是基于Autodesk Revit信息管理平臺(tái)的開(kāi)源式插件。它是通過(guò)計(jì)算式設(shè)計(jì)方法和可視化編程語(yǔ)言，針對(duì)某個(gè)問(wèn)題在工作界面里連接預(yù)定義功能的節(jié)點(diǎn)設(shè)置一套循序漸進(jìn)的程序流，通過(guò)輸入、處理和輸出的基本邏輯解決問(wèn)題。

2.3 Dynamo參數(shù)化建模思路

考慮計(jì)算機(jī)運(yùn)行速度以及使完成的Dy程序能夠滿足不同項(xiàng)目的特點(diǎn)及需求，將腳手架建模工程所需的Dy編程工作分成以下4個(gè)模塊，具體操作流程如圖3所示。

參數(shù)化建立腳手架模型流程

（1）自動(dòng)模擬立桿

首先將腳手架搭設(shè)的基本數(shù)據(jù)輸入到Excel中，如圖4所示，并根據(jù)已完成Revit主體模型建立腳手架搭設(shè)輪廓線。由于Dynamo腳手架程序涉及到的節(jié)點(diǎn)較多，并且對(duì)腳手架相關(guān)數(shù)據(jù)需進(jìn)行隨時(shí)調(diào)整。為了方便操作人員調(diào)整腳手架數(shù)據(jù)。通過(guò)Excel與Dynamo數(shù)據(jù)交互的方式對(duì)Dynamo腳手架程序進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入。

Dy根據(jù)輪廓線以及在Excel中的“立桿橫距”、“立桿縱距”、“腳手架高度”以及“內(nèi)側(cè)立桿離墻距離”三個(gè)參數(shù)自動(dòng)生成模擬立桿。

Excel數(shù)據(jù)表

為了保證腳手架模型的準(zhǔn)確性和合理性，對(duì)如門洞、突出部位上方等部位的模擬立桿的底標(biāo)高、頂標(biāo)高進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。

（2）根據(jù)模擬立桿生成模擬縱向水平桿

模擬立桿調(diào)整完成后，通過(guò)Dy運(yùn)行自動(dòng)生成掃地桿、縱向水平桿程序。

首先讀取前期輸入完成的Excel數(shù)據(jù)中的“掃地桿高度”、“步距”、“端側(cè)水平桿伸出長(zhǎng)度”信息。根據(jù)上述數(shù)據(jù)具體數(shù)值以及調(diào)整過(guò)后的模擬立桿生成模擬縱向水平桿。

Dynamo局部節(jié)點(diǎn)圖（一）

根據(jù)規(guī)范要求腳手架立桿基礎(chǔ)不在統(tǒng)一高度上時(shí)，必須將高處的掃地桿向低處延長(zhǎng)兩跨與立桿固定。所以該Dy程序需要對(duì)不同高度的掃地桿的鏈接情況進(jìn)行判斷。根據(jù)Dy程序的控制來(lái)滿足規(guī)范要求。

Dynamo局部節(jié)點(diǎn)圖（二）

雙排腳手架除每步需設(shè)置縱向水平桿后，還需在每步距間設(shè)置兩道縱向水平桿、縱向水平桿需放置在立桿內(nèi)側(cè)、腳手架轉(zhuǎn)交部位的縱向腳手架需高低錯(cuò)開(kāi)等問(wèn)題。所以該程序中需要進(jìn)行大量的數(shù)據(jù)判斷和處理，由于Dy軟件自身缺陷，導(dǎo)致運(yùn)行速度過(guò)慢。

（3）生成模擬橫向水平桿

由于自動(dòng)生成模擬縱向水平桿速度過(guò)慢，為了防止計(jì)算機(jī)出現(xiàn)死機(jī)及軟件崩潰的情況，將生成橫向水平桿的程序獨(dú)立拆分處理。

Dynamo局部節(jié)點(diǎn)圖（三）

（4）自動(dòng)插入扣件以及對(duì)立桿、水平桿進(jìn)行鋼管自動(dòng)排布

模擬立桿、水平桿生成完畢后，對(duì)一些不合理的位置進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整。調(diào)整無(wú)誤后即可運(yùn)行插入扣件及鋼管自動(dòng)排布的Dy程序。

在制作該程序時(shí)，應(yīng)注意滿足：

當(dāng)立桿采用對(duì)接接長(zhǎng)時(shí)，立桿的對(duì)接扣件應(yīng)交錯(cuò)布置。兩根相鄰立桿的接頭不應(yīng)設(shè)置在同步內(nèi)、兩根相鄰縱向水平桿的接頭不應(yīng)設(shè)置在同步或同跨內(nèi)等相關(guān)要求。

2.4 工程量統(tǒng)計(jì)

通過(guò)Dynamo快速建立腳手架模型，并由Revit直接導(dǎo)出該腳手架所用的詳細(xì)工程量統(tǒng)計(jì)。同時(shí)也可以通過(guò)Dynamo或Revit快速統(tǒng)計(jì)各個(gè)長(zhǎng)度鋼管的數(shù)量，為項(xiàng)目部鋼管租賃工作進(jìn)行數(shù)據(jù)支持。

2.5 現(xiàn)場(chǎng)移動(dòng)端檢查

Dynamo創(chuàng)建的腳手架模型可以導(dǎo)入到IPAD或手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備中，管理人員在施工現(xiàn)場(chǎng)可以隨時(shí)查看三維腳手架模型，通過(guò)模型與實(shí)物比對(duì)檢查，快速發(fā)現(xiàn)不符合方案要求的搭設(shè)位置，有效避免安全隱患發(fā)生。

現(xiàn)場(chǎng)檢查布置情況

3 結(jié)語(yǔ)

在腳手架工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，不僅提高了腳手架專項(xiàng)施工方案的可實(shí)施性，并且項(xiàng)目部對(duì)腳手架班組進(jìn)行工程量審核、施工成本預(yù)估提供了可靠的參考依據(jù)。提高了項(xiàng)目部在腳手架工程中的技術(shù)管理以及成本管理的整體水平。

3.1 問(wèn)題與不足

通過(guò)Dynamo建立腳手架BIM模型，在整體建模速度上得到了大大的提高。減少了建模人員大量的勞動(dòng)強(qiáng)度。但在使用過(guò)程中同樣遇到了一些問(wèn)題和不足。

（1）UI界面

在完成此Dynamo程序時(shí)，曾設(shè)想通過(guò)UI（User Interface）界面對(duì)腳手架基本搭設(shè)信息進(jìn)行錄入。通過(guò)查閱相關(guān)文獻(xiàn)及技術(shù)書(shū)籍發(fā)現(xiàn)，如想在Dynamo創(chuàng)建UI需要通過(guò)Visual Studio進(jìn)行編程開(kāi)發(fā)。但由于自身編程能力匱乏，并沒(méi)有完成Dynamo中UI界面的開(kāi)發(fā)編程工作

（2）軟件普及困難

由于Dynamo軟件自身特點(diǎn)，需安裝或自行編輯大量的“節(jié)點(diǎn)包”。導(dǎo)致在將已經(jīng)編輯好的Dy程序傳遞給其他同事時(shí)，需將“節(jié)點(diǎn)包”一并傳遞給其他操作人員。

并且由于對(duì)Dynamo的操作及使用需要一定的學(xué)習(xí)時(shí)間，導(dǎo)致如將通過(guò)Dynamo所完成的程序進(jìn)行廣泛推廣，需進(jìn)行大量的Dynamo專項(xiàng)培訓(xùn)。

（3）需要接入人工手動(dòng)操作

在建立腳手架BIM模型時(shí)，無(wú)法直接通過(guò)Dynamo軟件去直接對(duì)主體結(jié)構(gòu)模型的各個(gè)構(gòu)件進(jìn)行分析。所以如一層門頭、頂層出挑等部位的腳手架立桿部分需手動(dòng)調(diào)節(jié)。

由于對(duì)Dynamo的軟件操作局限性，無(wú)法自由、合理的布置不同角度的剪刀撐及腳手架門洞位置布置。但由于該項(xiàng)工作工作量較小，門洞及剪刀撐采用手動(dòng)布置。

（4）剪刀撐布置

根據(jù)規(guī)范要求剪刀撐布置水平夾角應(yīng)為45°~60°之間，但現(xiàn)階段通過(guò)Dynamo進(jìn)行剪刀撐布置只能自動(dòng)布置固定角度的剪刀撐。無(wú)法根據(jù)腳手架架體實(shí)際情況布置剪刀撐，所以現(xiàn)階段只能對(duì)剪刀撐進(jìn)行人工手動(dòng)布置。

（5）連墻件設(shè)置

通過(guò)Dynamo根據(jù)已經(jīng)完成的主體結(jié)構(gòu)模型布置腳手架BIM模型。在理想狀態(tài)下是應(yīng)通過(guò)Dy對(duì)主體模型的外圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，并根據(jù)規(guī)范要求合理進(jìn)行腳手架連墻件布置。

但由于Dynamo和Revit軟件運(yùn)行時(shí)均需要占用大量的計(jì)算機(jī)硬件資源，在嘗試通過(guò)Dynamo對(duì)整個(gè)主體結(jié)構(gòu)模型分析并結(jié)合腳手架模型進(jìn)行連墻件自動(dòng)布置時(shí)，出現(xiàn)多次計(jì)算機(jī)軟件崩潰的情況，故連墻件設(shè)置對(duì)電腦配置要求較高。

（6）受力計(jì)算

現(xiàn)在較為常用的腳手架計(jì)算軟件均已“一榀”進(jìn)行計(jì)算，并且無(wú)法將BIM模型通過(guò)IFC等數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換格式導(dǎo)入到計(jì)算軟件中。

3.2 展望

由于C#運(yùn)行速度比Dynamo快10倍左右，所以通過(guò)C#語(yǔ)言對(duì)Revit進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，可以大大提高程序的運(yùn)行速度，并結(jié)合相關(guān)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言可以將所開(kāi)發(fā)的程序進(jìn)行大面積推廣。

通過(guò)計(jì)算機(jī)對(duì)腳手架進(jìn)行受力計(jì)算。在編制腳手架專項(xiàng)施工方案前期，根據(jù)不同的腳手架搭設(shè)方案并根據(jù)結(jié)構(gòu)主體BIM模型合理布置連墻件及快速生成腳手架計(jì)算書(shū)。

（編輯：奚雅青）