郝懿

內(nèi)蒙古科技大學(xué)土木工程學(xué)院 內(nèi)蒙古包頭 014017

隨著建筑工程逐漸向生產(chǎn)項目復(fù)雜化、施工技術(shù)專業(yè)化及工程管理精細(xì)化方向發(fā)展[1]。模板腳手架工程作為混凝土結(jié)構(gòu)施工的基礎(chǔ)部分，是影響工程總工期的關(guān)鍵工序之一，其現(xiàn)場施工管理尤為重要。傳統(tǒng)模架設(shè)計方案和施工管理日益顯出一些問題，主要有方案選型難、安全計算難、施工圖繪制繁、方案展示不直觀、投標(biāo)措施無依據(jù)、材料采購靠估算、亂拿亂放難管理、隨意切割浪費多、結(jié)算少依據(jù)等。因此，對模架工程管理精細(xì)化十分迫切。BIM技術(shù)對模板腳手架設(shè)計、施工、安全管理提供數(shù)字化、精細(xì)化的信息展示，通過統(tǒng)一的模型為預(yù)判、決策提供數(shù)據(jù)支持。但目前BIM技術(shù)在模架這類專項工程中的應(yīng)用還存在一定局限性，需管理人員詳細(xì)了解并在施工應(yīng)用中合理規(guī)避和調(diào)整。

1 BIM技術(shù)在工程管理中的應(yīng)用

1.1 數(shù)據(jù)協(xié)同

對于某些十分龐大的建設(shè)項目，要求相關(guān)人員對過程把控更精準(zhǔn)，基于BIM技術(shù)建立協(xié)同平臺可大大增加及時的數(shù)據(jù)傳輸效率和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，可以快速查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，減少冗余的流程[2]。

1.2 施工協(xié)同

利用BIM技術(shù)將施工數(shù)字化、模塊化，協(xié)同施工方、監(jiān)理方和業(yè)主等多方對施工進行全面協(xié)調(diào)評估，建立健全管理體制，規(guī)范施工過程，減少施工現(xiàn)場的不利因素[3]。

1.3 精細(xì)化管理

精細(xì)化管理重點為管理的精準(zhǔn)和規(guī)范，通過制訂科學(xué)有效的管理方案，實現(xiàn)解決管理的目的。[4]。

基于BIM技術(shù)在工程項目建設(shè)的不同階段進行的精細(xì)化管理主要包括：設(shè)計階段精細(xì)化管理、施工階段精細(xì)化管理和運營維護階段精細(xì)化管理。

在工程項目建設(shè)的設(shè)計階段，通過BIM技術(shù)建立三維設(shè)計模型，多方通過云端審圖(依據(jù)錄入標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的系統(tǒng)驗證審圖和傳統(tǒng)人工審圖相結(jié)合)，形成評估報告及審核意見反饋，實現(xiàn)虛擬設(shè)計和智能設(shè)計。各專業(yè)系統(tǒng)可從信息模型中獲取所需的設(shè)計參數(shù)和相關(guān)信息，當(dāng)模型發(fā)生變化時，與之關(guān)聯(lián)的圖表和文檔將自動更新，避免數(shù)據(jù)冗余、歧義和錯誤，可有效縮短設(shè)計時間。

在工程項目建設(shè)的施工階段，基于BIM技術(shù)將建筑物及施工現(xiàn)場3D模型與施工進度相鏈接，并與施工資源和場地布置信息集成一體，實現(xiàn)動態(tài)、集成和可視化的5D施工精細(xì)化管理及施工過程的可視化模擬。對工程項目的功能及可建造性等潛在問題進行預(yù)測，保證施工過程中資源的合理分配以及建設(shè)項目的成本精細(xì)化管理。

在工程項目的運營維護階段，建立項目運維平臺并與BIM模型結(jié)合，充分發(fā)揮空間定位和數(shù)據(jù)記錄的優(yōu)勢，通過數(shù)字化系統(tǒng)快速、準(zhǔn)確地對發(fā)生故障的區(qū)域進行標(biāo)記和提示，方便進行檢修。對用戶水、電、天然氣等資源的能耗情況進行跟蹤記錄[5]，分析不合理的資源使用情況并進行處理整合，為后續(xù)資源節(jié)約措施提供數(shù)據(jù)支撐。還可以結(jié)合現(xiàn)場環(huán)境影響，模擬災(zāi)害發(fā)生時人員疏散、救援的措施，針對結(jié)構(gòu)損傷、材料劣化及災(zāi)害破壞進行建筑結(jié)構(gòu)安全性、耐久性分析與預(yù)測。

目前，基于BIM技術(shù)的精細(xì)化管理已應(yīng)用在工程項目的各個領(lǐng)域，尤其針對大型化、復(fù)雜化綜合化的工程項目施工管理優(yōu)勢更加凸顯。對模板腳手架這類專項工程的施工管理利用BIM技術(shù)解決其存在的問題是很有價值的。

2 BIM技術(shù)在模架工程精細(xì)化管理中的價值

2.1 BIM技術(shù)在模架方案設(shè)計階段精細(xì)化管理的價值

模架方案設(shè)計階段BIM技術(shù)的應(yīng)用價值主要有以下幾點：

(1)模架選型。第一部分是了解工程的實際需求，通過前期的結(jié)構(gòu)模型及工程量等數(shù)據(jù)，對比市場中能夠供應(yīng)的材料，從質(zhì)量、規(guī)格、價格等多方面考慮，對模架規(guī)格進行初篩，選擇認(rèn)為較合適的2～3種模架按照市場公布的參數(shù)規(guī)格在軟件中進行預(yù)搭，并對導(dǎo)出的材料量表進行匯總及估算對比。第二部分是對于所選用材料的參數(shù)可借助模架BIM軟件來模擬分析。通過腳手架與連接各部分的依賴關(guān)系，圍繞腳手架的采購材料數(shù)據(jù)進行模擬，包括架體長度的設(shè)置、布設(shè)等具體數(shù)據(jù)，來分析該材質(zhì)與施工建筑本身是否存在沖突關(guān)系和不安全因素。綜合成本、安全等因素選擇最為適宜的模架類型。如圖1所示。

圖1 基于BIM的模架方案設(shè)計流程圖

(2)深化設(shè)計。一是基于BIM技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)整體理解與分析。不同的建筑結(jié)構(gòu)，腳手架設(shè)計方案有所不同，其搭設(shè)方式關(guān)系著支撐體系整體的穩(wěn)定性和安全性。二是在設(shè)計方案中，通過模架BIM軟件模擬模架搭建與拆除的過程，動態(tài)查看布設(shè)情況，了解各實施步驟中的安全風(fēng)險與隱患，提前排除或制定相關(guān)措施，完善模架工程施工部署。

(3)安全計算。一是可以借助模架BIM軟件，對模板腳手架的受力情況進行反復(fù)計算，包括高支模區(qū)域中對于材料規(guī)格及可能產(chǎn)生的力學(xué)參數(shù)，通過多種情況的數(shù)據(jù)分析，來判斷不同的支撐體系能夠滿足的受力要求。二是通過3D模型能清晰地顯示出模板腳手架施工中各個部件施工的技術(shù)特點，并自動識別危大及超危大構(gòu)件部分，預(yù)判關(guān)鍵部位和存在安全隱患的部位，在施工前就能進行有針對性的技術(shù)交底，著重進行管理。三是彌補施工人員對于規(guī)范要求的熟悉度不夠、結(jié)構(gòu)力學(xué)、材料力學(xué)屬性了解深度不夠，通過模架BIM軟件內(nèi)嵌的算法協(xié)同規(guī)范形成的參數(shù)約束條件，進行合理性分析并生成安全計算書(如圖2所示)。

2.2 BIM技術(shù)在模架工程現(xiàn)場施工階段精細(xì)化管理的價值

模架現(xiàn)場施工階段BIM技術(shù)的應(yīng)用價值主要有以下幾點：

(1)配模設(shè)計。一是由于每根梁和柱子或者樓板所需要的模板不是恰好合適，需要對整塊模板進行切割。在切割前必須統(tǒng)一計算、統(tǒng)一管理，優(yōu)化拼模配置，增加整板利用率減少切割次數(shù)，這樣才更利于標(biāo)準(zhǔn)化周轉(zhuǎn)。二是為每根梁柱以及樓板的模板出具平面拼接圖，這樣方便作業(yè)人員施工及模板協(xié)調(diào)配置。三是對于成品模板，精細(xì)化的配模有利于工廠化加工，其運輸和堆放也可以參照具體的施工進度進場，避免二次搬運。

(2)可視化方案交底。一是BIM模架軟件支持整棟、整層或任意剖切三維模型，可以直觀顯示和輸出剖切部位的高清圖片，用于成果展示和進度匯報。二是支持模板支架的平面、立面、剖面以及不同位置詳細(xì)節(jié)點二維圖紙輸出，可直接用于現(xiàn)場放樣。并且與三維模型關(guān)聯(lián)性強，可以相互轉(zhuǎn)化。三是可視化設(shè)計成果通過動畫加工，進行模架安拆工藝模擬，可直接應(yīng)用于專家論證和現(xiàn)場工人交底。

(3)材料用量統(tǒng)計。一是可根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件類型、流水段等不同劃分標(biāo)準(zhǔn)，輸出相應(yīng)區(qū)域的材料用量，包括不同類型的構(gòu)件、不同長度的鋼管數(shù)量、配模后不同尺寸的模板數(shù)量等。將用料量與進度計劃掛接，實現(xiàn)材料進出庫精細(xì)化管理。二是根據(jù)用料表通過精細(xì)化計算生成模板腳手架施工經(jīng)濟可行性報告，按照推薦用量采購和租賃模架材料，形成材料采購計劃表。如果施工時方案調(diào)整，只需改動計算參數(shù)，布設(shè)位置、計劃表均會聯(lián)動調(diào)整，無須重復(fù)計算，避免人工計算出現(xiàn)誤差。

(4)安全管理。一是通過BIM+VR進行崗前沉浸式安全教育，身臨其境感受高空墜落、高空物體打擊、模架坍塌等場景，使作業(yè)人員從內(nèi)心進行安全教育，明白模架工程安全事故的嚴(yán)重后果及進行安全管理的重要性，規(guī)范施工作業(yè)安全。二是將監(jiān)測設(shè)備模型及其ID信息也添加到模架BIM模型中，便于實現(xiàn)可視化對準(zhǔn)與聯(lián)動。管理人員不僅可以直觀查看現(xiàn)場安全狀態(tài)，預(yù)測支撐體系變化趨勢，設(shè)定安全預(yù)警值，通過積累的數(shù)據(jù)信息，方便事故追溯調(diào)查(如圖2所示)。

圖2 模架安全管理模式圖

(5)外腳手架布設(shè)。一是通過BIM模架軟件的三維仿真和計算功能確定外腳手架形式，并對施工便利度和工程的質(zhì)量進行評價，制訂最為科學(xué)、合理的外架布設(shè)方案。二是積累大量的外架搭設(shè)模型，逐漸形成企業(yè)甚至行業(yè)的3D標(biāo)準(zhǔn)，有利于施工單位建設(shè)安全文明工地。

3 BIM技術(shù)在模架工程精細(xì)化管理中的局限性

BIM作為技術(shù)工具，為工程精細(xì)化管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，使后期深化有據(jù)可循，但施工項目精細(xì)化管理十分復(fù)雜，不僅需要有完整的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，而且與現(xiàn)場業(yè)務(wù)管理深入程度有很大的關(guān)系。BIM軟件作為BIM技術(shù)應(yīng)用的重點工具，在工程中成本管控、可視化的價值已獲得大家認(rèn)可。目前由于BIM技術(shù)及相關(guān)軟件開發(fā)仍處于發(fā)展上升階段，且精細(xì)化管理控制因素較多，兩者在模架工程實際應(yīng)用中也存在一定的局限性。

BIM技術(shù)在模板腳手架工程精細(xì)化管理的局限性，主要從以下幾點說明：

(1)實用性。一是在我國傳統(tǒng)建設(shè)行為依然占據(jù)主導(dǎo)，BIM技術(shù)并沒有全線推動，還缺乏相對應(yīng)的研究與分析，施工中專項工程類BIM軟件沒有得到推廣使用。二是縱觀當(dāng)下建筑行業(yè)市場，對于BIM技術(shù)人才的需求缺口是非常大，專業(yè)技術(shù)人員及軟件操作人員能參與到實際項目中還需要較長時間。三是相比傳統(tǒng)人工計算模架工程量，BIM軟件使計算錯誤率大大降低，統(tǒng)計工程量較為公開，成本透明度較高，使施工單位利潤率降低[5]。四是BIM技術(shù)指導(dǎo)屬于先行，相關(guān)BIM軟硬件需要購買或租賃，在前期還未看到效益時就支出這筆費用，也讓很多項目經(jīng)理望而卻步。

(2)數(shù)據(jù)信息誤差性。一是BIM軟件國內(nèi)外供應(yīng)商較多，有些建模軟件的二次開發(fā)接口并未開放，一些有能力的企業(yè)，無法自主編寫算法與工程特點相適應(yīng)。二是軟件之間的交換規(guī)則也并未完全明確，模型互導(dǎo)時構(gòu)件不能完全轉(zhuǎn)換，會出現(xiàn)信息丟失等狀況，不能完全實現(xiàn)“一模多用”，增加了人工檢查的工作量。三是雖然各地政府及主管部門出臺了很多推進BIM技術(shù)的措施和政策，但是像利用BIM技術(shù)輔助模板腳手架工程的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、計量計價標(biāo)準(zhǔn)等，整個國內(nèi)建筑市場并沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，導(dǎo)致BIM相關(guān)產(chǎn)業(yè)市場接受程度不同，上下游產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)的公司在核對數(shù)量、價格等數(shù)據(jù)時較為困難。

(3)工程范圍適用性。一是目前的BIM模板腳手架設(shè)計軟件中，模板品類單一、模架類型對于適應(yīng)日益復(fù)雜的工程項目支持度明顯不夠，不能適應(yīng)發(fā)展越來越快的模架技術(shù)。住建部發(fā)布的《建筑業(yè)10項新技術(shù)(2017版)》[6]中提到的整體爬升模架、附著式升降腳手架、管廊模板、箱梁模板等，均無法通過相關(guān)模架軟件全方位模擬和應(yīng)用。二是目前的模架軟件雖然支持模擬組合式鋼模板拼模方案，但是僅限于導(dǎo)出拼模圖和主模板材料用量。類似U型卡、山型件等模板附屬構(gòu)件用量則無法精確統(tǒng)計。三是常規(guī)類BIM模架設(shè)計軟件對墻、梁、板、柱等常規(guī)類構(gòu)件均適用，卻無法對樓梯、墊層、導(dǎo)墻等結(jié)構(gòu)構(gòu)件或異形程度較大的結(jié)構(gòu)進行精確拼模，需模糊估算或人工換算，但換算規(guī)則還需通過大量實際項目積累經(jīng)驗。

(4)技術(shù)指導(dǎo)性。一是BIM模板腳手架設(shè)計軟件在進行編寫拼模算法時，只考慮了減少模板剪裁，增加整板利用率，對于現(xiàn)場施工可能出現(xiàn)的問題考慮不夠周全，且不同模板類型和不同作業(yè)隊施工操作方法也并不統(tǒng)一。通過軟件導(dǎo)出的二維拼模圖與模架材料規(guī)格表在模板裁剪及拼裝指導(dǎo)中有限制性。二是軟件設(shè)置成品模架拼模方案參數(shù)時，只能設(shè)置單一主模規(guī)格，其他部位只能由軟件自動匹配生成。但在生成的材料表中所匹配的規(guī)格并不符合市場主流的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)格，給項目部在采購等方面造成影響。

(5)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)性。一是BIM模板腳手架軟件內(nèi)置標(biāo)準(zhǔn)不夠全面，不能完全滿足各地工程項目使用要求。二是相關(guān)BIM軟件供應(yīng)商不能第一時間更新最新規(guī)范，軟件迭代時間較長。三是模板腳手架設(shè)計軟件行業(yè)屬性鮮明，而專業(yè)的算法工程師一般不具備建筑行業(yè)的背景，一方面要提高軟件算法對規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容轉(zhuǎn)化的編寫與開發(fā)，另一方面則需要以更多工程項目作為對象進行分析驗證，不斷優(yōu)化軟件算法。

結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)數(shù)據(jù)化、可視化和協(xié)同化特點在模架工程的方案設(shè)計階段和現(xiàn)場施工階段均提供了有價值的幫助，為模架工程精細(xì)化管理提供了新的思路和模式。然而BIM技術(shù)在工程實際應(yīng)用中還存在著一些局限性，需要加強BIM技術(shù)與項目管理各主體的融合。針對BIM技術(shù)本身系統(tǒng)性誤差和基于BIM技術(shù)的軟件載體存在的模型的模擬過程缺陷，需對項目管理的具體對象進行相關(guān)技術(shù)調(diào)整，以使模擬效果達到最佳。

隨著科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展，BIM技術(shù)發(fā)展也更多元化。工程項目管理人員應(yīng)多參考國外先進BIM技術(shù)案例，靈活運用BIM模型，將BIM技術(shù)合理地融入工程項目精細(xì)化管理進程中，摸索創(chuàng)新更多專項工程的管理模式。