BIM技術在扣件式腳手架工程中的應用

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

由于全國建筑行業(yè)快速發(fā)展，許多施工企業(yè)一昧地追求建造速度，項目管理意識淡薄。腳手架工程專項施工方案存在照搬其他項目，不符合工程需求。方案編寫人沒有根據(jù)項目實際情況深入、仔細的研究腳手架鋼管、連墻件、剪刀撐等構件布置的情況。導致施工方案針對性和可操作性差、計算模型與現(xiàn)場實際要求不符、技術交底不直觀、效果差。加之現(xiàn)場管理不到位，現(xiàn)場工人隨意施工、架體搭設不滿足規(guī)范要求的情況時有發(fā)生，使施工現(xiàn)場存在較大安全隱患。

并且，腳手架鋼管、剪刀撐、扣件等構件數(shù)量多，常規(guī)材料統(tǒng)計是人工估算，存在一定誤差。無法對現(xiàn)場材料進行精細化管控，容易發(fā)生租賃材料過多、成本增加問題。

1. 技術應用背景

近幾年來，鋁合金模板的使用比較普遍。其具有施工進度快，施工質量高，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，同時鋁合金模板是一種可循環(huán)使用材料。傳統(tǒng)的鋁模配模深化設計一般使用CAD軟件，依靠設計者的三維想象能力進行設計，設計中出現(xiàn)問題很難發(fā)現(xiàn)，出圖質量難以保證。

為了提高工作效率、減少設計錯誤，采用BIM技術對鋁模進行三維立體化、參數(shù)化的設計。根據(jù)所處的結構位置對每一個構件進行編號，設計完成后不僅可以清楚的了解標準構件和非標準構件的編號以及工程量，同時可以生成加工料表，還可以將模型導出加工詳圖，有利于工廠的預制加工，加快生產(chǎn)進度。

近年來許多施工單位將BIM技術應用到腳手架工程中。通過創(chuàng)建精細化BIM腳手架模型，輔助編制有針對性的、可實施的施工方案，進行直觀、高效的三維技術交底。同時，利用BIM技術精確統(tǒng)計材料用量，有效進行成本管控。

根據(jù)調查資料顯示，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基于Windows開發(fā)的三維CAD系統(tǒng)，在機械設計領域得到廣泛應用。

SolidWorks具有功能強大、易學易用和技術創(chuàng)新三大特點，并且能夠快速完成動畫演示以及能與專業(yè)渲染軟件媲美的渲染功能。

但SolidWorks與國內主流的BIM軟件兼容性較差。以Revit與SolidWorks之間數(shù)據(jù)傳遞為例，當將SolidWorks模型傳入Revit時，需要將SolidWorks模型導出為Sat或 Dwg格式文件，導致導入到Revit軟件中時丟失構件的參數(shù)信息。

（2）Revit

作為國內民用建筑領域中普及率最高的BIM軟件，Revit在BIM全生命周期中扮演著十分重要的角色。國內絕大多數(shù)設計單位、施工單位的BIM模型基本都是由Revit軟件完成。

通過Revit建立腳手架BIM模型，可以直接在已經(jīng)完成的Revit主體模型基礎上進行，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題。并且Revit擁有十分龐大的使用群體，許多相關技術資料及族文件可以在互聯(lián)網(wǎng)上進行分享使用。

但由于腳手架模型中構件較多，完成一個完整、準確的腳手架BIM模型需要花費大量的建模時間。導致很多項目在完成腳手架BIM模型時項目部已經(jīng)完成腳手架專項施工方案甚至腳手架已經(jīng)搭設完畢，使完成的腳手架BIM模型沒有發(fā)揮出應有的作用。

（3）基于Revit插件

國內的一些軟件開發(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用。由于各軟件開發(fā)公司在開發(fā)快速布置腳手架插件時，只是考慮了一些通用性的設置，無法根據(jù)項目自身特點生成符合本項目的腳手架模型。

2.應用概況

2.1 項目簡介

沈陽市龍湖道義項目（E1地塊）一期三組團，建設地點位于遼寧省沈陽市沈北新區(qū)。本工程總建筑面積為44294.80㎡。結構類型剪力墻、框架。項目主要包含36棟三層別墅，兩棟商業(yè)及兩棟設備用房。

腳手架搭設采用雙排單立桿，立桿距結構外沿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。

項目效果圖

2.2 軟件比選

根據(jù)以往項目經(jīng)驗以及對國內BIM技術在腳手架工程應用情況的調查，對建立腳手架BIM模型所用軟件有以下幾點要求：

（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度

（4） 根據(jù)不同的施工方案作出快速響應

（5） 快速提取工程量

該項目采用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，項目部決定繼續(xù)采用Revit軟件來完成腳手架BIM建模工作。

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

由于建模人員缺少計算機編程基礎，無法通過C#語言針對Reivt進行二次開發(fā)。如要解決提高建模速度以及能夠生成滿足該項目特點的腳手架BIM模型，Dynamo可以十分便捷的解決以上問題。

Dynamo節(jié)點圖

Dynamo(下面簡稱Dy)是參數(shù)化建筑設計軟件中的一種高效的計算機輔助設計工具，是基于Autodesk Revit信息管理平臺的開源式插件。它是通過計算式設計方法和可視化編程語言，針對某個問題在工作界面里連接預定義功能的節(jié)點設置一套循序漸進的程序流，通過輸入、處理和輸出的基本邏輯解決問題。

2.3 Dynamo參數(shù)化建模思路

考慮計算機運行速度以及使完成的Dy程序能夠滿足不同項目的特點及需求，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）自動模擬立桿

首先將腳手架搭設的基本數(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輪廓線。由于Dynamo腳手架程序涉及到的節(jié)點較多，并且對腳手架相關數(shù)據(jù)需進行隨時調整。為了方便操作人員調整腳手架數(shù)據(jù)。通過Excel與Dynamo數(shù)據(jù)交互的方式對Dynamo腳手架程序進行數(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“內側立桿離墻距離”三個參數(shù)自動生成模擬立桿。

Excel數(shù)據(jù)表

為了保證腳手架模型的準確性和合理性，對如門洞、突出部位上方等部位的模擬立桿的底標高、頂標高進行手動調整。

（2）根據(jù)模擬立桿生成模擬縱向水平桿

模擬立桿調整完成后，通過Dy運行自動生成掃地桿、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”、“端側水平桿伸出長度”信息。根據(jù)上述數(shù)據(jù)具體數(shù)值以及調整過后的模擬立桿生成模擬縱向水平桿。

Dynamo局部節(jié)點圖（一）

根據(jù)規(guī)范要求腳手架立桿基礎不在統(tǒng)一高度上時，必須將高處的掃地桿向低處延長兩跨與立桿固定。所以該Dy程序需要對不同高度的掃地桿的鏈接情況進行判斷。根據(jù)Dy程序的控制來滿足規(guī)范要求。

Dynamo局部節(jié)點圖（二）

雙排腳手架除每步需設置縱向水平桿后，還需在每步距間設置兩道縱向水平桿、縱向水平桿需放置在立桿內側、腳手架轉交部位的縱向腳手架需高低錯開等問題。所以該程序中需要進行大量的數(shù)據(jù)判斷和處理，由于Dy軟件自身缺陷，導致運行速度過慢。

（3）生成模擬橫向水平桿

由于自動生成模擬縱向水平桿速度過慢，為了防止計算機出現(xiàn)死機及軟件崩潰的情況，將生成橫向水平桿的程序獨立拆分處理。

Dynamo局部節(jié)點圖（三）

（4）自動插入扣件以及對立桿、水平桿進行鋼管自動排布

模擬立桿、水平桿生成完畢后，對一些不合理的位置進行手動調整。調整無誤后即可運行插入扣件及鋼管自動排布的Dy程序。

在制作該程序時，應注意滿足：

當立桿采用對接接長時，立桿的對接扣件應交錯布置。兩根相鄰立桿的接頭不應設置在同步內、兩根相鄰縱向水平桿的接頭不應設置在同步或同跨內等相關要求。

2.4 工程量統(tǒng)計

通過Dynamo快速建立腳手架模型，并由Revit直接導出該腳手架所用的詳細工程量統(tǒng)計。同時也可以通過Dynamo或Revit快速統(tǒng)計各個長度鋼管的數(shù)量，為項目部鋼管租賃工作進行數(shù)據(jù)支持。

2.5 現(xiàn)場移動端檢查

Dynamo創(chuàng)建的腳手架模型可以導入到IPAD或手機等移動設備中，管理人員在施工現(xiàn)場可以隨時查看三維腳手架模型，通過模型與實物比對檢查，快速發(fā)現(xiàn)不符合方案要求的搭設位置，有效避免安全隱患發(fā)生。

現(xiàn)場檢查布置情況

3 結語

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

3.1 問題與不足

通過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強度。但在使用過程中同樣遇到了一些問題和不足。

（1）UI界面

在完成此Dynamo程序時，曾設想通過UI（User Interface）界面對腳手架基本搭設信息進行錄入。通過查閱相關文獻及技術書籍發(fā)現(xiàn)，如想在Dynamo創(chuàng)建UI需要通過Visual Studio進行編程開發(fā)。但由于自身編程能力匱乏，并沒有完成Dynamo中UI界面的開發(fā)編程工作

（2）軟件普及困難

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

并且由于對Dynamo的操作及使用需要一定的學習時間，導致如將通過Dynamo所完成的程序進行廣泛推廣，需進行大量的Dynamo專項培訓。

（3）需要接入人工手動操作

在建立腳手架BIM模型時，無法直接通過Dynamo軟件去直接對主體結構模型的各個構件進行分析。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調節(jié)。

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

（4）剪刀撐布置

根據(jù)規(guī)范要求剪刀撐布置水平夾角應為45°~60°之間，但現(xiàn)階段通過Dynamo進行剪刀撐布置只能自動布置固定角度的剪刀撐。無法根據(jù)腳手架架體實際情況布置剪刀撐，所以現(xiàn)階段只能對剪刀撐進行人工手動布置。

（5）連墻件設置

通過Dynamo根據(jù)已經(jīng)完成的主體結構模型布置腳手架BIM模型。在理想狀態(tài)下是應通過Dy對主體模型的外圍護結構進行分析，并根據(jù)規(guī)范要求合理進行腳手架連墻件布置。

但由于Dynamo和Revit軟件運行時均需要占用大量的計算機硬件資源，在嘗試通過Dynamo對整個主體結構模型分析并結合腳手架模型進行連墻件自動布置時，出現(xiàn)多次計算機軟件崩潰的情況，故連墻件設置對電腦配置要求較高。

（6）受力計算

現(xiàn)在較為常用的腳手架計算軟件均已“一榀”進行計算，并且無法將BIM模型通過IFC等數(shù)據(jù)轉換格式導入到計算軟件中。

3.2 展望

由于C#運行速度比Dynamo快10倍左右，所以通過C#語言對Revit進行二次開發(fā)，可以大大提高程序的運行速度，并結合相關計算機語言可以將所開發(fā)的程序進行大面積推廣。

通過計算機對腳手架進行受力計算。在編制腳手架專項施工方案前期，根據(jù)不同的腳手架搭設方案并根據(jù)結構主體BIM模型合理布置連墻件及快速生成腳手架計算書。

（編輯：奚雅青）