文章来源：东北公司 中天施工技术

    脚手架不仅是建筑施工过程中提供给建筑物和施工人员的重要安全防护，更是施工现场文明施工形象的一个“宣传墙”。

    由于全国建筑行业快速发展，许多施工企业一昧地追求建造速度，项目管理意识淡薄。脚手架工程专项施工方案存在照搬其他项目，不符合工程需求。方案编写人没有根据项目实际情况深入、仔细的研究脚手架钢管、连墙件、剪刀撑等构件布置的情况。导致施工方案针对性和可操作性差、计算模型与现场实际要求不符、技术交底不直观、效果差。加之现场管理不到位，现场工人随意施工、架体搭设不满足规范要求的情况时有发生，使施工现场存在较大安全隐患。

    并且，脚手架钢管、剪刀撑、扣件等构件数量多，常规材料统计是人工估算，存在一定误差。无法对现场材料进行精细化管控，容易发生租赁材料过多、成本增加问题。

    1.技术应用背景

    近几年来，铝合金模板的使用比较普遍。其具有施工进度快，施工质量高，性能稳定，施工安全，不产生建筑垃圾，人工和材料成本低等优点，同时铝合金模板是一种可循环使用材料。传统的铝模配模深化设计一般使用CAD软件，依靠设计者的三维想象能力进行设计，设计中出现问题很难发现，出图质量难以保证。

    为了提高工作效率、减少设计错误，采用BIM技术对铝模进行三维立体化、参数化的设计。根据所处的结构位置对每一个构件进行编号，设计完成后不仅可以清楚的了解标准构件和非标准构件的编号以及工程量，同时可以生成加工料表，还可以将模型导出加工详图，有利于工厂的预制加工，加快生产进度。

    近年来许多施工单位将BIM技术应用到脚手架工程中。通过创建精细化BIM脚手架模型，辅助编制有针对性的、可实施的施工方案，进行直观、高效的三维技术交底。同时，利用BIM技术精确统计材料用量，有效进行成本管控。

    根据调查资料显示，现阶段建立脚手架BIM模型主要使用以下几款软件：

    （1）SolidWorks

    SolidWorks软件是世界上第一个基于Windows开发的三维CAD系统，在机械设计领域得到广泛应用。

    SolidWorks具有功能强大、易学易用和技术创新三大特点，并且能够快速完成动画演示以及能与专业渲染软件媲美的渲染功能。

    但SolidWorks与国内主流的BIM软件兼容性较差。以Revit与SolidWorks之间数据传递为例，当将SolidWorks模型传入Revit时，需要将SolidWorks模型导出为Sat或Dwg格式文件，导致导入到Revit软件中时丢失构件的参数信息。

    （2）Revit

    作为国内民用建筑领域中普及率最高的BIM软件，Revit在BIM全生命周期中扮演着十分重要的角色。国内绝大多数设计单位、施工单位的BIM模型基本都是由Revit软件完成。

    通过Revit建立脚手架BIM模型，可以直接在已经完成的Revit主体模型基础上进行，避免了由于不同软件之间兼容性差异所造成的信息丢失的问题。并且Revit拥有十分庞大的使用群体，许多相关技术资料及族文件可以在互联网上进行分享使用。

    但由于脚手架模型中构件较多，完成一个完整、准确的脚手架BIM模型需要花费大量的建模时间。导致很多项目在完成脚手架BIM模型时项目部已经完成脚手架专项施工方案甚至脚手架已经搭设完毕，使完成的脚手架BIM模型没有发挥出应有的作用。

    （3）基于Revit插件

    国内的一些软件开发公司也同样推出了基于Revit软件的快速布置脚手架的插件应用。由于各软件开发公司在开发快速布置脚手架插件时，只是考虑了一些通用性的设置，无法根据项目自身特点生成符合本项目的脚手架模型。

    2.应用概况

    2.1项目简介

    沈阳市龙湖道义项目（E1地块）一期三组团，建设地点位于辽宁省沈阳市沈北新区。本工程总建筑面积为44294.80㎡。结构类型剪力墙、框架。项目主要包含36栋三层别墅，两栋商业及两栋设备用房。

    脚手架搭设采用双排单立杆，立杆距结构外沿0.5m，排距（横距）为0.8m，歩距为1.8m，中间增加一道大横杆，纵距为1.5m。

    ▲项目效果图

    2.2软件比选

    根据以往项目经验以及对国内BIM技术在脚手架工程应用情况的调查，对建立脚手架BIM模型所用软件有以下几点要求：

    （1）软件间数据传递尽可能完整

    （2）建模速度快

    （3）尽可能减少工作人员工作强度

    （4）根据不同的施工方案作出快速响应

    （5）快速提取工程量

    该项目采用Revit软件建立建筑物主体模型。根据建模人员的软件熟悉程度，项目部决定继续采用Revit软件来完成脚手架BIM建模工作。

    由于Revit软件建立脚手架模型需投入大量的时间成本和人力成本，在尝试过市面上较为常用的基于Revit脚手架建模插件后。普遍认为插件虽然在建模速度上有十分显著的提高，但无法根据该项目建筑物特点生成准确的脚手架BIM模型。

    由于建模人员缺少计算机编程基础，无法通过C#语言针对Reivt进行二次开发。如要解决提高建模速度以及能够生成满足该项目特点的脚手架BIM模型，Dynamo可以十分便捷的解决以上问题。

    ▲Dynamo节点图

    Dynamo(下面简称Dy)是参数化建筑设计软件中的一种高效的计算机辅助设计工具，是基于AutodeskRevit信息管理平台的开源式插件。它是通过计算式设计方法和可视化编程语言，针对某个问题在工作界面里连接预定义功能的节点设置一套循序渐进的程序流，通过输入、处理和输出的基本逻辑解决问题。

    2.3Dynamo参数化建模思路

    考虑计算机运行速度以及使完成的Dy程序能够满足不同项目的特点及需求，将脚手架建模工程所需的Dy编程工作分成以下4个模块，具体操作流程如图3所示。

    ▲参数化建立脚手架模型流程

    （1）自动模拟立杆

    首先将脚手架搭设的基本数据输入到Excel中，如图4所示，并根据已完成Revit主体模型建立脚手架搭设轮廓线。由于Dynamo脚手架程序涉及到的节点较多，并且对脚手架相关数据需进行随时调整。为了方便操作人员调整脚手架数据。通过Excel与Dynamo数据交互的方式对Dynamo脚手架程序进行数据录入。

    Dy根据轮廓线以及在Excel中的“立杆横距”、“立杆纵距”、“脚手架高度”以及“内侧立杆离墙距离”三个参数自动生成模拟立杆。

    ▲Excel数据表

    为了保证脚手架模型的准确性和合理性，对如门洞、突出部位上方等部位的模拟立杆的底标高、顶标高进行手动调整。

    （2）根据模拟立杆生成模拟纵向水平杆

    模拟立杆调整完成后，通过Dy运行自动生成扫地杆、纵向水平杆程序。

    首先读取前期输入完成的Excel数据中的“扫地杆高度”、“步距”、“端侧水平杆伸出长度”信息。根据上述数据具体数值以及调整过后的模拟立杆生成模拟纵向水平杆。

    ▲Dynamo局部节点图（一）

    根据规范要求脚手架立杆基础不在统一高度上时，必须将高处的扫地杆向低处延长两跨与立杆固定。所以该Dy程序需要对不同高度的扫地杆的链接情况进行判断。根据Dy程序的控制来满足规范要求。

    ▲Dynamo局部节点图（二）

    双排脚手架除每步需设置纵向水平杆后，还需在每步距间设置两道纵向水平杆、纵向水平杆需放置在立杆内侧、脚手架转交部位的纵向脚手架需高低错开等问题。所以该程序中需要进行大量的数据判断和处理，由于Dy软件自身缺陷，导致运行速度过慢。

    （3）生成模拟横向水平杆

    由于自动生成模拟纵向水平杆速度过慢，为了防止计算机出现死机及软件崩溃的情况，将生成横向水平杆的程序独立拆分处理。

    ▲Dynamo局部节点图（三）

    （4）自动插入扣件以及对立杆、水平杆进行钢管自动排布

    模拟立杆、水平杆生成完毕后，对一些不合理的位置进行手动调整。调整无误后即可运行插入扣件及钢管自动排布的Dy程序。

    在制作该程序时，应注意满足：

    当立杆采用对接接长时，立杆的对接扣件应交错布置。两根相邻立杆的接头不应设置在同步内、两根相邻纵向水平杆的接头不应设置在同步或同跨内等相关要求。

    2.4工程量统计

    通过Dynamo快速建立脚手架模型，并由Revit直接导出该脚手架所用的详细工程量统计。同时也可以通过Dynamo或Revit快速统计各个长度钢管的数量，为项目部钢管租赁工作进行数据支持。

    2.5现场移动端检查

    Dynamo创建的脚手架模型可以导入到IPAD或手机等移动设备中，管理人员在施工现场可以随时查看三维脚手架模型，通过模型与实物比对检查，快速发现不符合方案要求的搭设位置，有效避免安全隐患发生。

    ▲现场检查布置情况

    3结语

    在脚手架工程中应用BIM技术，不仅提高了脚手架专项施工方案的可实施性，并且项目部对脚手架班组进行工程量审核、施工成本预估提供了可靠的参考依据。提高了项目部在脚手架工程中的技术管理以及成本管理的整体水平。

    3.1问题与不足

    通过Dynamo建立脚手架BIM模型，在整体建模速度上得到了大大的提高。减少了建模人员大量的劳动强度。但在使用过程中同样遇到了一些问题和不足。

    （1）UI界面

    在完成此Dynamo程序时，曾设想通过UI（UserInterface）界面对脚手架基本搭设信息进行录入。通过查阅相关文献及技术书籍发现，如想在Dynamo创建UI需要通过VisualStudio进行编程开发。但由于自身编程能力匮乏，并没有完成Dynamo中UI界面的开发编程工作

    （2）软件普及困难

    由于Dynamo软件自身特点，需安装或自行编辑大量的“节点包”。导致在将已经编辑好的Dy程序传递给其他同事时，需将“节点包”一并传递给其他操作人员。

    并且由于对Dynamo的操作及使用需要一定的学习时间，导致如将通过Dynamo所完成的程序进行广泛推广，需进行大量的Dynamo专项培训。

    （3）需要接入人工手动操作

    在建立脚手架BIM模型时，无法直接通过Dynamo软件去直接对主体结构模型的各个构件进行分析。所以如一层门头、顶层出挑等部位的脚手架立杆部分需手动调节。

    由于对Dynamo的软件操作局限性，无法自由、合理的布置不同角度的剪刀撑及脚手架门洞位置布置。但由于该项工作工作量较小，门洞及剪刀撑采用手动布置。

    （4）剪刀撑布置

    根据规范要求剪刀撑布置水平夹角应为45°~60°之间，但现阶段通过Dynamo进行剪刀撑布置只能自动布置固定角度的剪刀撑。无法根据脚手架架体实际情况布置剪刀撑，所以现阶段只能对剪刀撑进行人工手动布置。

    （5）连墙件设置

    通过Dynamo根据已经完成的主体结构模型布置脚手架BIM模型。在理想状态下是应通过Dy对主体模型的外围护结构进行分析，并根据规范要求合理进行脚手架连墙件布置。

    但由于Dynamo和Revit软件运行时均需要占用大量的计算机硬件资源，在尝试通过Dynamo对整个主体结构模型分析并结合脚手架模型进行连墙件自动布置时，出现多次计算机软件崩溃的情况，故连墙件设置对电脑配置要求较高。

    （6）受力计算

    现在较为常用的脚手架计算软件均已“一榀”进行计算，并且无法将BIM模型通过IFC等数据转换格式导入到计算软件中。

    3.2展望

    由于C#运行速度比Dynamo快10倍左右，所以通过C#语言对Revit进行二次开发，可以大大提高程序的运行速度，并结合相关计算机语言可以将所开发的程序进行大面积推广。

    通过计算机对脚手架进行受力计算。在编制脚手架专项施工方案前期，根据不同的脚手架搭设方案并根据结构主体BIM模型合理布置连墙件及快速生成脚手架计算书。

    参考文献：

    [1]赵红晓,陈道普.周转材耗量调查分析[J].河南城建高等专科学校学报,2002(02):32-34..

    [2]李晓亮，扣件式钢管脚手架存在的问题及预防措施[J].中国建筑金属结构,2019.09:42-44

    [3]张昊,王荣香.BIM技术在悬挑式脚手架工程中的应用[A].中国建筑学会建筑施工分会.2017中国建筑施工学术年会论文集(专业卷)[C].中国建筑学会建筑施工分会:,2017:3.

    [4]崔晓强,季方,李自可.基于BIM的悬挑脚手架专家系统开发[J].建筑施工,2017,39(05):673-675.

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