常自昌 梁 军 巩利军 刘 磊 杨 擘 王家庚

(甘肃省长城建设集团有限责任公司，兰州 730099)

引言

随着经济社会的发展，建筑工程质量、施工安全和生态环境要求逐渐提高，铝合金模板技术和附着式升降脚手架技术均已列入建筑业10项新技术(2017版)，且已被工程建设行业广泛应用，其特点和优点得以充分发挥，提高了混凝土的观感质量和几何截面尺寸准确率，确保了施工过程作业人员安全。铝合金模板+模块化附着式升降脚手架共同应用于主体结构施工更是发挥了两者的优势，加快了工程进度，确保了工程质量，避免了安全事故的发生。然而，新技术的结合应用避免不了新的问题产生，高层住宅立面造型多，平面几何形状变化大，外墙转角柱、飘窗等部位突出，铝合金模板和模块化附着式升降脚手架共同使用时，会出现导轨、倒链和铝合金模板背楞碰撞和操作空间不够等现象，造成施工难度。查阅文献知，文献[1-3]结合工程案例，阐述了附着式升降脚手架安装、使用及拆卸等应用技术及架体设计、使用阶段的相关注意事项及对策。牛潮和黄小逸介绍了集成附着式升降脚手架技术、组合铝合金模板施工技术在工程中的应用[4]； 洪长河对“铝模+爬架+穿插施工”模式下的高效施工工法及控制要点做了详细的介绍[5]；罗秉乾等发明涉及一种铝合金模板与爬架共用螺杆洞的施工工法[6]；杜福祥等以全模块附着升降脚手架在重庆国金中心T2、T6 塔楼两栋超高层建筑施工中的应用为实例，阐述该新型附着式升降脚手架安装、使用及拆卸等应用技术及架体设计、使用阶段的相关注意事项[7]；苏媛媛通过对BIM配模应用的研究，以及分析铝模企业与总包单位未来的BIM工作模式，系统地提出铝模企业BIM配模实施策略、应用问题及未来思考，综合分析铝合金模板企业BIM技术发展[8]。住房和城乡建设部科技与产业化发展中心对GSCC-02A型模块化附着式升降脚手架进行了评估，认为具有推广应用价值，同意通过评估[9]；本查新项目将组合铝合金模板外墙柱突出部位转角背楞由“凸”形转角改为“凹”形转角； 模块化附着式脚手架支座安装处的组合铝合金模板K板由整体型分割为局部可提前拆卸型，国内未见相同公开文献报道[10]。综上，现有施工方法为铝模背楞整体拆除后安装爬架导轨，影响爬架安装进度和铝模背楞处混凝土质量，未见对铝合金模板+模块化附着式升降脚手架共同使用施工方法的整体优化设计考虑，而本文结合长城嘉峪苑住宅小区铝模+爬架的应用情况，基于BIM技术对铝模+爬架的深化设计及施工方法进行了创新。

1 工程概况

图1 模块化附着式升降脚手架BIM模型

长城嘉峪苑住宅小区项目由14栋高层建筑，2栋多层建筑，1栋幼儿园，建筑面积333 902.97m2，其中1-1#和1-8#楼应用铝模+附着式升降脚手架，GSCC-02A型模块化附着式升降脚手架使用层数22层，应用面积19 703.64m2，铝合金模板使用层数25层，建筑层高2.9m，应用面积82 044.38m2。铝合金建筑型材基材采用铝合金模板6061-T6，组合铝合金模板体系配备一层模板，三层支撑体系，2套K板，构件类型有墙柱、梁、盖板、顶板、楼梯、吊模、支撑件和空调板等。模块化附着式升降脚手架(GSCC-02A型)是由竖向主框架、水平支撑桁架、架体构架、附着装置、防坠装置、升降机构和电气控制系统组成的高层建筑施工用全钢脚手架，该脚手架的竖向主框架由导轨(双6.3#槽钢、φ30mm圆钢和50×50×4mm方管组焊)和焊接成型的单片式框架(50×50×4mm和40×40×4mm等方管组焊)组成； 水平支撑桁架的水平斜杆、上下弦杆和竖向弦杆均由40×40×4mm方管制成，设置于架体底部； 架体构架由竖向副框架(50×50×4mm和40×40×4mm等方管组焊)、纵向水平杆(40×40×4mm方管)、脚手板和防护立网(以20×20×2mm方管作为加强杆组成)，脚手板可根据楼层高度调整安装位置，架体构件间通过螺栓连接。架体全高14.4m，架体最大支承跨度为6m，现场用模块化模数为0.6m×0.6m，0.9m×0.6m，1.2m×0.6m，1.5m×0.6m，1.8m×0.6m，如图1所示。

2 铝合金模板+模块化附着式升降脚手架高层应用存在的问题

以往工程施工时，由于安装时，未考虑足够的线条宽度和保温厚度，模块化附着式升降脚手架提升过程中，对线条和保温造成破坏。铝合金模板配模与模块化附着式升降脚手架设计分属不同专业施工单位，进场前总承包单位未经过详细的协调确认，模块化附着式升降脚手架为不同模数的模块化标准节，在方案编制阶段，整体排布不当，优化设计不当，会造成导轨、倒链与柱铝合金模板背楞冲突，导致导轨与背楞操作空间狭小，如图2所示，对背楞突出部位焊割和做“凹”型转角处理，如图3和图4所示，混凝土强度达不到要求，安装爬架导轨支座后，造成支座处混凝土拉裂，如图5所示。

3 基于BIM技术对铝合金模板+模块化附着式升降脚手架的优化设计

3.1 优化设计及安装工艺流程

图2 背楞与导轨间距狭小 图3 焊割处理 图4“凹”型转角 图5 支座处混凝土拉裂

图6 铝模+爬架深化设计、安装流程图

为了避免铝模+爬架高层应用以上问题的存在，本工程在模块化附着式升降脚手架现场安装前，对建筑标准层铝合金模板和模块化附着式升降脚手架应用进行深化设计，将组合铝合金模板外墙柱突出部位转角背楞由“凸”形转角改为“凹”形转角； 模块化附着式脚手架支座安装处的组合铝合金模板K板由整体型分割为局部可提前拆卸型，而基于BIM技术对铝模+爬架的优化设计及施工方法创新，则使工程应用铝模+爬架时达到参数化、模块化，特殊部位进行虚拟施工和可视化交底，其深化设计和施工工艺流程图如图6所示。

3.2 深化设计关键步骤

(1)确定标准层轴网原点

根据长城嘉峪苑住宅小区项目1-8#标准层平面布置图轴网，一般选①轴/A轴为建模原点。

(2)创建铝合金模板体系模型

智能配模常用软件：Auto CAD，Revit+神机妙算。 本案例采用Revit+神机妙算建立铝合金模板体系模型，主要考虑外墙铝合金模板背楞高度、穿墙螺杆伸出长度、飘窗等特殊部位铝合金模板体系搭设情况。

(3)创建模块化附着式升降脚手架模型

在创建模块化附着式升降脚手架时，主要考虑导轨及电动葫芦附着点位置及厚度，距结构柱距离，附着点安装个数； 调整脚手架模数，使其布置合理，模块化附着式升降脚手架与铝合金模板无碰撞点，附着式导轨和倒链距离背楞250mm，以满足操作要求，模块化附着式升降脚手架和铝合金模板BIM模型如图7所示。

(a)平面布置优化图 (b)走道板标高优化图图8 飘窗处爬架优化

图7 铝模+爬架BIM模型

(4)铝合金模板和模块化附着式升降脚手架平面突出部位优化设计

应用Revit软件打开铝合金模板模型，自动链接模块化附着式升降脚手架模型至铝合金模板模型中，确保原点和其它轴网对齐； 通过碰撞检查和漫游功能，对铝合金模板和模块化附着式升降脚手架碰撞点进行检查，通过调整导轨及模块化附着式升降脚手架走道板位置，进一步进行优化设计。模块化附着式升降脚手架导轨距外墙面350mm，根据楼面平面布置图和现场情况，合理调整模块化附着式升降脚手架走道板组合模数，调整导轨之间间距，并进行可视化交底，如图8所示。

(5)铝合金模板外墙板背楞及K板构造创新

模块化附着式升降脚手架架体部分机位设置在结构梁上，为了确保每道导轨至少附着两个支座，结构梁处的铝合金模板K板需提前拆除，为了不影响该梁其它部位过早拆模，在铝合金模板+模块化附着式升降脚手架深化设计阶段，对组合铝合金模板外墙柱突出部位转角背楞由“凸”形转角创新为“凹”形转角； 根据模块化附着式升降脚手架支座大小，将支座处的K板进行创新，由整体型提前分割为局部(300mm×450mm)可拆卸型，如图9所示。

(a)整体K板图 (b)可拆卸K板BIM图 (c)可拆卸K板应用图图9 支座处K板整体及分割图

3.3 铝合金模板+模块化附着式升降脚手架安装操作要点控制

(1)操作平台搭设

模块化附着脚手架操作平台搭设完毕后必须有加固措施，应在平台顶部按每3m一组水平拉杆和斜杆对平台进行卸载加固，架体从标准层以上开始安装。

(2)模块化附着式升降脚手架附着螺栓孔洞准确预留

针对本工程铝合金模板与模块化附着式升降脚手架施工预埋套管与拆模时间冲突的问题，现场统一了预埋套管的位置，根据铝合金模板的拼装分界线与结构尺寸，统一将预埋套管埋在距梁底260mm的地方，避开了冲突，加快了施工速度，在成本未发生大变化的基础上实现了工序优化和成型质量大幅度提升的目的。在结构梁绑扎钢筋时，提前预埋直径为50mm的PVC管四根，两根用于支座安装，另外两根用于提升吊点安装，两端封闭，并固定牢固，如图10所示。

(3)模块化附着式升降脚手架支座附着处铝合金模板K板策划

现场模块化附着式升降脚手架整体提升时，由于主体铝合金模板K板未拆除，影响模块化附着式升降脚手架架体附着，存在支撑部位混凝土强度未达到承载力要求而拆除整体铝合金K板的现象。为了减小架体附着对铝合金K板的影响，现场根据模块化附着式升降脚手架支座大小，将支座处的K板由整体型提前分割为两块(100mm×500mm、200mm×500mm)可拆卸型，确保了支座处铝合金K板的拆除不影响周围铝合金K板的拆除，如图11所示。

图10 爬架附着螺栓孔洞预留

图11 铝合金模板K板

(4)模块化附着式升降脚手架导轨及支座安装

基于BIM技术对铝合金模板+模块化附着式升降脚手架的优化设计模型，在剪力墙和梁部位预留了导轨附着孔洞，待墙模板和梁模板拆除后，支撑部位的混凝土结构强度达到C20以上时，将现场拼装好的模块化附着式升降脚手架进行吊装，拆除K板中间200mm×500mm部位，安装模块化附着式升降脚手架导轨及支座，如图12所示。

(a)BIM图

(b)应用图图12 爬架导轨支座安装

(5)导轨与结构柱、飘窗等特殊部位现场处理图

模块化附着式升降脚手架应明确离最外侧线条350mm，不应只考虑建筑轮廓线； 如施工过程中导致破坏，调整机位位置避开对线条的破坏。架体机位排版设计时，保持距离建筑物外表面350mm左右，不仅方便铝合金模板安拆，同时有利于架体全密封，提高了安全性，如图13-14所示。

图13 通风道处爬架布置优化

图14 圆形阳台处爬架优化后

4 应用效果

基于BIM技术对铝模+附着式升降脚手架的施工工法优化了模块化附着式升降脚手架导轨支座的位置、架体走道板尺寸及整体模型布置，解决了铝合金模板+模块化附着式升降脚手架之间碰撞冲突、操作间距狭小、虚拟预拼装、可视化交底、预埋套管的准确预埋和K板整体拆除等重要问题，对爬架支座处的铝模K板由整体型优化为局部可提前拆卸型，安装顺序由组合铝合金模板K板整体拆除优化为K板中间部分拆除后即可安装支座，对铝模外墙柱突出部位转角背楞由“凸”形转角优化为“凹”形转角，保证了爬架与铝模背楞之间的操作间距为350mm，实现了K板的局部拆除即可完成支座的安装，每次铝模+爬架的安装效率提高1个工作日，从提高安装效率节约人工费、节约材料及节约管理成本统计，共节约成本约11.5余万元，在东岗镇城中村改造安置项目和树人莱雅居住宅小区项目等多个高层住宅工程的应用168个机位，符合绿色建造要求，为其它工程提供了良好的借鉴作用。