方敏进 郑华 刘海安 彭爱军
【摘 要】自2011年以来，BIM经过多层级的宣传和推广，已被较多从业人员熟悉和接受，但离普及应用尚有一定距离，究其原因，其中国内BIM应用软件不成熟、不全面是主要原因之一。加快BIM点线应用软件研发，有助于BIM在行业内的普及和深化，是一段不得不经历和发展的过程，使用者尝到越多“甜头”，BIM进程则越快，符合市场经济一般规律。
【关键词】可视化 BIM应用软件 模板及支架智能排布 优化和安全验算 智能设计软件
【Abstract】Since 2011， BIM through multiple levels of publicity and promotion， has been more familiar with and accepted by practitioners， but there is a certain distance from the popularity of the application， the reason， which is not mature domestic BIM application software， is one of the main reasons. Accelerate BIM point line application software research and development， contribute to the popularity and deepening of BIM in the industry， is a period of experience and development of the process， users have tasted the sweetness， BIM process is faster， in line with the general law of the market economy.
【Key words】visualization；BIM application software；Template and support intelligent arrangement； optimization and safety check；Intelligent design software
1 引言
混凝土模板支撑工程是施工现场的常见危险源，也是安全事故多发部位。《危险性较大的分部分项工程安全管理办法》（建质[2009]87号文）和《建设工程高大模板支撑系统施工安全监督管理导则》（建质[2009]254号文），相继对模板及支撑工程的安全管理和监督作出了具体规定和要求。模板及支撑工程专项方案的设计，是非常重要的技术环节，具有专业性强、可操行高、经济性好、安全可靠等要求，而满足这些并不容易，需要有丰富的工程经验和专业的知识积累。
自2011年以来，BIM经过多层级的宣传和推广，已被较多从业人员熟悉和接受，但离普及应用尚有一定距离，究其原因，其中国内BIM应用软件不成熟、不全面是主要原因之一。加快BIM点线应用软件研发，有助于BIM在行业内的普及和深化，是一段不得不经历和发展的过程，使用者尝到越多“甜头”，BIM进程则越快，符合市场经济一般规律。若是将市面上相关模板及支架的软件进行划分，可分为两代，第一代是安全验算工具，通过输入参数值完成力学模型的建立和验算，验算对象是节点；第二代是模型信息分析处理工具，通过分析建筑结构模型信息，智能给出模板及支架在既定条件下最优的安全搭设方式、尺寸和数量，对象是有信息的结构模型。第一代是结合专业和经验的效率工具，对使用者专业能力要求较高；第二代是具有BIM技术理念的点线应用，将软件操作和专业素养粗剥开来，致力于模型数据分析结果的工程运用，具有可视化（三维剖切、虚拟漫游）、协调性（安全技术交底、材料统计和采购…）、模拟性（渲染、图层管理）、优化性（智能或手动安全验算和优化）、可出图性（平、立、剖图及大样图自动生成）。《模板及支架智能设计软件》即是这样的BIM单点应用软件；如图1图2所示。
2 设计思想
通过对应用BIM技术项目工程的操作和使用人员的广泛调研，总结提炼出本软件研发的基本原则和设计思想：
（1）模板及支架要能够智能排布、优化和安全验算。若仅提供图形绘制工具，提高绘图效率，从二维设计引向三维设计，这样来，模板及支架的设计方式没有本质变化，模型信息数据仍需人工提取，不符合“人性”的追求；在模型上一键得到需要的成果，才是需要BIM带来的技术实惠。
（2）简单易学。以熟练使用Autocad作为从业人员计算机水平的标杆，至今仍在适用，十五年来，数百万计已熟练掌握，若加以简单应用辅导，达成设计思维的转换并享以成果，那么将具有巨大的应用基础，在Autocad平台进行本软件研发，是因于现状的谨慎选择，也是后续BIM应用软件一段时间内技术路线的选择。
（3）快速高效。建模要快，尤其是安全专项方案报批、备案阶段；成果要好，按需选择，稍微调整；性能要高，普通电脑要适用，降低应用门槛和成本。
3 技术难点
“图纸进，图纸出”打印机式的成果分析和输出模式，是绝大多数工程技术人员对软件的奢想，模板及支架工程作为BIM应用软件的一个应用点，要实现梦想，需要解决以下技术难点：
（1）研发快速手工建模和图纸转换建模程序。BIM应用软件的核心价值在于内置大量的逻辑和运算规则，对模型中包含的数字信息进行分析、提取、输出、展示和存储，得出使用者想要的成果。模型的数字信息可多可少，对应软件价值挖掘亦可浅可深。本软件所需模型为建筑结构基本信息模型，这为研发快速建模程序提供了可行性，也为解析和运用其他工具建立的模型创造了条件。
（2）研发模板及支架安全验算优化程序。第一代模板及支架安全验算程序，实质是试算程序，设定荷载值、荷载组合方式、材料性能、验算和判定规则，结果唯一性；使用人员修改参数值，重复试算，可实现方案措施的优化，但需要技术和经验。若实现软件自动优化，需建立优化规则和快速分析模型信息数据能力，得到每个建筑结构构件的模板及支架搭设尺寸合理区间值，但背景参数和赋值需合理，可重置。
（3）定义模板及支架在模型中的布置规则。建筑结构构件（墙、梁、板、柱）的形状、尺寸、位置、高度等共同影响着模板及支架在模型中的布置方式，需制定布置规则，以适应不同结构形式、部位、构件，在搭设尺寸合理区间值内确定唯一值；如图3所示。
（4）所需成果输出要求和展示要求的确定。现阶段施工现场安全技术管理相关资料大部分另存于信息模型之外，相关管理流程亦脱离于信息模型之外，因此需对软件输出成果加入规范，赋予完整，满足现下安全技术管理和创新需要；如图4所示。
4 软件架构设计
基于当前BIM标准未出台、业内BIM应用软件间有形无形的壁垒、当前施工安全管理流程方法和相关软件工具技能等背景因素，本软件技术架构如下：
（1）研发平台，采用Autocad平台，支持2008/2012/2014主流版本。
（2）技术原理：1）建立验算引擎，以确定模板支架各构件的的搭设边界尺寸；2）设置立杆、剪刀撑等杆件搭设和布置的规则；3）读取模型信息，在规则和搭设边界尺寸双重限制下，得出基于结构图纸的模板支架实际搭设尺寸；4）在图形平台上显示模板支架（二维和三维）；5）优化图形显示效果和提升软件性能；6）按需统计各杆件的规格和数量；7）相关成果输出。
（3）三维渲染，采用hoops渲染工具，支持动态渲染，实时加载。
（4）计算依据：现行国家、行业和地方规范、标准。
5 功能和特点
（1）提供自建模和转换建模两种建模方法。转换建模通过导入设计院图纸，大大提高建模速度。
（2）支持三种支撑架体。在国内模板支架搭设方式中，扣件式范围最广，盘扣式比较先进，碗扣式北方普遍，模板及支架安全验算遵循新规范、新标准，也保留少量传统做法。
（3）适用四种结构构件。现浇结构墙、梁、板、柱模板及支架均可按手动和自动生成相应成果；特殊构件：斜梁、斜板、上翻梁、降板、不规则楼板、圆柱、非规则墙柱等也适用；构件之间的模板及支架构造、连接等按相应规范、标准要求手动和自动设置。
（4）施工图纸自动生成。立杆平面布置图、剪刀撑定位图等自动生成，剖面图、节点图、三维剖切图等按需生成，三维浏览支持漫游和定位功能。
（5）安全验算书按需生成。局部构件如需调整混凝土浇筑方法、材料或搭设方法，均可修改背景参数，软件重新验算并排布模板及支架。安全验算书内容按规范、标准要求生成，符合业内阅读习惯。支持验算书反查，即通过验算书逆向确定构件所在模型中的位置，为审核验算书提供了便利。
（6）高大模板工程自动识别。通过解析模型信息，结合辨识条件，即可筛查符合特征的构件和部位，并高亮列表显示，双击表行可逆向定位构件所在位置。
（7）材料分类统计汇总。混凝土、模板、木方、钢管等其他构配件理论量均可按楼层、全楼层、区域按构件类型分别汇总，为成本控制、材料采购、进度估算等提供了数据支撑；如图5所示。
6 应用与反馈
本软件采用敏捷迭代开发模式，迭代至截稿日，软件版本发布共计12个，陆续适用的建筑结构构件从梁、板到墙、柱，支架架体由扣件钢管架到碗扣、盘扣钢管架。在研发过程中，在上海建工七建集团承建的“中信大厦”工程和广厦建设集团有限责任公司承建的“绍兴市立医院”工程得到深度应用和数据比对，完善了需求细节设计，提高了使用价值。自首次发布起，据不完全统计，已有30多个高大模板工程项目反馈了专家论证通过意见。在特殊结构做法和工具式架体平立面布置规则多样性等方面，仍需要不断研究和完善；在模型信息服务和创新价值挖掘上，研发诸如模板配模放样、架体材料配料单等深度应用，是下一步研发的方向，进而打通设计、施工、采购、下料、结算的模板工程全过程和全员应用。
7 结语
《模板及支架智能设计软件》分析数据源于模型信息，安全验算循于规范标准，方案优化得于施工技术，成果实现出于计算机和内置规则逻辑。该软件可用于模板工程的虚拟施工、精细化管理等传统工具难以支撑的专业技术领域，亦可用于专项方案、三维技术交底等技术文件的优化设计和可视化，为保障施工安全、提高工程质量、降低施工成本提供了技术保障和科学依据。BIM当下在业内如火如荼，但也面临着诸多难题，其中模型信息的挖掘、服务和创造能力，成为决定BIM能否落地的重要因素，支持和发展一系列基于BIM技术的点线应用，应是一条能够解决BIM“高冷”的现实途径。
