一种基于BIM的外脚手架智能设计方法与流程

本发明涉及建筑设计领域，更具体地说，涉及一种基于bim的外脚手架智能设计方法。

背景技术：

建筑信息模型(buildinginformationmodeling)即bim技术，以其信息关联性、可视化、协调性、模拟性、优化性、可出图性等诸多优势，越来越多的应用到了建筑工程的各阶段，它不仅提升行业效率，同时改变了传统的行业生产流程。

脚手架及模板工程是房建、桥梁等基础设施工程中十分重要的环节，目前在外脚手架项目实施过程中基本都是依靠手工排布脚手架和模板，效率很低，并且施工前无三维可视化模型参照，如设计不当，很容易带来安全隐患和材料浪费；手工设计完平面及立面图后，还需要人工统计工程量、人工编写计算书及施工方案，整体上工作量大，比较繁琐，成本很高；且当进行项目施工时，常常会出现悬挑型钢穿越墙柱的现象，且各部件交接处的施工质量难以控制，稍有不慎就要重新返工，进行二次处理，造成了资源的严重浪费和工作进度的缓慢。

技术实现要素：

1.要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种基于bim的外脚手架智能设计方法，解决了目前在外脚手架项目实施过程中基本都是依靠手工排布脚手架和模板，效率很低，并且施工前无三维可视化模型参照，如设计不当，很容易带来安全隐患和材料浪费；手工设计完平面及立面图后，还需要人工统计工程量、人工编写计算书及施工方案，整体上工作量大，比较繁琐，成本很高；且当进行项目施工时，各部件交接处的施工质量难以控制，稍有不慎就要重新返工，进行二次处理，造成了资源的严重浪费的问题。

2.技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种基于bim的外脚手架智能设计方法，包括以下步骤：

步骤一、确定外脚手架设计参数：用户根据国家标准及项目所在地区的工程结构设计要求和行业标准，确定外脚手架设计参数；

步骤二、建立材料构件信息库：根据各种材料杆件的类型、规范参数等建立材料构件杆件族，并将所述材料杆件族载入bim系统中；

步骤三、读取建筑结构cad标高：选择外脚手架类型，导入cad层高表，bim自动识别cad层高表中信息，从而生成结构各层标高位置信息；

步骤四、创建建筑结构模型：导入cad结构平面图，bim自定识别建筑结构外部轮廓，从而生成建筑外轮廓和墙柱模型；

步骤五、输入外脚手架设计参数：获取模型后，在bim模板体系设计板块中，输入步骤一中确定的外脚手架相关设计参数；

步骤六、参数计算设计校核：将外脚手架设计参数输入到外脚手架信息模块中，填写确认后，bim自动建立外脚手架结构分析模型，对设计参数进行设计校核；

步骤七、模架智能设计：设计参数设置完成后，bim智能生成外脚手架模架平面布置；

步骤八、结构受力分析：调用内嵌结构分析模块，完成对外脚手架结构的响应分析，分析结构受力是否需要优化；

步骤九、生成架体三维模型：根据施工进度，选择合适的标高平面生成外脚手架三维模型，可根据实际需要选择生成模型的部位，即可根据施工进度计划，分层、分构件生成脚手架三维模型；

步骤十、模架优化设计：利用bim技术对外脚手架bim模型进行优化，形成完整外脚手架bim模型；

步骤十一、工程量统计：根据生成的脚手架revit模型，直接导出脚手架工程量明细表，包含立杆、横杆、斜杆、连墙件、挡脚板、施工梯、卸料平台、脚手板、悬挑型钢、安全网等各类构件的用量；

步骤十二、施工图生成：根据三维模型直接导出脚手架施工平面图、立面图；

步骤十三、生成符合要求的计算书及施工方案。

优选的，所述bim技术是基于revit平台开发的。

优选的，步骤三中所述外脚手架类型包括盘扣式、扣件式、门型、方塔式、附着式升降脚手架和悬吊脚手架等。

优选的，步骤五中所述相关设计参数填写完毕后并保存，相关设计参数将关联项目地区并存储于本地，各类杆件相关参数与模型进行联动。

优选的，步骤六中所述外脚手架结构分析模型建立分析的详细步骤为：待相关设计参数填写确认后，bim软件会弹出设计校核界面，提示用户设计参数是否符合安全、合理、经济性等要求，并详细地列出不满足设计要求的地方，方便用户确认不合理参数并返回步骤一进行修改，重新建立结构分析模型，进行结构再分析和结构响应再评价，直至符合设计要求为止。

优选的，步骤七中所述智能设计包括以下步骤：

①参数设置完成后，点击bim中的“整层智能布置”功能，bim模架根据步骤四中生成建筑物轮廓和墙柱模型，直接生成脚手架立杆，并能根据墙柱位置快速调整立杆位置；

②布置完脚手架立杆后能够直接依次生成横杆、斜杆、脚手板、悬挑型钢，支持手动布置施工梯、人货梯、局部建筑外边缩进平台，同时可以根据实际需求人为进行修改。

优选的，步骤七中所述外脚手架模架平面布置，可根据实际需求进行人为修改，人为修改后需对外脚手架设计合理性进行再评估，若评估不符合要求，修改相应设计参数，并重复步骤一至七，直至外脚手架模型的bim技术优化结果符合要求。

优选的，步骤八中所述结构受力分析完成后，若需要优化则返回步骤一，并重复步骤一至八，若不需要则进行下一步。

优选的，所述步骤十中所述优化设计包括碰撞检测、模型渲染、施工模拟虚拟现实、信息查看、注释测量、造价管理、质量控制。

3.有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

(1)本发明所提供的基于bim的外脚手架智能设计方法能彻底改变当前传统工程结构分析、cad设计和cad出图的低效模式，在外脚手架建模的基础上自动完成外脚手架结构受力分析、生成三维模型和模架优化设计后的自动出图，一键式解决传统设计变更所带来的巨大繁重工作，且所建立的bim模型不仅能完成外脚手架设计的优化，避免传统二维cad模式难于发现的设计错误，而且能直接为外脚手架后续的施工和运维提供信息化模型支持，从而能极大提高外脚手架设计效率和质量，提升我国外脚手架设计的信息化和智能化水平。

(2)本发明通过脚手架智能设计方法可根据建筑物轮廓和剪力墙的位置，能够直接生成脚手架立杆，并能根据剪力墙位置快速调整立杆位置，避免悬挑型钢穿越墙柱等结构构件，从而保护了墙柱的模板不被切割，提高工作效率，同时可以根据实际需求人为调整立杆点位及悬挑型钢，用于优化立杆布置和避让墙柱，材料得到最大程度的优化布置，在保证安全性的情况下节省了材料。

(3)通过自动计算校核、设计优化及导出计算书功能，方便用户及时发现不合理的设计参数，获取相关计算书，提高了设计的可靠性，设计完成后，能够导出各构件工程量清单及项目平面图、断面图，省去了人工算量的繁琐与易错，更好地指导施工。

(4)通过建立专用材料构件的族构件新库，使用户能够选择相应构件型号，自动生成构件截面特性等数据，使使用更加方便快捷，通过将各类杆件相关参数与bim技术进行联动，使得所有的构件之间产生一定逻辑关系，当在某一个构件上进行修改时，将引起所有与其具有逻辑关系其他构件信息的同步修改，从而避免人工手动修改的繁琐，提高工作效率。

(5)通过优化设计中的施工模拟，对施工质量进行施工前预测整改与施工后三维交底，既保证了施工质量，有提高了施工效率结构模型、设备模型进行动态漫游演示，检查各结构构件空间关系是否满足要求以及结构构件与设备构件是否发生碰撞，将外脚手架施工过程中可能出现的问题提前发现、提前解决,全面评估外脚手架工程，使管理更科学、措施更有效，提高工作效率，节约投资。

附图说明

图1为本发明基于bim的外脚手架智能设计方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述；显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1：

请参阅图1，一种基于bim的外脚手架智能设计方法，包括以下步骤：

步骤一、确定外脚手架设计参数：用户根据国家标准及项目所在地区的工程结构设计要求和行业标准，确定外脚手架设计参数；

步骤二、建立材料构件信息库：根据各种材料杆件的类型、规范参数等建立材料构件杆件族，并将所述材料杆件族载入bim系统中，使用户能够选择相应构件型号，自动生成构件截面特性等数据，使使用更加方便快捷。

步骤三、读取建筑结构cad标高：选择外脚手架类型，导入cad层高表，bim自动识别cad层高表中信息，从而生成结构各层标高位置信息；

步骤四、创建建筑结构模型：导入cad结构平面图，bim自定识别建筑结构外部轮廓，从而生成建筑外轮廓和墙柱模型；

步骤五、输入外脚手架设计参数：获取模型后，在bim模板体系设计板块中，输入步骤一中确定的外脚手架相关设计参数；

步骤六、参数计算设计校核：将外脚手架设计参数输入到外脚手架信息模块中，填写确认后，bim自动建立外脚手架结构分析模型，对设计参数进行设计校核；

步骤七、模架智能设计：设计参数设置完成后，bim智能生成外脚手架模架平面布置；

步骤八、结构受力分析：调用内嵌结构分析模块，完成对外脚手架结构的响应分析，分析结构受力是否需要优化；

步骤九、生成架体三维模型：根据施工进度，选择合适的标高平面生成外脚手架三维模型，可根据实际需要选择生成模型的部位，即可根据施工进度计划，分层、分构件生成脚手架三维模型，每个构建的细节均进行了处理，包括悬挑主次梁的搭接主次关系，施工楼梯的搭接关系等，可以直接指导施工。

步骤十、模架优化设计：利用bim技术对外脚手架bim模型进行优化，形成完整外脚手架bim模型；

步骤十一、工程量统计：根据生成的脚手架revit模型，直接导出脚手架工程量明细表，包含立杆、横杆、斜杆、连墙件、挡脚板、施工梯、卸料平台、脚手板、悬挑型钢、安全网等各类构件的用量；

步骤十二、施工图生成：根据三维模型直接导出脚手架施工平面图、立面图；

步骤十三、生成符合要求的计算书及施工方案。

进一步的，bim是基于revit平台开发的，可以进行很好的进行三维展示和编辑。

进一步的，步骤三中外脚手架类型包括盘扣式、扣件式、门型、方塔式、附着式升降脚手架和悬吊脚手架等，通过设置多种脚手架类型，使用者可根据需求选择，使运用范围更广。

进一步的，步骤五中相关设计参数填写完毕后并保存，相关设计参数将关联项目地区并存储于本地，各类杆件相关参数与模型进行联动，通过将各类杆件相关参数与bim技术进行联动，使得所有的构件之间产生一定逻辑关系，当在某一个构件上进行修改时，将引起所有与其具有逻辑关系其他构件信息的同步修改，从而避免人工手动修改的繁琐，提高工作效率。

进一步的，步骤六中外脚手架结构分析模型建立分析的详细步骤为：待相关设计参数填写确认后，bim软件会弹出设计校核界面，提示用户设计参数是否符合安全、合理、经济性等要求，并详细地列出不满足设计要求的地方，方便用户确认不合理参数并返回步骤一进行修改，重新建立结构分析模型，进行结构再分析和结构响应再评价，直至符合设计要求为止，从而保证工程质量，确保施工的顺利进行。

进一步的，步骤七中智能设计包括以下步骤：

①参数设置完成后，点击bim中的“整层智能布置”功能，bim模架根据步骤四中生成建筑物轮廓和墙柱模型，直接生成脚手架立杆，并能根据墙柱位置快速调整立杆位置，避免悬挑型钢穿越墙柱等结构构件，从而保护了墙柱的模板不被切割；

②布置完脚手架立杆后能够直接依次生成横杆、斜杆、脚手板、悬挑型钢，支持手动布置施工梯、人货梯、局部建筑外边缩进平台，同时可以根据实际需求人为调整立杆点位及悬挑型钢，用于优化立杆布置和避让墙柱，材料得到最大程度的优化布置，在保证安全性的情况下节省了材料。

进一步的，步骤七中外脚手架模架平面布置，可根据实际需求进行人为修改，人为修改后需对外脚手架设计合理性进行再评估，若评估不符合要求，修改相应设计参数，并重复步骤一至七，直至外脚手架模型的bim技术优化结果符合要求，通过根据项目所在地区的实际需求进行修改，突破固定施工方法的限制，计算更加灵活，使得外脚手架实用性更强，进而有效的保证工程质量。

进一步的，步骤八中结构受力分析完成后，若需要优化则返回步骤一，并重复步骤一至八，若不需要则进行下一步。

进一步的，步骤十中优化设计包括碰撞检测、模型渲染、施工模拟虚拟现实、信息查看、注释测量、造价管理、质量控制，通过优化设计中的施工模拟，对施工质量进行施工前预测整改与施工后三维交底，既保证了施工质量，有提高了施工效率结构模型、设备模型进行动态漫游演示，检查各结构构件空间关系是否满足要求以及结构构件与设备构件是否发生碰撞，将外脚手架施工过程中可能出现的问题提前发现、提前解决,全面评估外脚手架工程，使管理更科学、措施更有效，提高工作效率，节约投资。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式；但本发明的保护范围并不局限于此。任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。