摘要：海洋平台上部组块建造过程中的脚手架搭设较为复杂，需综合考虑结构、电气、管线、机械等各专业的需求。为此，文章在海工脚手架设计中引入BIM技术，分析其与海工脚手架的适配性，并明确核心环节为基于项目三维模型实现脚手架可视化设计，对其应用的关键技术手段二次开发技术作了简要介绍。同时展望了基于BIM的脚手架工程概算系统，认为BIM应用于海工脚手架后，能在一定程度上细化脚手架方案，改善工作流程，优化施工组织，从而达成节省成本的目的。
关键词：BIM,脚手架设计,二次开发,海洋工程,海上平台建造,石油化工
0引言
建筑信息模型(buliding information modeling，BIM)，是一个工程项目的数字化表达，集成项目全生命周期内设计、施工、运行等各个阶段的建筑信息[1]。BIM为参与项目的各方提供一个信息交换和共享的平台，不仅包括实体类信息(比如设备信息)，而且包括非实体类信息(比如项目进度)。BIM的核心在于共享共建，在项目的不同阶段，不同的相关方通过BIM来实时插入、完善、更新信息，从而能够及时地将最新信息传递给其他专业。基于此特性，BIM在需要多专业协同作业的工程项目中作用显著。
脚手架专业作为辅助其他专业施工的专有技术作业，在确保安全的前提下，应尽可能满足其他专业施工需求。这要求其需要不断地接收各专业信息，才能有的放矢。因此，BIM在脚手架领域内适配性较高，国内外已经有大量针对脚手架应用BIM的研究。朱爱民[2]基于Revit软件开发了扣件钢管式脚手架快速建模程序。穆文奇等[3]应用BIM开展了模板脚手架工程施工精细化管理研究，减少了材料因现场切割造成的浪费。武雷等[4]将BIM应用于脚手架安全管理，在整个项目实施过程中对脚手架进行实时管理。但目前关于脚手架应用BIM的研究主要集中于建筑外立面脚手架，少有针对建筑内部脚手架的研究。
在海洋石油工程组块建造过程中，总装阶段脚手架搭设需综合考虑结构、电气、管线、机械等各专业的需求，这对脚手架施工方案的编制提出了更高的要求。以一个万吨级组块为例，脚手架相关的成本便能达到800万元左右，需要在方案端提前谋划。但对于组块建造而言，其产生的许多工作量往往根据现场需求即时产生，点多面广，事前难以预判。根据BIM技术的优势，若能将其应用于海工脚手架，能在一定程度上细化脚手架方案，改善工作流程，优化施工组织，从而达成缩减成本的目的。基于此，本文分析了BIM与海工脚手架的适配性，并探讨了BIM应用于海工脚手架的核心环节，重点介绍了实现BIM的关键技术手段，并展望了脚手架工程概算系统。在一定程度上填补BIM应用领域的空白，对后续完全实现海工脚手架BIM应用具有一定的指导意义。
1 BIM与海工脚手架设计的适配性分析
BIM在海工脚手架领域内的应用，虽然国内非常少见，国外已有较多成功案例。比如Promaintain公司基于BIM方法开发了一个独立的项目管理模块[5]，能够提前规划项目脚手架需求，及时跟踪脚手架施工活动，监控脚手架材料流转情况，甚至能够记录机械设备使用情况。该模块包含了3D脚手架模型，并将其与项目模型相结合，从而为所有参与施工的人员提供与施工现场一致的虚拟模型，确保规划方案和施工结果一致。国外的成功实践表明，BIM不仅可以应用于海工脚手架，而且能够发挥其优势。
如图1所示，为某在建模块三维模型切片，可以发现，其间设备、管线、电仪、结构各专业构件层层堆叠，几乎没有脚手架搭设的基础。在规划脚手架时，需要综合考虑设备占位信息、管线及电仪支架高度信息，结构尺寸信息等。如图2所示，列举了一些编制组块类脚手架方案时需综合考虑的各专业信息。目前，以上信息的获取手段或为与其他专业现场沟通，或为一张张地处理其他专业图纸，信息的传递效率较慢。
据此，建立BIM系统，能够加速信息的传递，提高方案编制效率。
2 BIM应用于海工脚手架设计的核心环节
BIM应用于海工脚手架需要其综合考虑各专业信息，并依据获得的信息来完成脚手架规划。因此，基于项目三维模型实现脚手架可视化设计将是其成功应用的核心环节。这样，使脚手架模型完全融入项目三维模型，依据项目三维模型中的各专业实体信息以及额外嵌入的诸如项目进度等非实体信息来完成脚手架规划。本文调研了海工行业常用的BIM软件，并结合脚手架工程经验给出了脚手架可视化设计的思路，如图3所示，提供了三种思路：(1)首先实现脚手架二维布置，再建立双排架等典型脚手架的标准化三维模型；(2)直接借助商业软件建立三维脚手架模型；(3)对商业软件进行二次开发。通过对比，可以发现二次开发的实现难度最大，但实现后收益最高，不仅建模效率快，而且针对不同项目的定制化程度高。因此，实现二次开发是脚手架可视化设计的必由之路。
3 BIM应用于海工脚手架设计的关键技术手段
据脚手架可视化设计可知，二次开发技术为海工脚手架设计的关键技术手段。所谓二次开发，是指利用商业软件提供的API接口，来嵌入自主编程的各类模块，从而定制功能。
3.1实现建模软件的二次开发
建模软件的二次开发常见的解决方案是基于VB/VS平台，使用C#语言联动建模软件API接口，从而控制该软件，如图4所示。
笔者曾尝试编写过一种脚手架自动装配程序[6]：基于VB平台进行SolidWorks二次开发，能够快速建立不同型式的脚手架及统计脚手架搭设所需材料数量。经过测试，该程序能够实现脚手架的自动建模，且能够统计脚手架搭设的材料耗费，为海工脚手架设计提供了一种有效的工具，如图5所示为自动装配程序的运行界面。本程序的开发证明了VB/VS联合建模软件API接口解决方案的可行性。
3.2项目三维模型中关键信息的提取
脚手架模型需要与项目三维模型深度融合，才能最大程度地发挥作用。因此，需要提前提取项目三维模型中各专业关键信息。如管线专业，其最关键的信息为管支架布置及其高度。通过与管线专业沟通得知，其布置图往往在项目尾期才会下发，但是项目总装开始便需要搭设层间满堂架。如果在脚手架搭设前不能获知该信息，便会导致满堂架作业面高度过高或者过低，从而造成反复搭拆。通过处理项目三维模型，得到了基于管线布置的脚手架搭设错层高度信息图，如图6所示，已成功应用于多个组块类项目。
4脚手架工程概算系统
在完成脚手架可视化设计之后，意味着一个项目所需的脚手架一次搭设量(修改量难以衡量)已基本明确。如果能够准确地将脚手架搭设工效定额，那么，基于BIM平台，利用二次开发技术，便能够建立一种脚手架工程概算系统。
脚手架搭设工效定额的前提是统一做法。组块预制阶段的脚手架搭设需求主要集中于立柱、墙皮、拉筋等三类结构件。笔者统一了立柱、墙皮、拉筋的脚手架搭设做法，建立了标准化搭设模型，如图7所示，为搭设工效定额奠定基础。
建立标准化模型后，经过多轮数据回归，最终形成各类型脚手架搭设标准工效定额标准，表1展示了已初步形成的部分类型脚手架的标准工效定额情况。标准化模型及标准工效定额标准，可作为脚手架工程概算系统的基础。
5结语
本文探讨了BIM技术在海工脚手架设计中的应用前景与实施策略，通过BIM技术与海工脚手架设计的适配性分析，得到了BIM技术与海工脚手架适配度较高的结论。同时又进一步明确了基于项目三维模型实现脚手架可视化设计是BIM成功应用于海工脚手架设计的核心环节。因此，二次开发技术是其成功应用的关键技术手段。文章通过分析脚手架标准化搭设模型及标准工效定额标准，肯定了建立脚手架工程概算系统的可能性，为海工脚手架设计提供了一种新的视角。
参考文献：
[1]住房和城乡建设部.建筑信息模型应用统一标准：GB/T 51212—2016[S].北京：中国建筑工业出版社，2016.
[2]朱爱民.BIM技术在扣件式钢管脚手架设计中的应用[D].长沙：湖南大学，2017.
[3]穆文奇，徐炜，南芳兰，等.BIM技术在模板脚手架工程施工精细化管理中的应用研究[J].施工技术，2017，46(6)：12-14.
[4]武雷，邵明民，夏聘.BIM技术在脚手架安全管理中的应用研究[J].施工技术，2016，45(18)：15-17，80.
[5]FOCKENBERG K.基于建筑信息建模搭建的工业脚手架[J].流程工业，2022(4)：12-13，15.
[6]刘立范，王庆功，姚大伟，等.用于海洋平台建造的脚手架自动建模程序[J].石油工程建设，2023，49(2)：20-24.
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