本文是一篇土木工程论文，本文以智能化、自动化协同计算为目的，通过调研工程项目结合规范分析工程图纸，利用BIM技术参数化协同机制，在明确了铝合金模板配模原则的基础上进一步提出铝合金模板深化设计原则。
第一章绪论
1.1研究的背景及意义
近几年来，随着中国建筑业的迅速发展，高层建筑项目也日益增加，铝合金模板在建筑中的应用越来越普遍。作为钢筋混凝土浇筑的重要程序，模板施工的质量决定了混凝土的施工成型质量，模板工程是整个施工组织设计的重要部分，在整个工程建设过程中具有非常关键的战略地位[1]。
传统胶合板模板承载力低于铝合金模板，周转使用率较低，如果施工现场不注重管理，胶合板模板随意摆置，极易造成施工混乱问题，且废弃的胶合板模板难以回收再利用，木材消耗量大，不利于环境保护。铝合金模板是一种绿色环保、质轻高效的新型建筑模板，其强度高、循环使用次数多、均摊成本低、施工效果好、施工拼装灵活、方便工厂预制生产等优点被越来越广泛地运用到工程中[2]。自2011年万科集团在珠江首次将铝合金模板技术成功应用于施工以来，越来越多的企业开始使用铝合金模板，但其管理过程中还是存在以下缺点：
（1）我国模板工程长期以来都存在着成本高，浪费严重，施工混乱，智能化程度低[3]等问题，铝模板如果没有事先配模，对于现场的楼盖模板工程施工效率低。发生设计变更时，在铝合金模板设计、生产阶段，需对非标准模板件重新设计，铝型材重新挤压，模板变更费用大[4]，因此要基于算法，对铝合金模板进行智能自动化优化配模，研究铝合金模板智能配模优化方法具有较大的意义。
（2）模板抗弯强度、变形挠度验算及整体体系结构验算存在不足，一般工程人员难以进行验算。因此，可以将BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）模板模型自动导入有限元软件中进行分析，并反馈分析结果到BIM模型中，让常规设计人员也能掌握。因此，研究铝合金模板自动化验算同样至关重要。
1.2国内外研究综述
1.2.1铝合金模板应用研究现状
铝合金模板系统于1962年在美国诞生，到目前为止已有60多年发展历史。铝合金模板系统先后在韩国、巴西、加拿大和泰国等新兴工业国家及地区中得到重视并在工程领域迅猛发展。八十年代后期在我国从粤港澳等较发达地区引进。2011年后，铝合金模板在国内的施工领域快速扩张，已经成为了许多建筑施工企业的主要选择,并被广泛应用于建筑施工领域[7]。
刘江[8]使用年度等值法的经济方法模型对比分析铝合金模板和木模板优劣，在增加人工费残值后得出铝合金模板周转48次即可与木模板均摊费用相同。再增加考虑混凝土抹灰及修复价格后，周转36次即可与木模板均摊费用相同。研究发现4栋33层高层住宅中周转60次直接节省费用7808155.01元，首层施工为8天，标准层4天，铝合金模板施工工期与费用优势明显。
魏佳等[9]对墙面铝合金模板板厚、纵肋截面形状及背楞间距先进行了有限元模拟，再进行现场试验，得出400mm的墙体铝合金模板的研究结论：板厚为4～4.3mm，纵肋为梯形，背楞间距为600mm的墙体铝合金模板变形值较小、承载力较优。但研究仅考虑了一种模板的情况，且没有考虑其它尺寸的模板情况，没有考虑实际工程整体模板力学性能。
第二章BIM在铝合金模板中的应用研究
2.1 BIM自动化协同技术
2.1.1 BIM软件
建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）是建筑领域继二维CAD技术之后的又一项新的技术革命。信息化是BIM技术在建筑生命周期全过程中最大的特点之一，三维模型是信息的载体，对于信息的储存、表达、管理和使用程度决定了BIM在项目建设过程中的应用深度和应用水平[52]。经过近些年的发展，BIM技术已经逐渐被建筑相关从业人员所接纳，并形成了“ABC”三大BIM平台核心体系，即Autodesk、Bentley、Catia。
Autodesk公司旗下软件具有多专业协同的功能，主要包含三大类：工程建设类、产品设计与制造类、传媒和娱乐类。工程建设类包含了集成式的BIM工具，包括AutoCAD、Revit、土木基础设施设计和文档编制软件Civil 3D等。产品设计与制造类主要产品包括面向产品设计和工程的三维CAD软件Inventor、AutoCAD、施工组织管理软件Navisworks等。传媒和娱乐类工具主要有用于设计可视化、游戏和动画的三维建模和渲染软件3sd Max，三维计算机动画、建模、仿真和渲染软件Maya等。不同的软件之间可以相互协作形成不同的工作流，完成不同的工作，如“AutoCAD+Revit+Navisworks”集成建筑设计和施工流程、“Civil 3D+InfraWorks+Revit”集成分析和设计工作流程等。同时，Autodesk开放的接口可以满足不同国家的应用需求。依托AutoCAD在国内市场的领先地位，Autodesk成为了国内最大的BIM解决方案提供商之一，其BIM核心软件Revit通用于民用建筑，学习成本低，在我国市场占有率非常高。
Bentley系列软件包括MicroStation（是二维制图与三维建模一体化的工作平台，可用于渲染和动画制作，是所有其它三维专业设计软件的基础）、ProjectWise（三维模型设计工具）、Bentley Architecture（专业参数化建筑应用软件）、Bentley Building MechanicalSystems（具有通风空调、给排水模块）。以及STAAD.Pro、Bentley Rebar、Pro Steel、Bentley Interference Manager等其它一些应用于钢筋布置、钢结构建模、三维碰撞检查等功能的软件。Bentley软件涵盖了包括石油、化工、电力、医药的工业设计和道路、桥梁、水利的市政基础领域，但本地化不足，市场占有率不高。
2.2铝合金模板楼板配模深化设计原则
铝合金模板配模验算复杂繁琐，从铝合金模板配模深化设计、生产、预拼装到施工的周期往往需要1个月左右，效率不高。同时，在设计验算阶段，梁柱、剪力墙等边界区域的配模常常会出现小构件和非标准构件，给设计、验算、生产和施工带来麻烦，甚至出现设计变更带来经济损失。2.2节针对各类常见的房间区域楼板配模存在的问题进行分析，并提出常见房间区域的铝合金模板配模深化设计建议，同时提出一套基于BIM体系的铝合金模板智能化配模流程。
2.2.1标准配模深化设计原则
根据国家《组合铝合金模板工程技术规程》施工规范[54]规定，楼板标准平面模板长度为1100，宽度为600、400、350、300、250、200，单位均为mm。为了增加工程实际应用的灵活性，除了标准模板外，规范还允许厂家设计一些配套模板，如表2-2。除了规范要求的配套模板规格外，某些厂家还设计使用了一些额外规格尺寸作为标准配套模板使用，如长度规格1200mm、宽度规格600mm、450mm等。因此，为了应对未来可能出现的各种规格模板的优化，本文对于铝合金模板楼面智能配模优化设计，将表2-2的模板尺寸全部考虑在内。
第三章差分粒子群算法在配模中的优化研究.............................35
3.1铝合金模板配模优化数学模型建立.................................35
3.1.1多目标优化问题求解方法..................................35
3.1.2约束优化进化算法..................................36
第四章铝合金模板性能分析协同设计方法研究................................61
4.1初步流程提出................................61
4.2铝合金模板性能协同信息的交互......................62
第五章结论与展望.................................79
5.1结论..........................................79
5.2展望.........................................80
第四章铝合金模板性能分析协同设计方法研究
4.1初步流程提出
为解决实际工程中常见的反复设计验算问题，本文将BIM技术与优化计算方法相结合，整合前面两章的内容，提出基于BIM体系的铝合金模板从设计到施工的协同设计分析初步流程，具体流程如图4-1。
（1）建立BIM深化模型。在铝合金模板设计前，通过CAD图纸翻模或其它方式建立Revit信息模型，确定结构和建筑相关的施工Revit信息模型，创建分区信息及导入铝合金模板体系相关族，为铝合金模板设计提供详细的设计依赖。
（2）形成BIM铝合金模板深化模型。根据第二章弯折点确定和配模处理的方法，提取长宽两阶段尺寸，以第三章铝合金模板数量最少和消耗种类最少为目标函数，结合差分粒子群算法，采用C#编写二次开发相关代码进行方案求解，形成最终方案进行配模得到铝合金模板深化模型。
（3）形成ABAQUS有限元模型。将步骤（2）铝合金模板深化模型中的需要验算的构件及区域相关信息通过Revit API方法进行过滤导出创建命令流，从而进一步形成ABAQUS有限元计算模型，对于不合格的部位需要重新进行方案调整。
（4）确定铝合金模板深化施工模型。经过步骤（2）和（3）的调整与验算，得到最终铝合金模板深化施工模型，通过深化施工模型与相关视图（分区安装图，非标准构件加工图等）对施工现场进行指导。
第五章结论与展望
5.1结论
本文以智能化、自动化协同计算为目的，通过
