BIM技術(shù)在砌體二次深化排布的應(yīng)用

BIM技術(shù)在砌體二次深化排布的應(yīng)用摘要：應(yīng)用BIM技術(shù)對(duì)建筑工程進(jìn)行建模和施工模擬，利用模型的全面性、準(zhǔn)確性、高效性及可預(yù)見(jiàn)性，優(yōu)化建筑施工的過(guò)程控制，能夠降低成本、縮短工期、提升品質(zhì)，實(shí)現(xiàn)綠色施工。砌體深化排布是建筑工程BIM技術(shù)應(yīng)用的主要子項(xiàng)，應(yīng)用BIM軟件對(duì)砌體進(jìn)行深化排布，以解決傳統(tǒng)二維砌體排布出錯(cuò)率高、工作量大、工效低等問(wèn)題，有效降低施工成本。本文以在建上海海洋大學(xué)海洋科技樓為對(duì)象，根據(jù)Revit軟件已建立的海洋科技大樓土建模型，使用廣聯(lián)達(dá)軟件嘗試該工程砌體進(jìn)行深化排布，導(dǎo)出砌體三維大樣圖和材料統(tǒng)計(jì)表，探索用于直接指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工的可能性。關(guān)鍵詞：BIM；建模；碰撞問(wèn)題；砌體排磚；二次深化設(shè)計(jì)排磚是施工過(guò)程中必不可少的一部分，在傳統(tǒng)的二維砌體排布中，技術(shù)員需要在施工前花費(fèi)大量時(shí)間完成排磚圖的繪制和用量的統(tǒng)計(jì)，不僅工作量大，而且出錯(cuò)率很高；若不提前進(jìn)行排磚，工人在現(xiàn)場(chǎng)排布時(shí)隨心所欲直接切割堆砌，砌滿(mǎn)為止，導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)施工費(fèi)時(shí)費(fèi)工，甚至影響工程質(zhì)量，大量已切割的砌體磚無(wú)法繼續(xù)使用，工程材料被浪費(fèi)。運(yùn)用BIM技術(shù)，在已完成的模型上通過(guò)創(chuàng)建二次砌體墻，設(shè)置好磚體材料和規(guī)格、預(yù)留洞口、調(diào)整灰縫寬度等等，生成三維砌體排磚圖，有效提高了砌體排布效率和準(zhǔn)確度。實(shí)際應(yīng)用中每一面墻所需的用磚量、留洞數(shù)量、水泥砂漿用量都經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的統(tǒng)計(jì)，避免了浪費(fèi)，減少了污染，減輕了工人的工作量。1國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀喬治亞理工學(xué)院的數(shù)字建筑實(shí)驗(yàn)室（DBL）在2013年1月繪制了建筑信息模型（BIM）在整個(gè)砌體行業(yè)（Gentry2013）的路線圖［2］，提出了三個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目一—砌體單位模型定義項(xiàng)目（MUMD）、BIM-M基準(zhǔn)項(xiàng)目和砌體墻定義項(xiàng)目（MWD），提出了砌體域這一概念，為砌體結(jié)構(gòu)參數(shù)化建模和規(guī)范奠定了基礎(chǔ)。云南農(nóng)業(yè)大學(xué)竇法楷，金永超等人［4］對(duì)Revit中族這一塊進(jìn)行了分析，他們基于窗族展開(kāi)了研究，首先通過(guò)修改窗族的參數(shù)屬性、創(chuàng)建出砌體實(shí)例，然后整合明細(xì)表信息并模擬砌體排布，最后導(dǎo)出得到砌體需用量和排磚圖，幫助技術(shù)人員和施工人員進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)精準(zhǔn)施工。研究表明基于已有的Revit族創(chuàng)建能夠滿(mǎn)足實(shí)際工程要求的族類(lèi)型并付諸實(shí)踐，這是實(shí)施精益施工、促進(jìn)BIM應(yīng)用全面發(fā)展的新方法，不僅提高現(xiàn)場(chǎng)施工效率，還減少了噪音、粉塵對(duì)環(huán)境的影響。哈爾濱工業(yè)大學(xué)楊新聰，王鳳來(lái)等人［5］以BIM于砌體建筑墻體設(shè)計(jì)的應(yīng)用為例，以Revit軟件作為平臺(tái)，開(kāi)發(fā)了新的設(shè)計(jì)插件，整合了工程量、造價(jià)系統(tǒng)的砌塊建筑設(shè)計(jì)。先對(duì)樓層標(biāo)高和墻體類(lèi)型進(jìn)行準(zhǔn)確篩選，使用內(nèi)置公式計(jì)算選擇墻體的砌塊用量，設(shè)定好工程需要的砌塊強(qiáng)度后，可直接完成工程材料價(jià)格的初步估計(jì)，省略了導(dǎo)入其他的軟件的過(guò)程，有利于從經(jīng)濟(jì)性角度優(yōu)化設(shè)計(jì)。武漢中建三局集團(tuán)有限公司戴路，武超等人［6］闡述了武漢大學(xué)大學(xué)生體育活動(dòng)中心項(xiàng)目利用BIM技術(shù)進(jìn)行砌體工程綜合排布實(shí)施過(guò)程和方法總結(jié)。該工程砌體施工與機(jī)電管線安裝施工同時(shí)進(jìn)行，重點(diǎn)研究如何進(jìn)行準(zhǔn)確的管線洞口、線槽的預(yù)留預(yù)埋。利用Revit軟件進(jìn)行砌體預(yù)留洞口模型的創(chuàng)建，通過(guò)插件設(shè)置好相關(guān)參數(shù)，能夠快速生成所有的預(yù)留洞口，避免了之后的二次開(kāi)洞、開(kāi)槽，既提高了工作效率，又節(jié)省了費(fèi)用。楊文博，朱潔［7］等使用了BIM5D中構(gòu)件ID查詢(xún)編輯功能，將樓層中每面二次結(jié)構(gòu)墻設(shè)定成單獨(dú)的個(gè)體，其中墻體尺寸、材質(zhì)、砌塊數(shù)量和位置坐標(biāo)等信息集合在二維碼中，建立一墻對(duì)一碼體系，實(shí)現(xiàn)了BIM+物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在砌體結(jié)構(gòu)施工中的應(yīng)用。2本工程砌體二次深化排布上海海洋大學(xué)海洋科技樓項(xiàng)目由浙江省建工集團(tuán)有限責(zé)任公司承包施工，在2017年11月開(kāi)始施工準(zhǔn)備，預(yù)計(jì)在2019年11月結(jié)束工程，總工期712天。項(xiàng)目總用地面積約11740平方米，總建筑面積為36500平方米，建筑高度為54.60米。項(xiàng)目總投資19828萬(wàn)元。由于該工程位于上海海洋大學(xué)校內(nèi)，業(yè)主方有較高的環(huán)保要求，優(yōu)先考慮使用BIM技術(shù)。在利用Revit完成基本土建建模之后，更深層次地利用BIM技術(shù)對(duì)其進(jìn)行排磚深化。廣聯(lián)達(dá)BIM5D在砌體排布方面的應(yīng)用較為成熟，以上海海洋大學(xué)海洋科技樓6層模型為例，插入加密鎖后，打開(kāi)Revit模型，使用廣聯(lián)達(dá)交互插件將模型導(dǎo)出。在附加模塊中點(diǎn)擊BIM5D圖標(biāo)，選擇導(dǎo)出全部圖元，步驟如下：（1） 導(dǎo)出范圍設(shè)置。進(jìn)行樓層過(guò)濾，選擇土建專(zhuān)業(yè)并點(diǎn)擊下一步。（2） 跨層圖元樓層設(shè)置。在Revit中，F(xiàn)6頂部的梁、板實(shí)際是按CAD圖紙中F7的梁板圖所建立的，命名分別為S-KL1-C35-F7-HxB和S-厚120-C35-F7，但在BIM5D中，這些跨層圖元應(yīng)屬于F6,因此將這些圖元所屬樓層修改至F6,同時(shí)檢查其他圖元有無(wú)樓層問(wèn)題并進(jìn)行勘正。（3） 圖元檢查。界面會(huì)羅列出已識(shí)別圖元、多義性圖元和未識(shí)別圖元，軟件識(shí)別的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)是根據(jù)《模型匹配附表》，判斷族的名稱(chēng)是否符合表中"條件填寫(xiě)〃的要求，如果符合且唯一，則為已識(shí)別，如果符合且不唯一則為多義性，如果不符合則為未識(shí)別。對(duì)所有圖元一一檢查并選擇正確的圖元類(lèi)型，然后將所有圖形勾選并導(dǎo)出。導(dǎo)出文件的格式為.E5D，BIM5D可直接承接該格式文件。圖2BIM5D模型視圖選擇可視樓層F6,點(diǎn)擊自動(dòng)排磚，將會(huì)對(duì)排磚時(shí)不需要的圖元進(jìn)行自動(dòng)過(guò)濾，只剩下梁、柱、墻和門(mén)窗洞口。該樓層一共175面建筑墻需要進(jìn)行砌體排磚設(shè)計(jì)，15面100厚，15面300厚，145面200厚。在左側(cè)基本參數(shù)欄進(jìn)行設(shè)置：砌體磚材料為蒸壓砂加氣混凝土砌塊，200厚墻砌體磚為600x200x300，100厚墻砌體磚為600x100x300，300厚墻砌體磚為600x300x200（實(shí)際只是將600x200x300磚橫放），水平灰縫厚度15，豎直灰縫厚度15,豎直灰縫調(diào)整范圍-3~3，砌塊間錯(cuò)縫搭接長(zhǎng)度為1/3磚長(zhǎng)，最短砌筑長(zhǎng)度為1/3磚長(zhǎng)；塞縫磚采用240x115x53的灰砂磚，高度初始設(shè)定為60，實(shí)際每面墻將根據(jù)頂部梁高做細(xì)微調(diào)整；導(dǎo)墻為200x90x53的實(shí)心蒸壓灰砂磚，排布參數(shù)為全丁，底部導(dǎo)墻高度為4皮磚，高262mm，水平灰縫厚度10，豎直灰縫厚度10，豎直灰縫調(diào)整范圍-2~2，砌塊間錯(cuò)縫搭接長(zhǎng)度為1/3磚長(zhǎng)，最短砌筑長(zhǎng)度為1/3磚長(zhǎng)。圖3參數(shù)設(shè)置圖根據(jù)規(guī)范，當(dāng)墻高超過(guò)4m時(shí)，墻體半高宜設(shè)置與柱連接且沿墻全長(zhǎng)貫通的鋼筋混凝土水平系梁，由于F6標(biāo)高為26.250，F(xiàn)7標(biāo)高為31.350，計(jì)算得墻高為5.1m，因此為了樓層整體性和剛度，需對(duì)該層進(jìn)行圈梁設(shè)置。此外，對(duì)于開(kāi)設(shè)門(mén)窗洞口的墻體，為了能夠支撐門(mén)窗洞口上部砌體傳來(lái)的荷載，需在洞口上方設(shè)置過(guò)梁，在F6中門(mén)高均為2400，將圈梁統(tǒng)一設(shè)置在F6標(biāo)高z軸偏移+2450處，將門(mén)上圈梁的配筋做適當(dāng)調(diào)整，即可代替過(guò)梁作用。當(dāng)墻長(zhǎng)大于5m時(shí)，為提高多層建筑砌體結(jié)構(gòu)的抗震性能，規(guī)范要求應(yīng)在房屋的砌體內(nèi)適宜部位設(shè)置構(gòu)造柱并與圈梁連接，共同加強(qiáng)建筑物的穩(wěn)定性，構(gòu)造柱與墻連接處宜砌成馬牙槎使結(jié)合的更牢固，更利于抗震。選中一塊墻面，點(diǎn)擊精細(xì)排布，可在該界面設(shè)置二次結(jié)構(gòu)，并且可以根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)節(jié)構(gòu)造柱和圈梁的位置。首先根據(jù)規(guī)范，在兩端無(wú)柱的墻、超過(guò)5米的墻以及縱橫墻交界處設(shè)置帶馬牙槎的構(gòu)造柱，難點(diǎn)在于不同厚度墻的交界處，構(gòu)造柱只能夠以較厚墻的寬作為柱截面寬度，需仔細(xì)觀察墻交接處位置來(lái)放置。圈梁設(shè)置截面高度為150mm，在距樓面2.45m處放置，少數(shù)墻面上門(mén)高不足2.45m或大于2.45m，則將圈梁放置在門(mén)洞頂，以代替過(guò)梁作用。完成基本參數(shù)的設(shè)置和二次結(jié)構(gòu)的布置后可開(kāi)始自動(dòng)排磚，然后根據(jù)規(guī)范要求、節(jié)省原則綜合考慮，再手動(dòng)進(jìn)行磚長(zhǎng)調(diào)整，盡量確保損耗率在10%以?xún)?nèi)，完成后導(dǎo)出CAD，然后點(diǎn)擊確定完成該面墻的排布。圖4砌體排布圖所導(dǎo)出的CAD圖紙將作為加工圖使用，可進(jìn)行后續(xù)修改。完成排布后在報(bào)表管理界面設(shè)置范圍-樓層-F6，得到砌體材料采購(gòu)計(jì)劃表和砌體材料需用計(jì)劃表。砌體材料采購(gòu)計(jì)劃表如下表1。表1砌體材料采購(gòu)計(jì)劃表3制約因素3.1軟件因素相比市面上其他一些排磚軟件廣聯(lián)達(dá)BIM5D的排磚功能其實(shí)已經(jīng)算是走在前端了，但即使如此軟件離做到盡善盡美還有一定的距離。（1） 無(wú)法對(duì)豎向灰縫做調(diào)整，有些墻面邊上會(huì)排出10mm以?xún)?nèi)的磚，實(shí)際施工中完全可以多砌筑一些水泥砂漿來(lái)忽視這一點(diǎn)，但是在軟件中無(wú)法將它消除，只能在導(dǎo)出的CAD圖中做修改和文字說(shuō)明。（2） 當(dāng)參數(shù)改變時(shí)，如果進(jìn)入之前已排布的墻進(jìn)行查看，會(huì)導(dǎo)致那面墻的排布發(fā)生變化，之前設(shè)計(jì)好的將全部作廢。因此在一面墻的設(shè)計(jì)確定無(wú)誤后及時(shí)導(dǎo)出CAD圖，為了防止出現(xiàn)偏差，不得再次點(diǎn)擊不需要修改的墻面進(jìn)行查看。3.2人為因素在現(xiàn)場(chǎng)施工中工人切割磚頭、砌筑時(shí)存在手工誤差，工人及管理層長(zhǎng)期以來(lái)習(xí)慣傳統(tǒng)工藝產(chǎn)生的惰性、不敢嘗試新技術(shù)、以及各方出于自身利益的