基于BIM的砌體結(jié)構(gòu)施工工藝模擬

蔡麗婷，賀成龍，李子園，段鍇

（嘉興學院建筑工程學院）

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）以工程相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎來建立模型，是提升建筑業(yè)技術(shù)及升級管理的核心技術(shù)[1]。其中BIM虛擬施工技術(shù)，是將工程施工計劃，工程施工量，工程資金流等信息賦予到BIM模型中，模擬實際建造過程，以便及時發(fā)現(xiàn)實際施工中存在的各種問題，可以在實際施工前對施工方案進行改進，從而達到降低成本、縮短工期、提高施工水平等目的[2]。通過把BIM理念應用于具體施工過程中，參與者可以在不消耗現(xiàn)實材料資源和能量的前提下，了解實際施工的詳細過程和結(jié)果，避免不必要的返工所帶來的人力物力消耗,為實際工程項目施工提供經(jīng)驗和最優(yōu)的可行方案[3]。

2 施工工藝模擬

施工工藝模擬是在施工模擬的基礎上，輔以3DMAX動畫對復雜部位或工藝進行演示，以視覺化的工具預先演示施工現(xiàn)場的施工順序、復雜工藝以及重難點解決方案，實現(xiàn)指導現(xiàn)場實際施工，協(xié)調(diào)各專業(yè)工序，減少施工干擾、設計變更、人機待料等問題的出現(xiàn)。

現(xiàn)階段信息傳遞方式局限于二維圖紙，但是建筑是以三維形式存在的實體，使用二維圖紙進行表達，存在部分數(shù)據(jù)遺失或表述不明的情況，導致建筑工程建設過程中信息不連貫以及建筑行業(yè)效率低下[4]。在可視化處理下，通過多視角的觀察，可以打破以往經(jīng)驗不豐富的施工人員依靠傳統(tǒng)二維CAD平面圖紙難以完成的復雜節(jié)點或者有著嚴格施工工藝要求的局面，使設計更加直觀，同時減少了返工帶來的損失，確保后續(xù)施工的正常進行與信息的正確傳遞。

以砌體結(jié)構(gòu)的施工工藝模擬為例，運用BIM 技術(shù)，通過對目前BIM 軟件平臺的對比分析，選取核心建模軟件平臺，討論研究砌塊砌體建筑結(jié)構(gòu)，并對該結(jié)構(gòu)進行不斷的豐富與加工，形成適用于實際施工的建筑信息模型，并對其進行施工動畫模擬，提高應用水準與工作效率，以指導實際施工。其施工工藝模擬技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 施工工藝模擬技術(shù)路線圖

3 砌體結(jié)構(gòu)三維模型構(gòu)建

在土建施工中，砌體工程是常見的施工內(nèi)容之一，由于其造價較低，施工工藝簡單，施工速度快等優(yōu)點而被廣泛使用。隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，新的結(jié)構(gòu)方案、施工方法層出不窮，但砌體結(jié)構(gòu)的建筑信息模型的構(gòu)成還未完善，沒有可供參考使用的建筑信息模型應用案例，制約了砌塊砌體建筑結(jié)構(gòu)體系伴隨建筑行業(yè)發(fā)展的進一步推廣與應用。

砌體結(jié)構(gòu)的施工工藝通常包含抄平、放線、擺磚樣、立皮數(shù)桿、掛準線、鋪灰、砌磚等工序。其中應注意磚塊排列應遵循上下錯縫的原則，避免垂直通縫出現(xiàn)、錯縫或搭砌長度一般不小于60mm、磚墻灰縫寬度宜為10mm，且水平灰縫砂漿飽滿度不得小于80%等要點。

本文以某項目為例進行砌體結(jié)構(gòu)的施工工藝模擬，該項目的主體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土建造，二次結(jié)構(gòu)以錯縫搭接布置加氣混凝土砌塊墻體為主。根據(jù)設計要求，在砌塊排布之間以灰縫填充，再在外加上一層60mm 厚的聚苯板，最后抹上一層白色外墻涂料完成建造。

結(jié)合建筑工程的具體需求，此次選擇目前市場認可度最高的BIM 平臺軟件Revit這一核心建模軟件來搭建砌體模型，完善砌塊砌體建筑信息模型的應用。砌體排布一般通過建族或借助幕墻系統(tǒng)完成，因建窗族來創(chuàng)建砌體族相對易操作，可直接在原有建筑模型上進行深化處理，且建立的模型與實際較相符，所以本文采用建窗族的方法構(gòu)造砌體結(jié)構(gòu)。

首先新建公制窗族，通過改變長寬高來創(chuàng)建 600mm×200mm×200mm的加氣混凝土砌塊，對其進行尺寸標注并添加相應參數(shù)完成建族，其余砌體按照要求通過修改族實例參數(shù)來創(chuàng)建不同尺寸的加氣混凝土砌體。在墻的基礎上，根據(jù)墻長度以復制或陣列功能進行初步砌體排布并留出相應的構(gòu)造柱部位，其中第一排砌塊與第二排砌塊錯開1/2磚塊放置，空缺位置放置相應尺寸的砌體砌塊填充，然后依據(jù)設計要求添加60mm厚的聚苯板，并抹上一層白色外墻涂料，最后對模型進行必要的尺寸標注與說明，完成砌體結(jié)構(gòu)的三維模型構(gòu)建與優(yōu)化。此外，還可以利用Revit軟件的明細表統(tǒng)計功能，自動統(tǒng)計各區(qū)域砌體的清單并調(diào)用砌體族類型的尺寸與數(shù)量信息，有效進行斷料組合，減少裁磚浪費，減低損耗，幫助技術(shù)人員和施工人員進行現(xiàn)場施工，實現(xiàn)精準、綠色的精益施工。砌體結(jié)構(gòu)三維模型構(gòu)建的最后效果見圖2、圖3。

將以上搭建完成的Revit模型導入到Navisworks軟件中，根據(jù)實際施工順序與相關(guān)規(guī)范要求進行施工工藝動畫制作，此次運用Navisworks軟件的Animator來制作動畫，使用其縮放動畫集功能，根據(jù)實際施工過程依次添加關(guān)鍵幀，實現(xiàn)砌體三維模型構(gòu)建動畫的制作，用Adobe Premiere軟件對導出的動畫進行后期處理，對設計要求、尺寸、材質(zhì)等要素進行詳細說明，做到精細化模擬，更為直觀地展現(xiàn)砌體結(jié)構(gòu)的施工過程，達到指導現(xiàn)場施工的最終目的。制作過程如圖4。

圖2 加氣混凝土砌體排布

圖3 砌體結(jié)構(gòu)三維模型

圖4 動畫制作過程

BIM施工模擬技術(shù)在砌體結(jié)構(gòu)中保證進度、提高質(zhì)量、節(jié)省材料等方面發(fā)揮良好的作用。隨著BIM技術(shù)在建筑結(jié)構(gòu)應用中的深入與完善，BIM技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的CAD設計方式，以自身的數(shù)字化設計優(yōu)勢成為我國建筑結(jié)構(gòu)設計與工程管理的主要技術(shù)手段和工具。

4 BIM施工工藝模擬應用

將模型動畫鏈接制作成二維碼，工人可以通過智能手機或IPAD來掃碼學習相關(guān)施工工藝，管理人員掃碼掌握施工質(zhì)量控制、進度控制、成本控制和安全管理的關(guān)鍵點。與傳統(tǒng)相較，這種直觀方式有利于管理層準確下達指令，排除隱患，提高辦事效率，確保后續(xù)施工的正常進行，具有較好的經(jīng)濟性。對重要施工節(jié)點進行施工交底時，用模型、動畫的三維可視化交底取代傳統(tǒng)的二維、文字交底，更加清晰地展示工藝工序、規(guī)范要求及重、難點控制，從而降低交底難度，減少現(xiàn)場施工失誤造成的返工、誤工及經(jīng)濟損失。

BIM的施工工藝模擬在建造領域具有現(xiàn)實意義，在施工工藝優(yōu)選上，它可以將不同的施工方案進行對比，選擇出最為合適的方案，減少施工過程中設計變更情況的發(fā)生，從而達到縮短工期，避免返工的目的。在施工過程中，它簡便了施工設計過程，不僅可在初步設計階段對建筑物進行數(shù)據(jù)分析，而且還能在整個建設過程中完成模型的數(shù)據(jù)模擬，使整個施工過程在可視化的環(huán)境中進行，具有良好的應用價值。

5 結(jié)語

利用BIM技術(shù)的參數(shù)化、可視化、可模擬等特性，可對重要的、復雜的施工工藝進行虛擬施工，實現(xiàn)三維可視化的技術(shù)交底，有利于優(yōu)化施工工藝，降低施工成本，提高施工質(zhì)量，提升施工管理水平。