BIM技術(shù)在砌筑工程中的實(shí)踐應(yīng)用和探析

弋富國

(中國五冶集團(tuán)有限公司, 四川成都 610000)

建筑砌筑工程基于BIM精準(zhǔn)控制施工方法的應(yīng)用，提高砌體工程施工精細(xì)化，提高建筑質(zhì)量和品質(zhì)。

1 砌體工程基于BIM技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

(1)采用BIM砌體排布技術(shù)對(duì)砌體工程進(jìn)行預(yù)先精確排版，精確提量，減少施工返工率，降低材料多次搬運(yùn)和損耗，降低施工成本。

(2)采用微調(diào)式強(qiáng)、弱電箱精確預(yù)安裝施工方法，在墻體砌筑之前對(duì)強(qiáng)弱電箱進(jìn)行精確預(yù)埋，用型鋼支架固定定位，三維調(diào)控，安裝位置準(zhǔn)確、固定穩(wěn)固，高效精確的進(jìn)行強(qiáng)弱電箱安裝。

(3)采用微調(diào)式墻體聯(lián)排線盒精確安裝施工方法，對(duì)墻面電氣線盒采用型鋼支架精確預(yù)安裝固定，預(yù)埋固定強(qiáng)度好，位置準(zhǔn)確，合理利用人工工期，提高工序穿插效率，節(jié)約工期。

(4)采用整體式強(qiáng)、弱電箱預(yù)制混凝土成品砌塊施工方法，減少施工工序，一次安裝成型質(zhì)量好，飾面基層平整，降低飾面空鼓和開裂。

(5)此方法能有效地提高施工進(jìn)度，提高施工質(zhì)量，防止墻體及裝飾面層沿管線敷設(shè)方向裂縫的質(zhì)量通病，減少不必要的人工、材料浪費(fèi)，節(jié)約了資源，有利于現(xiàn)場文明施工和環(huán)境保護(hù)；根據(jù)建筑尺寸和施工進(jìn)度，提前進(jìn)行砌體排版、材料提量和現(xiàn)場材料分料，實(shí)現(xiàn)箱體、線盒支架、成品砌塊的整體制作，進(jìn)行模塊化施工，提高砌筑、安裝等工種工序穿插，加快施工進(jìn)度。

2 適用范圍

本方法適用于現(xiàn)代民用建筑、工業(yè)建筑、商業(yè)建筑中采用燒結(jié)磚砌體及砌塊砌體墻體施工，尤其在民用住宅標(biāo)準(zhǔn)層的施工中，使用本方法，砌體施工質(zhì)量能夠得到很好的保證。

3 工藝原理

(1)對(duì)整體式預(yù)制混凝土成品砌塊進(jìn)行集中加工，根據(jù)戶型分類各戶型強(qiáng)、弱電箱所在墻體，利用BIM砌體排布技術(shù)對(duì)箱體位砌體進(jìn)行精確排布定位，提出箱體處“∏”型砌塊的精確尺寸，在預(yù)制場進(jìn)行強(qiáng)、弱電箱包裹“∏”型砌塊模塊化預(yù)制。“∏”型砌塊的使用減少箱體的后塞量，灰縫合理，墻體整體性優(yōu)良，能有效提高墻體裝飾面層施工質(zhì)量。

(2)強(qiáng)、弱電箱采用可調(diào)式鍍鋅鋼支架預(yù)安裝固定，底座為三角形可調(diào)整底座，支架設(shè)置可調(diào)節(jié)孔直接安裝箱體固定橫梁，利用三角形底座和角鋼支架立桿自身的剛度和穩(wěn)定性實(shí)現(xiàn)強(qiáng)、弱電箱精確固定，支架底座以磚墻體抹灰面為基線,在地面上用膨脹螺栓固定。強(qiáng)、弱電箱安裝以建筑1 m線配合其中心線及箱底標(biāo)高為基礎(chǔ)，進(jìn)行準(zhǔn)確的三維定位控制，安裝精確、支架可重復(fù)使用，施工質(zhì)量和進(jìn)度得到有效的保證。

(3)在多媒體位及床頭柜等線盒集中墻體處，將聯(lián)排線盒按照設(shè)計(jì)的間距固定于支架橫梁上，通過支架立桿調(diào)節(jié)孔及可調(diào)式支架底座調(diào)節(jié)螺桿對(duì)聯(lián)排線盒精確定位，安裝過程以墻體建筑1 m線、房間300 mm方正性控制線(含墻體結(jié)構(gòu)面Q300 mm線和抹灰面M285控制線)及聯(lián)排線盒中心線采用自動(dòng)安平紅外線進(jìn)行準(zhǔn)確三維定位。聯(lián)排線盒精確預(yù)埋固定強(qiáng)度好，安裝精度高，支架可重復(fù)使用，施工質(zhì)量和進(jìn)度得到有效的保證。

(4)對(duì)墻體頂砌預(yù)制塊進(jìn)行集中加工，根據(jù)現(xiàn)場頂砌磚的具體尺寸規(guī)格，利用BIM砌體排布技術(shù)對(duì)砌體進(jìn)行精確排布定位，提出墻體頂部“”砌塊的精確尺寸，在預(yù)制場進(jìn)行模塊化集中預(yù)制，能有效提高施工效率和墻體裝飾面層施工質(zhì)量。

4 工藝流程及操作要點(diǎn)

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

4.1 施工準(zhǔn)備

(1)成品燒結(jié)磚、加氣混凝土砌塊運(yùn)至施工現(xiàn)場，材料驗(yàn)收合格，預(yù)拌砂漿驗(yàn)收合格入罐。

(2)成品及半成品配電箱、線盒、管線及構(gòu)配件到場，品牌、材質(zhì)、規(guī)格型號(hào)等驗(yàn)收合格，符合設(shè)計(jì)要求及規(guī)范要求，進(jìn)場數(shù)量滿足隨砌隨埋要求。

(3)砌體施工使用的專利模具、裝置制作完成。

(4)電焊機(jī)、手電鉆、型材切割機(jī)、鋼鋸等設(shè)備齊全完好，滿足施工現(xiàn)場要求。

(5)砌體施工用的木方、模板、夾具、對(duì)拉螺桿及型鋼已到場，滿足現(xiàn)場需要。

4.2 精細(xì)化放線

根據(jù)主體結(jié)構(gòu)施工放樣的樓層軸線，對(duì)樓層各砌筑墻體進(jìn)行放線，放線內(nèi)容包括：砌體方正性Q300 mm控制線、砌體墻邊線、墻垛端線、墻體抹灰面M285 控制線、門窗洞口控制線、建筑1 m線、煙氣道300 mm等控制線(圖2)，精細(xì)化放線應(yīng)準(zhǔn)確、清晰，無遺漏。

圖2 標(biāo)準(zhǔn)戶型精細(xì)化放線平面

4.3 基于BIM砌體排布技術(shù)進(jìn)行墻面砌體排版

使用BIM技術(shù)對(duì)樓棟進(jìn)行土建建模，利用BIM砌體排布技術(shù)，對(duì)樓層各砌體墻面進(jìn)行砌體排版，利用BIM可視化準(zhǔn)確優(yōu)化砌體的組合方式，最大化減少配磚的磚型及配磚量。利用BIM數(shù)據(jù)化、模塊化提出各層、各戶、各磚型的準(zhǔn)確數(shù)量，砌塊進(jìn)料、樓層運(yùn)磚數(shù)量精細(xì)化。通過精細(xì)化的排版和提料，降低資源浪費(fèi)，減少材料浪費(fèi)和材料二次搬運(yùn)，降低施工成本。

4.3.1 BIM砌體排布操作流程

魯班土建建模、導(dǎo)出LBIM圖形→ LBIM圖形導(dǎo)入、魯班砌體排布→墻體編號(hào)→編號(hào)墻體砌塊排布→導(dǎo)出CAD排版圖→門窗洞口混凝土預(yù)制塊、頂砌、丁字墻、L墻二次調(diào)整優(yōu)化。

4.3.2 魯班土建建模、導(dǎo)出LBIM圖形

利用魯班土建建模軟件進(jìn)行土建模型建立，根據(jù)圖紙確定廚房、衛(wèi)生間、露臺(tái)混凝土導(dǎo)墻；布置構(gòu)造柱、過梁；預(yù)留配電箱位置、設(shè)定門洞高度，然后導(dǎo)出LBIM圖形。

4.3.3 LBIM圖形導(dǎo)入、魯班砌體排布

將已完成的土建模型LBIM圖形文件導(dǎo)入魯班排布軟件，利用三維視圖功能查看三維墻體(圖3)，并在工程設(shè)置里設(shè)置工程概況及砌體排布的工藝參數(shù)：砌塊尺寸、灰縫寬度、頂砌和底砌預(yù)留高度、施工錯(cuò)縫搭接寬度等。

圖3 砌體排布三維視圖

4.3.4 墻體編號(hào)，并對(duì)標(biāo)號(hào)的墻體進(jìn)行排布

利用魯班排布的砌體排布功能對(duì)工程進(jìn)行墻體編號(hào)，以便軟件對(duì)墻體進(jìn)行對(duì)應(yīng)識(shí)別。墻體編號(hào)完成后，選擇單面墻體或整體墻面進(jìn)行墻體砌體排布。

4.3.5 導(dǎo)出CAD排版圖

墻體砌體排布完成后，導(dǎo)出CAD格式墻體砌體排版圖，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對(duì)頂砌和底砌工藝、門窗洞口預(yù)制混凝土砌塊、丁字墻、L墻工藝等用CAD進(jìn)行二次深度優(yōu)化和調(diào)整。

完成墻體砌體排布后，提出樓棟及各層工程量，輔助現(xiàn)場提料及材料進(jìn)料和現(xiàn)場材料統(tǒng)籌管理。

4.4 配磚加工、預(yù)制

4.4.1 成品轉(zhuǎn)二次加工

加氣混凝土砌塊和燒結(jié)空心磚根據(jù)現(xiàn)場電氣箱體實(shí)際配管情況，在現(xiàn)場加工區(qū)采用手提式切割機(jī)對(duì)磚進(jìn)行加工。

根據(jù)BIM砌體排布精確提取電氣箱側(cè)邊配磚磚型數(shù)據(jù)，在整磚上用鉛筆和角尺在磚面上畫好切割線，然后用手提式切割機(jī)進(jìn)行切割，用鐵錘敲掉不需要的部分，將磚加工成“L”型、“V”型整磚和配磚，加工成型的磚分類堆放(圖4)。

(a) 過梁“L”型配磚

(b) 包管“L”型磚

(c) 包管“L”型配磚

(d) 包管“V”型磚圖4 “L”型、“V”型整磚及配磚示意

4.4.2 預(yù)制構(gòu)件加工

預(yù)制構(gòu)件的制作是針對(duì)少數(shù)地方墻體磚模數(shù)和預(yù)埋電氣設(shè)備包管砌筑收口的不吻合，主要用于加氣混凝土砌塊墻體中強(qiáng)、弱電箱和空調(diào)洞口的邊口處。

4.4.2.1 強(qiáng)、弱電箱包裹“∏”型預(yù)制成品砌塊

利用“∏”型砌塊預(yù)制專用模具，預(yù)制寬100 mm、高240 mm、長600 mm的帶凹槽專用砌塊(圖5)，凹槽長度大于電箱長度5～10 mm，凹槽高等于電箱高，凹槽中下部空缺，便于對(duì)電箱集中管線的包裹。根據(jù)工程所需的強(qiáng)、弱電箱總數(shù)來預(yù)制過梁，做到一箱一梁。

圖5 “∏”型專用預(yù)制砌塊(單位:mm)

①號(hào)構(gòu)件：2塊440 mm×90 mm；②號(hào)構(gòu)件：4塊323 mm×90 mm；③號(hào)構(gòu)件：4塊151.5 mm×90 mm；④號(hào)構(gòu)件：5塊50 mm×90 mm；以上4種構(gòu)件均為2 mm厚鋼板制作圖6 頂砌預(yù)制塊裝置

4.5 強(qiáng)、弱電預(yù)埋安裝

4.5.1 強(qiáng)、弱電箱定位固定

(1)強(qiáng)、弱電箱箱體定位：利用自動(dòng)安平紅外水平儀，對(duì)墻體強(qiáng)、弱電箱進(jìn)行豎向定位。

(2)截取一段C型鋼用作支撐橫梁，在支撐橫梁上居中安裝箱體；

(3)用∠40角鋼制作三角形支架底座，支架底座3邊角點(diǎn)各銑兩個(gè)孔，外孔孔面焊接螺母，安裝調(diào)節(jié)螺桿，內(nèi)孔用于膨脹螺栓與地面固定，通過調(diào)節(jié)螺桿實(shí)現(xiàn)底座微調(diào)；

(4)在底座一邊的中心焊接一截∠40角鋼支架立桿，支架立桿上部在中心線處銑150 mm長的高度調(diào)節(jié)孔，用調(diào)節(jié)件進(jìn)行支架橫梁與支架立桿的固定，實(shí)現(xiàn)箱體高度的調(diào)整；

(5)箱體、支架橫梁、底座和支架立桿連接好后，按箱體底放線位置和定位尺寸，分別使用底座調(diào)節(jié)螺桿和支架立桿調(diào)節(jié)件對(duì)箱體進(jìn)行調(diào)整，位置準(zhǔn)確后固定，使箱體固定在安裝位置上；

(6)箱體在C型鍍鋅鋼支架上固定好后，再將從梁上穿出的PVC線管截好長度，依次接入箱體(圖7)。

圖7 強(qiáng)弱電箱安裝固定

4.5.2 聯(lián)排線盒定位固定

按照設(shè)計(jì)圖紙，利用自動(dòng)安平紅外水平儀在聯(lián)排線盒安裝墻體處，進(jìn)行多線盒精確預(yù)埋施工，該預(yù)埋方法及預(yù)埋工具可在標(biāo)準(zhǔn)層反復(fù)使用。

(1)參照設(shè)計(jì)圖紙，根據(jù)墻體線盒的集中程度，選取適當(dāng)長度的一段鍍鋅C型鋼，將線盒根據(jù)箱體設(shè)計(jì)間距居中固定于橫梁上。

(2)用∠40角鋼制作三角形支架底座，支架底座3邊角點(diǎn)各銑兩個(gè)孔，外孔孔面焊接螺母，安裝調(diào)節(jié)螺桿，實(shí)現(xiàn)底座微調(diào)，內(nèi)孔用于膨脹螺栓與地面固定。

(3)在底座一邊的中性線處焊接一截∠40角鋼支架立桿，支架立桿上部在中心線處銑150 mm長高度調(diào)節(jié)孔，用調(diào)節(jié)螺栓進(jìn)行支架梁和連接和固定，實(shí)現(xiàn)盒體高度的調(diào)整。

(4)聯(lián)排線盒、支架橫梁、支架底座及立桿連接好后，按聯(lián)排線盒底放線位置和定位尺寸，分別使用支架底座調(diào)節(jié)螺桿和支架立桿調(diào)節(jié)孔螺桿對(duì)盒體進(jìn)行調(diào)整，位置準(zhǔn)確后，擰緊螺栓，使聯(lián)排線盒固定在支架上。聯(lián)排線盒在C型鍍鋅鋼支架上固定好后，再將從梁上穿出的PVC線管截好長度，依次接入線盒(圖8)，接管時(shí)應(yīng)注意線管排列，避免線管交叉。

(5)砌筑完成后，將地面上的膨脹螺栓，與線盒連接的自攻螺絲及墊片依次松掉卸下。整個(gè)支架卸下完成后，可在其他樓層、房間安裝重復(fù)使用。

4.5.3 管線接駁

(1)管線的延伸和接駁需根據(jù)箱體和線盒的設(shè)計(jì)位置進(jìn)行合理安排延伸布置，管路間距應(yīng)盡量分開，不能過于集中，以便后續(xù)管線封堵。

(2)強(qiáng)、弱電箱處多管線位置的管線接駁應(yīng)采用銅絲和C6鋼筋進(jìn)行管線分排固定。

(3)管線下料時(shí)充分考慮到管路穿過混凝土砌塊孔和壁厚的影響，使箱盒部位外邊突出墻面與灰餅厚度相符合。

4.6 砌筑施工

4.6.1 管路包砌施工方法

砌筑施工前利用BIM砌體排布技術(shù)，對(duì)樓層各戶型各砌體墻進(jìn)行精確排布。根據(jù)現(xiàn)場線盒尺寸和位置，墻體內(nèi)線管的集中設(shè)置情況，對(duì)各墻體管線位置的砌塊進(jìn)行精確配磚提樣，在場內(nèi)配磚加工場進(jìn)行集中“L”型、“V”型包管磚集中加工。

配磚二次加工好后分類按量運(yùn)至施工樓層，集中堆放。在砌體施工過程中，電氣安裝人員應(yīng)負(fù)責(zé)跟蹤檢查線盒、線管等是否移位，安裝是否穩(wěn)固，待磚工砌筑到有線盒、線管位置時(shí)，電氣工配合磚工對(duì)管線位置的砌塊按照墻體砌體排布圖進(jìn)行準(zhǔn)確組砌。砌筑過程中應(yīng)注意對(duì)線管、線盒保護(hù)，發(fā)現(xiàn)有損壞、偏位、脫落、堵管等情況的應(yīng)及時(shí)和電氣專業(yè)的人員聯(lián)系進(jìn)行恢復(fù)，經(jīng)恢復(fù)、檢查無誤后繼續(xù)進(jìn)行墻體砌筑。

墻體多線管位置用“L”磚包管錯(cuò)縫砌筑(圖9 、圖10)。

圖10 “L”型磚包管組砌示意(二)

墻體單線、雙線管位置用“V”磚包管錯(cuò)縫砌筑(圖 11、圖12)。

圖11 “V”型磚包管砌筑配磚示意(一)

圖12 “V”型磚包管組砌示意(二)

4.6.2 強(qiáng)弱電箱處墻體施工方法

砌筑施工前利用BIM砌體排布技術(shù)，對(duì)樓層各戶型墻體的精確砌塊。根據(jù)現(xiàn)場電箱的尺寸和位置設(shè)置情況，對(duì)各墻體電箱位置的砌塊和配磚進(jìn)行精確配磚提樣，在場內(nèi)預(yù)制場對(duì)“Π”型預(yù)制成品砌塊進(jìn)行集中預(yù)制。強(qiáng)弱電箱位置管線密集，采用100 mm厚“Π”型預(yù)制成品砌塊進(jìn)行箱體位組砌，取消箱體部位的上部過梁，箱體背后采用100 mm×240 mm×600 mm的加氣混凝土砌塊進(jìn)行飄砌(圖13、圖14)。

圖13 強(qiáng)、弱電箱包砌側(cè)面示意

圖14 強(qiáng)、弱電箱包砌正面示意

4.7 穿引線及成品保護(hù)

墻體頂部頂砌、所有預(yù)埋和修補(bǔ)完成后，對(duì)預(yù)埋的線管穿好引線并及時(shí)對(duì)開管口進(jìn)行有效封堵，用聚苯乙烯板對(duì)電箱和線盒進(jìn)行填充，并用封口膠封閉好，防止線盒污染或二次堵塞，為日后穿線、面板安裝提供條件。

在戶內(nèi)強(qiáng)弱電導(dǎo)線安裝完成后，將導(dǎo)線余頭盤入盒、箱內(nèi)，并用封口嚴(yán)實(shí)，以防污染，同時(shí)應(yīng)防止盒、箱內(nèi)進(jìn)水，導(dǎo)線不應(yīng)有破損和污染。

5 效益分析

5.1 直接經(jīng)濟(jì)效益

通過BIM技術(shù)項(xiàng)目砌體工程施工中的實(shí)踐應(yīng)用，在以下方面產(chǎn)生了明顯的直接經(jīng)濟(jì)效益：

(1)提高施工效率，節(jié)約機(jī)械租賃費(fèi)；

(2)提高施工效率，節(jié)約架體材料租賃費(fèi)；

(3)應(yīng)用BIM技術(shù)，提高材料的利用率，減少材料損耗，節(jié)約材料費(fèi)；

(4)減少樓層砌體二次裝運(yùn)，節(jié)約人工費(fèi)；

(5)應(yīng)用BIM信息化技術(shù)，減少施工管理人員費(fèi)用支出；

(6)應(yīng)用BIM技術(shù)，減少電氣隨砌隨埋用工，節(jié)約人工費(fèi)。

5.2 間接經(jīng)濟(jì)效益

(1)基于BIM精確加工技術(shù)，減少了墻面剔槽鑿洞、減少修補(bǔ)工作量，具有工藝簡單、成本低廉、墻面整體性能好的特點(diǎn)，提高了墻面成型質(zhì)量，減少了抹灰空鼓和開裂，減少了建渣的清運(yùn)，節(jié)約資源，有利于現(xiàn)場文明施工管理。

(2)采用電箱“∏”型預(yù)制砌塊基于BIM精確預(yù)制技術(shù)，墻體頂砌“”型砌塊基于BIM精確預(yù)制技術(shù)，減少現(xiàn)場切磚，降低材料損耗，節(jié)約資源，墻面成型質(zhì)量好，減少了建渣量，提升了現(xiàn)場安全文明施工效果。

(3)采用民用建筑強(qiáng)、弱電箱預(yù)埋及墻體多線盒精確預(yù)埋施工方法，對(duì)強(qiáng)、強(qiáng)弱電箱的預(yù)埋進(jìn)行準(zhǔn)確地三維控制，提高施工質(zhì)量和施工效率，節(jié)約用工、減少輔材用料，保證工期進(jìn)度。

(4)一系列基于BIM技術(shù)的施工方法的應(yīng)用和推廣，提升了公司的社會(huì)形象和市場競爭力。