基于BIM技術(shù)的墻地磚鋪貼定位儀的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郭映霞 谷 裕

（山西應(yīng)用科技學(xué)院，山西 太原 030000）

0 引言

在建筑裝飾裝修行業(yè)，地磚鋪貼仍主要是以人工操作為主。鋪貼前，需要人工彈出地面及標(biāo)高控制線進(jìn)行預(yù)鋪。在實(shí)際預(yù)鋪過(guò)程中，可能會(huì)出現(xiàn)墻地磚的尺寸、色彩、紋理存在誤差而需要進(jìn)行不斷的調(diào)整、交換，整個(gè)過(guò)程中盡管使用了一些輔助裝置，但是仍需要手動(dòng)設(shè)置鋪貼方向，才能實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的鋪滿施工。在墻磚、地磚鋪貼后，還需要借助靠尺、方尺、直尺、通線等工具進(jìn)行鋪貼質(zhì)量檢查，需要反復(fù)調(diào)整校對(duì)水平面，速度較慢，效率低，每天鋪貼有限數(shù)量的墻磚或地磚，而且鋪貼的質(zhì)量問(wèn)題較多，甚至引起返工，其直接影響了地面的裝飾效果。

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，地磚的鋪貼工藝采用智能化、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)是一個(gè)很重要的方向。

研究設(shè)計(jì)出一款智能化的墻地磚鋪貼裝置。不僅解決施工過(guò)程中存在的接縫不平直、平面不平整、施工線不直等問(wèn)題，還可以提高施工工人的作業(yè)精度和效率，節(jié)約時(shí)間，降低施工成本，施工質(zhì)量達(dá)優(yōu)，使業(yè)主滿意。

1 智能化墻地磚鋪貼定位提示儀研究動(dòng)態(tài)

21世紀(jì)以來(lái)，建筑行業(yè)著力提升BIM、大數(shù)據(jù)、智能化、物聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)的集成應(yīng)用能力。Huang（2015）設(shè)計(jì)了基于卡爾曼濾波去漂移和Heron雙邊定位估計(jì)的實(shí)時(shí)射頻識(shí)別室內(nèi)定位系統(tǒng)[1]。Zhou H（2017）展開(kāi)基于RS485和射頻識(shí)別的智能技術(shù)的研究[2]，使裝置具有配置簡(jiǎn)單、標(biāo)定識(shí)別靈活、識(shí)別準(zhǔn)確性高的特點(diǎn)。

為了提高地磚的鋪貼質(zhì)量，新技術(shù)在地磚鋪貼裝置中的應(yīng)用不斷增加。熊培朵等（2018）發(fā)明一種基于任意多邊形瓷磚多轉(zhuǎn)鋪貼方法[3]，有利于實(shí)現(xiàn)智能鋪貼方式，但工作量較大。吳靜等人的方法[4]需要設(shè)置夾角微調(diào)機(jī)構(gòu)，在控制信號(hào)的驅(qū)動(dòng)下，完成裝置地面與水平面之間的夾角的調(diào)整，其在使用過(guò)程中施工效率受限。張艷麗設(shè)計(jì)了基于圖像處理的自動(dòng)鋪磚機(jī)[5]，通過(guò)攝像頭采集道路圖像，進(jìn)行圖像灰度處理，實(shí)現(xiàn)磚塊寬度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，并利用地心引力原理進(jìn)行鋪磚，將圖像采集技術(shù)應(yīng)用于鋪磚機(jī)設(shè)計(jì)，提高了鋪磚機(jī)的智能化和自動(dòng)化程度，同樣無(wú)法保證地磚的安裝精度。

根據(jù)以上國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀可以看出，對(duì)地磚鋪貼裝置的設(shè)計(jì)研究取得了一定的科研成果，但不同裝置仍存在不同問(wèn)題，或者施工使用受到作業(yè)條件的限制，或者人工工作量大，或者鋪貼效率低，或者墻地磚安裝精度差。因此，墻磚、地磚鋪貼裝置的設(shè)計(jì)技術(shù)仍需要被提高。

本文基于BIM的信息整合儲(chǔ)存和信息共享的核心價(jià)值，只針對(duì)BIM中的“I”（信息）對(duì)地磚鋪貼定位提示儀進(jìn)行研究，將感應(yīng)裝置和BIM信息終端緊密結(jié)合，從而形成先智能預(yù)設(shè)后操作施工的模式。針對(duì)感應(yīng)紅外定位的不同場(chǎng)景，BIM信息終端能夠?qū)崿F(xiàn)智能化的數(shù)據(jù)處理和共享，得出具體的預(yù)設(shè)鋪貼方案，最后，通過(guò)系統(tǒng)語(yǔ)音指令高效分析指導(dǎo)操作者進(jìn)行施工作業(yè)。

2 智能化墻地磚鋪貼定位提示儀的設(shè)計(jì)理論

設(shè)計(jì)出一款基于BIM的智能化墻地磚鋪貼定位指示儀，提前預(yù)演磚塊鋪貼的方案，通過(guò)語(yǔ)音提示系統(tǒng)指導(dǎo)施工流程。目的是解決施工過(guò)程中存在的墻地磚接縫不平直、平面不平整，施工線不直等問(wèn)題，保證提高安裝精度，從而提高施工工人的作業(yè)精度和效率，節(jié)約時(shí)間，降低施工成本，施工質(zhì)量達(dá)優(yōu)，使業(yè)主滿意。

為了提高墻面、地面和屋面的鋪貼作業(yè)精度和效率，本文擬設(shè)計(jì)一項(xiàng)智能化墻地磚鋪貼定位指示儀（如圖1所示），指示儀是通過(guò)智能化感應(yīng)設(shè)備提前預(yù)演磚塊鋪貼的方案及預(yù)設(shè)可能存在的問(wèn)題，并通過(guò)語(yǔ)音提示系統(tǒng)指導(dǎo)施工流程。

圖1 鋪貼定位指示儀

（1）該裝置的電源系統(tǒng)是使用常見(jiàn)的節(jié)能充電電池來(lái)供給電力，使的持久續(xù)航更加方便。在定位紅外裝置兩側(cè)上下運(yùn)用4個(gè)感應(yīng)紅外進(jìn)行定位，提高工作的精度，BIM信息終端可通過(guò)感應(yīng)紅外核實(shí)安裝作業(yè)行為是否符合預(yù)設(shè)方案的相關(guān)規(guī)定。

（2）該裝置的信號(hào)傳輸感應(yīng)系統(tǒng)使得整個(gè)裝置形成緊密的網(wǎng)絡(luò)，該設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)智能化的數(shù)據(jù)處理和分析，其核心是BIM信息終端，隨著定位指示儀在室內(nèi)外裝修的日常使用，其對(duì)施工數(shù)據(jù)信息進(jìn)行收集儲(chǔ)存與共享，能夠保證實(shí)現(xiàn)定位提示儀的精度定位，并匹配該施工場(chǎng)所墻磚、地磚鋪貼的最佳方案。

（3）弧形的紅外面板設(shè)有刻度標(biāo)注，刻度標(biāo)注設(shè)置是采用底部1mm級(jí)，上部5mm級(jí)設(shè)置，適用于不同施工場(chǎng)景；縱向高度預(yù)設(shè)紅外，可通過(guò)BIM信息終端的參數(shù)設(shè)置來(lái)調(diào)整該項(xiàng)方案的作業(yè)高度，與橫向區(qū)域預(yù)設(shè)紅外緊密配合，從而大大提高施工作業(yè)的精度和效率；橫向區(qū)域預(yù)設(shè)紅外，可通過(guò)BIM信息終端的參數(shù)設(shè)置來(lái)控制紅外發(fā)射長(zhǎng)度，從而識(shí)別橫向作業(yè)區(qū)域（當(dāng)?shù)谝粎^(qū)域工作完成并經(jīng)過(guò)語(yǔ)音提示系統(tǒng)報(bào)出無(wú)誤后，信號(hào)傳輸感應(yīng)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)已設(shè)置的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行下一區(qū)域的工作）。

（4）語(yǔ)音提示系統(tǒng)是可通過(guò)BIM信息終端把工程語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為指令信號(hào)，該設(shè)計(jì)能夠讓施工人員清晰地聽(tīng)到系統(tǒng)命令，根據(jù)科學(xué)的指令進(jìn)行施工，從而提高施工效率。

3 智能化地磚鋪貼定位提示儀的應(yīng)用

（1）定位提示儀與BIM相結(jié)合，如何實(shí)現(xiàn)BIM信息終端收集作業(yè)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)存、共享、分析施工數(shù)據(jù)信息。

該智能化墻磚、地磚鋪貼定位提示儀是基于BIM中的“I”（信息）展開(kāi)研究，其核心是利用BIM信息終端，終端會(huì)不斷收集儲(chǔ)存施工數(shù)據(jù)信息，從而能夠保證實(shí)現(xiàn)定位提示儀的精確定位。

提示儀合理的運(yùn)用BIM與物聯(lián)網(wǎng)的集成應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)智能化墻磚、地磚鋪貼定位提示儀的精度定位。BIM信息終端數(shù)據(jù)庫(kù)，隨著指示儀在室內(nèi)外裝飾裝修的日常使用，已儲(chǔ)存很多種相關(guān)鋪貼數(shù)據(jù)，在施工過(guò)程中，信息終端自定義完成鋪貼方案，同時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)亦保存有最新消息。如果安裝作業(yè)行為不符合預(yù)設(shè)方案的相關(guān)要求，BIM信息終端會(huì)指引語(yǔ)音播報(bào)器發(fā)出報(bào)警，作業(yè)人員根據(jù)語(yǔ)音提示能夠精確完成墻磚、地磚的鋪貼，可大大提高工作的精度和效率。

（2）定位提示儀如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)感應(yīng)、智能分析糾偏、語(yǔ)音播報(bào)的功能，從而能更好地服務(wù)于整個(gè)施工工藝流程之中。

定位儀可應(yīng)用于鋪貼墻面、地面和屋面磚塊，以鋪設(shè)地面為例展開(kāi)研究?？蓪⒃撗b置定位至所在施工區(qū)域，首先將該裝置的電源系統(tǒng)開(kāi)啟；再把邊緣4個(gè)定位紅外裝置進(jìn)行初始定位，此時(shí)信號(hào)傳輸感應(yīng)系統(tǒng)工作通過(guò)BIM信息終端進(jìn)行（磚塊大小、排布方案、鋪設(shè)厚度等）參數(shù)設(shè)置，接著信號(hào)傳輸感應(yīng)系統(tǒng)傳遞命令至縱向高度預(yù)設(shè)紅外開(kāi)始調(diào)整該項(xiàng)方案的作業(yè)高度，傳遞命令至橫向區(qū)域預(yù)設(shè)紅外開(kāi)始識(shí)別區(qū)域預(yù)設(shè)方案。

預(yù)設(shè)施工方案確定后，開(kāi)始指導(dǎo)施工。第一排橫向和第二排橫向預(yù)設(shè)紅外配合指導(dǎo)第一區(qū)域地磚的鋪設(shè)，兩排射線的交點(diǎn)定位地磚的頂點(diǎn)，如圖2所示。當(dāng)操作人員根據(jù)實(shí)時(shí)的語(yǔ)音提示系統(tǒng)對(duì)前一區(qū)域的施工過(guò)程進(jìn)行報(bào)錯(cuò)并糾偏無(wú)誤后，信號(hào)傳輸感應(yīng)系統(tǒng)會(huì)根據(jù)已設(shè)置的參數(shù)自動(dòng)進(jìn)行第二區(qū)域，即第一排橫向和第三排橫向預(yù)設(shè)紅外配合指導(dǎo)第二區(qū)域地磚的鋪設(shè)，如圖3所示。然后，語(yǔ)音提示系統(tǒng)糾正無(wú)偏差后再進(jìn)入第三區(qū)域指導(dǎo)工作，如圖4所示。以此類推完成整個(gè)房間地面的鋪砌。

圖2 第一區(qū)域效果圖

圖3 第二區(qū)域效果圖

圖4 第三區(qū)域效果圖

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)BIM技術(shù)提前預(yù)演地磚鋪貼的方案，解決了現(xiàn)在地面磚塊鋪貼的精度難以把控的問(wèn)題，語(yǔ)音提示指導(dǎo)施工流程，節(jié)約時(shí)間，降低施工成本，提高作業(yè)精度和效率，下一步的工作將集中在完善系統(tǒng)BIM信息終端的理論研究，有效進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，提高預(yù)演鋪貼方案的效率。