關(guān)于BIM技術(shù)在屋面工程質(zhì)量提升中的應(yīng)用

張 旭

(渭南遠(yuǎn)大建工集團(tuán)有限公司，陜西 渭南 714000)

0 引言

BIM技術(shù)作為新一代建筑施工技術(shù)，通過可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性等優(yōu)點(diǎn)，正在加快項(xiàng)目生產(chǎn)，使其更簡單、便捷、智能?；贐IM技術(shù)的項(xiàng)目協(xié)同管理平臺天然的符合總承包模式的應(yīng)用，通過方案模型、施工圖模型、施工深化模型，附帶各環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)信息，將傳統(tǒng)業(yè)務(wù)習(xí)慣集中到協(xié)同平臺進(jìn)行模式化處理，可大大改善現(xiàn)有建筑業(yè)工程總承包的建造水平與管理效率[1-3]。

1 項(xiàng)目簡介

渭南市中心西片區(qū)·多功能館項(xiàng)目是渭南市委市政府確定的重點(diǎn)民生項(xiàng)目，該項(xiàng)目將打造成為集共享性、識別性、地域性、生態(tài)性為一體的城市多功能綜合體建筑坐標(biāo)。工程設(shè)計(jì)風(fēng)格是將關(guān)中傳統(tǒng)建筑的方、院，聚落與華山層層疊疊之形態(tài)相融合。具有現(xiàn)代建筑的時(shí)尚氣息，設(shè)計(jì)新穎獨(dú)特。主要包括檔案館、圖書館、科技館、青少年宮及婦幼活動中心等四個(gè)場館。

2 BIM技術(shù)在屋面工程策劃中的應(yīng)用

1)利用項(xiàng)目初期建立的BIM模型，模擬屋面工程施工過程。主要任務(wù)是利用BIM平臺進(jìn)行施工模擬，為后期協(xié)同策劃等提供便利。

2)依據(jù)BIM模擬情況，確定各工序施工質(zhì)量把控重點(diǎn)，例如找坡層最高點(diǎn)標(biāo)高、各保護(hù)層厚度、缸磚排布等。

3)根據(jù)現(xiàn)場主體結(jié)構(gòu)復(fù)測結(jié)果，對模型進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

4)模型調(diào)整完成后，進(jìn)行方案討論，并出具相應(yīng)部位施工圖、剖面圖、工程量等便于現(xiàn)場施工。

在屋面工程的施工中，傳統(tǒng)的施工方法是在主體結(jié)構(gòu)施工完成后，對主體結(jié)構(gòu)施工進(jìn)行現(xiàn)場校核，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際尺寸對主體結(jié)構(gòu)進(jìn)行打磨修補(bǔ)，然后進(jìn)行測量放線、保溫層、保護(hù)層、防水、屋面磚等工序施工。相對于BIM技術(shù)而言，傳統(tǒng)屋面施工工藝施工周期普遍較長，往往在各項(xiàng)工序的質(zhì)量控制、施工策劃上占用較長的時(shí)間，影響項(xiàng)目施工進(jìn)度。利用BIM技術(shù)可以提前將屋面各工序進(jìn)行施工模擬、提前策劃，并且可以協(xié)同多專業(yè)進(jìn)行碰撞檢查，再利用現(xiàn)場復(fù)測尺寸進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，出具解決方案。在施工過程中對施工質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，可以減少部分工序的時(shí)間，加快施工進(jìn)度。

3 BIM技術(shù)在屋面設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

本案例項(xiàng)目包含科技館、圖書館、檔案館和青少年及婦幼兒童活動中心，各場館設(shè)計(jì)理念參考中國古代建筑設(shè)計(jì)風(fēng)格，造型簡單且突出場館特色。

3.1 缸磚花型設(shè)計(jì)

屋面缸磚排版尺寸應(yīng)考慮扣除墻面裝飾層厚度，保證整磚排布，在屋面混凝土柱、設(shè)備基礎(chǔ)、出屋面排煙(風(fēng))管道等處周邊按照整磚排布原則，并與屋面磚對縫。分格縫兩側(cè)、墻柱、女兒墻欄板、設(shè)備基礎(chǔ)及排煙(風(fēng))道等凸出物根部周圍采用藍(lán)色(100 mm)飾面磚鑲邊，磚縫寬為8 mm～11 mm。女兒墻底部缸磚鋪設(shè)高度為地面完成面最高處向上300 mm。天溝寬度為俯視投影6塊磚為寬度，溝底采用白色整磚排布，天溝兩側(cè)長度方向采用同規(guī)格藍(lán)色飾面磚排布(圖1為屋面缸磚設(shè)計(jì)圖)。

屋面缸磚排版完成后，根據(jù)排布效果套用設(shè)計(jì)方案中的花型設(shè)計(jì)，并根據(jù)排布效果進(jìn)行調(diào)整。屋面圖案設(shè)計(jì)方案結(jié)合了地方、民族與建筑用途的多種文化元素，并針對不同場館，設(shè)計(jì)不用寓意的花型圖案，既達(dá)到了美觀的效果，又體現(xiàn)了設(shè)計(jì)的多樣性。

如圖1所示為項(xiàng)目檔案館屋面飾面磚花型設(shè)計(jì)圖，檔案館采用“井”字型欞花圖案，該形狀是對應(yīng)天空中被古人稱為“二十八星宿”中南方第一宿名“井宿”的星座。人們選用“井”字型圖案作為門窗格心欞花，是將建筑與“井宿”對應(yīng)的表示。同時(shí)南方井宿是水的象征，寓意辟火，所以被人們選用在建筑的門窗上做裝飾圖案。

3.2 女兒墻造型設(shè)計(jì)

項(xiàng)目女兒墻與幕墻存在相接位置，幕墻在女兒墻壓頂收口時(shí)，采用BIM技術(shù)進(jìn)行排版。排版遵循與幕墻、外墻等分格對應(yīng)，無法對應(yīng)時(shí)，應(yīng)在頂面進(jìn)行過渡調(diào)整。在壓頂內(nèi)側(cè)底面應(yīng)設(shè)滴水線，且在壓頂上部設(shè)置向外坡度。

女兒墻內(nèi)側(cè)飾面(范圍：壓頂?shù)嗡敛讳P鋼泛水高度內(nèi))選用真石漆(顏色后續(xù)統(tǒng)一定)飾面，內(nèi)側(cè)飾面花紋圖案根據(jù)各場館特色進(jìn)行區(qū)別設(shè)計(jì)。圖案設(shè)計(jì)原則應(yīng)與屋面分格縫對應(yīng)，在分格倉內(nèi)，自墻中線向兩側(cè)分格布設(shè)裝飾圖案，裝飾圖案應(yīng)對稱、居中、協(xié)調(diào)。裝飾圖案在基層涂飾圖案底色，用美紋紙粘貼覆蓋好后，面層噴涂真石漆。

如圖2中為項(xiàng)目圖書館女兒墻圖案設(shè)計(jì)，圖中設(shè)計(jì)圖案為“方錦”是由四個(gè)直角套在一個(gè)四方形的四角后形成的一組大小四方形重疊的圖案。它與方勝的區(qū)別是，套方錦是以四方形套四方形，方勝是菱形套菱形。套方錦樣式的窗欞圖案有四方形、十字、八角等，寓意正直、吉祥，代表形正心正。

3.3 其他設(shè)計(jì)

1)明排氣孔(見圖3)。

屋面磚排版完成后，在分格縫內(nèi)設(shè)置排氣管。排氣管生根于找平層上，埋設(shè)管壁周邊應(yīng)打孔確保排氣順暢，位置位于分隔縫中心，高度一致，打膠平滑，寬窄一致。采用BIM技術(shù)進(jìn)行排布，對比屋面缸磚分布位置，調(diào)整排氣孔出口位置。在找平層施工時(shí)，將管道位置精準(zhǔn)找出并安裝管道，管道安裝完成后再進(jìn)行下一道工序，可以避免二次開槽導(dǎo)致的位置不精準(zhǔn)，減少破壞和返工。

2)屋面落水孔(見圖4)。

落水孔安裝前依照屋面磚排布圖，調(diào)整落水孔位置使落水孔位于天溝內(nèi)部，并與屋面磚縫居中對稱、對縫。

3)水簸箕(見圖5)。

利用BIM技術(shù)對水簸箕進(jìn)行動態(tài)設(shè)計(jì)，對石材進(jìn)行預(yù)拼并編號，按順序拼裝云石膠固定，側(cè)板應(yīng)與背板及底板邊緣平齊，水簸箕應(yīng)與墻面結(jié)合嚴(yán)密，與水落口中心線居中，并居墻面分格中心，水簸箕面層距排水口高度為250 mm。

水簸箕底部石材宜內(nèi)高外低，水簸箕與墻面及屋面交接處應(yīng)打膠封閉，膠縫寬度15 mm。

4)分隔縫(見圖6)。

周邊女兒墻、柱、設(shè)備基礎(chǔ)、排煙(風(fēng))道等凸出物周圍應(yīng)留設(shè)分格縫(距離突出物邊250 mm)，大屋面分隔間距2.8 m(根據(jù)情況調(diào)整)，縫寬2 cm，灌縫材料為黑色耐候密封膠。

5)柱墩設(shè)計(jì)。

屋面設(shè)計(jì)有十字交叉花架梁，交叉處為方形混凝土柱支撐。屋面設(shè)計(jì)過程中，將柱子柱底部采用圓弧形柱墩包覆。屋面缸磚排布設(shè)計(jì)，以柱子中心線為分割線，柱墩向四周各距10 mm。周邊飾面磚按照整磚排布(圖7為柱墩剖面設(shè)計(jì)圖，圖8為柱墩周圍飾面磚排布效果圖)。

3.4 設(shè)備基礎(chǔ)深化

在屋面工程深化設(shè)計(jì)中，避免不了飾面磚與屋面設(shè)備基礎(chǔ)的碰撞問題。傳統(tǒng)施工過程中，屋面設(shè)備基礎(chǔ)的定位只考慮到管道綜合排布出屋面后的位置，并不會與飾面磚排布相結(jié)合，這種情況往往會造成飾面磚的排布難度加大，而且設(shè)備基礎(chǔ)的施工與屋面工程結(jié)構(gòu)施工同步。因此，BIM技術(shù)在進(jìn)行屋面磚排布時(shí)，應(yīng)將設(shè)備基礎(chǔ)的位置考慮進(jìn)去，包括設(shè)備基礎(chǔ)上的抗震設(shè)施，對設(shè)備基礎(chǔ)精準(zhǔn)定位、優(yōu)化排版，使屋面設(shè)備基礎(chǔ)與屋面磚排列有序、整齊順直，附件及工藝配管安裝方向、坐標(biāo)一致，高度統(tǒng)一。管綜深化完成后，出具管綜深化基礎(chǔ)定位放線施工圖。

3.5 材料吊裝分析

在屋面施工過程中，由于此時(shí)塔吊已經(jīng)拆卸，屋面材料的吊裝則采用大型吊車進(jìn)行。在吊車的使用過程中，因屋面的材料種類多、工程量大，因此吊車需要長時(shí)間占用施工通道。于是項(xiàng)目針對大型吊裝設(shè)備的使用進(jìn)行了吊裝模擬分析，在大型吊裝設(shè)備使用過程中，要保證既能覆蓋屋面施工的大部分位置，又能不影響項(xiàng)目其他工序施工。在模擬施工過程中，需要精準(zhǔn)的將項(xiàng)目各施工道路，道路與樓體的位置關(guān)系進(jìn)行把控。利用無人機(jī)GIS正射技術(shù)和GPS設(shè)備將項(xiàng)目臨建模型進(jìn)行精準(zhǔn)調(diào)整，再利用BIM施工模擬技術(shù)，將大型吊裝設(shè)備位置進(jìn)行模擬排布，合理規(guī)劃吊裝位置。

3.6 成果輸出

將屋面各工序深化模型，進(jìn)行技術(shù)交底討論，經(jīng)各參建方確認(rèn)后，通過Revit軟件出具二維剖面圖、平面圖，三維剖面圖效果圖，包括屋面分隔縫與軸線、女兒墻關(guān)系，排磚圖花型深化設(shè)計(jì)圖、設(shè)備基礎(chǔ)定位圖以及各復(fù)雜節(jié)點(diǎn)的平面圖、剖面圖、三維立體圖等，并在圖紙上精確標(biāo)注定位關(guān)系、構(gòu)件材質(zhì)、尺寸信息及施工工藝做法信息等，確保圖紙可用于指導(dǎo)現(xiàn)場施工，再將各深化圖紙等交由業(yè)主方、監(jiān)理方、設(shè)計(jì)院進(jìn)行審核確認(rèn)，經(jīng)確認(rèn)后將圖紙批量打印，下發(fā)給參見各方并對重要節(jié)點(diǎn)進(jìn)行詳細(xì)的施工交底。

4 BIM技術(shù)在屋面實(shí)施過程中的把控重點(diǎn)

4.1 施工動畫與三維交底

結(jié)合屋面工程來分析，因?yàn)榧?xì)部構(gòu)造相對煩瑣，再加上相對于以往的二維圖紙來講，由于其缺乏一定的直觀性，所以當(dāng)進(jìn)行施工交底時(shí)，往往會有著一定的不足之處。為了能有效避免出現(xiàn)返工的情況，項(xiàng)目把屋面的三維格式文件導(dǎo)出，充分利用多種軟件相結(jié)合，針對于屋面不同構(gòu)成部分開展相應(yīng)的后期處理，再加入視點(diǎn)以及動畫之后，可以產(chǎn)生相應(yīng)的施工模擬過程。借助有關(guān)的軟件，并且有效融入可視化管理思維，在此基礎(chǔ)上有助于各方主體交流。利用導(dǎo)出的動畫，同時(shí)通過生成二維碼，放在施工現(xiàn)場也能夠快速的指導(dǎo)工作者具體施工。

可視化技術(shù)交底可以通過多種方法進(jìn)行，例如：工藝流程動畫、模型交底、效果圖等。但進(jìn)行可視化技術(shù)交底時(shí)，應(yīng)將圖紙與三維模型相結(jié)合，將各個(gè)施工流程、工藝穿插、材質(zhì)等進(jìn)行詳細(xì)說明。

4.2 工程量提取

在屋面工程施工前，需要計(jì)算屋面工程相關(guān)材料的工程量。利用BIM技術(shù)可以快速的進(jìn)行工程量統(tǒng)計(jì)，并參考相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和施工員的施工經(jīng)驗(yàn)，可以使工程量的統(tǒng)計(jì)更為準(zhǔn)確。項(xiàng)目實(shí)施工程量清單計(jì)價(jià)，基于已經(jīng)構(gòu)建的BIM模型，結(jié)合有關(guān)的計(jì)算規(guī)則，并且通過對有關(guān)軟件的使用，也可用來對屋面工程量進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。通過多種方式，可以使工程量的提取更為準(zhǔn)確，降低成本(見表1)。

表1 常規(guī)模型材質(zhì)提取

4.3 進(jìn)度控制

在屋面工程施工前，可以將屋面施工進(jìn)度計(jì)劃導(dǎo)進(jìn)Navisworks軟件里面，把計(jì)劃和模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，生成動態(tài)的施工組織，能夠充分彰顯施工與竣工狀況，可以為制定科學(xué)合理的決策，提供強(qiáng)有力的依據(jù)，在屋面工程管理方面能夠起到關(guān)鍵的作用。并且可以合理的根據(jù)影響因素，對進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)行動態(tài)調(diào)整。

4.4 質(zhì)量把控

BIM工作人員在施工過程中，對各個(gè)步驟進(jìn)行質(zhì)量把控，參與各步驟施工及質(zhì)量驗(yàn)收，可以實(shí)時(shí)對模型、工程質(zhì)量及質(zhì)量要求提出整改意見。根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際情況，對模型進(jìn)行動態(tài)調(diào)整，并將動態(tài)調(diào)整時(shí)間、原因等記錄下來，為以后模型的創(chuàng)作提供參考意見，提高模型的創(chuàng)作質(zhì)量。根據(jù)調(diào)整后的模型，出具關(guān)鍵部位節(jié)點(diǎn)圖、施工圖可以提高現(xiàn)場工人的施工質(zhì)量，減少不必要的返工，達(dá)到降本增效。

4.5 參數(shù)化信息

在制作BIM模型時(shí)，應(yīng)進(jìn)行參數(shù)化建模，將構(gòu)件的尺寸信息、位置信息、項(xiàng)目信息、成本信息等添加至模型信息內(nèi)，方便后期導(dǎo)出數(shù)據(jù)時(shí)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。項(xiàng)目建成后，在整體效益分析前，對項(xiàng)目的所有實(shí)施環(huán)節(jié)和各類信息進(jìn)行總結(jié)歸類時(shí)，詳細(xì)的參數(shù)化信息模型和綜合項(xiàng)目管理平臺的應(yīng)用，可以更有利于采集數(shù)據(jù)，也更有利于對項(xiàng)目建設(shè)中涉及的各種費(fèi)用和成本進(jìn)行詳細(xì)的分析和梳理，以幫助參與建設(shè)的企業(yè)更好地把握建設(shè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益，為新項(xiàng)目的綜合管理、成本控制等總結(jié)成功經(jīng)驗(yàn)，也打下了良好的基礎(chǔ)。

4.6 經(jīng)濟(jì)效益分析

利用BIM技術(shù)的碰撞檢查，提前規(guī)避屋面工程施工中可能遇到的問題，降低了出現(xiàn)返工等問題造成的施工進(jìn)度延誤和成本損失，利用BIM技術(shù)和協(xié)同管理平臺進(jìn)行材料、用工分析，提前驗(yàn)算分析、做到節(jié)材節(jié)能。預(yù)計(jì)在前期利用碰撞檢查和圖紙深化工作，做到零失誤、零返工，提前完成工期目標(biāo)。

建立一套虛擬質(zhì)量樣板文件和施工工藝樣板文件，減少項(xiàng)目樣板區(qū)的投入，做到節(jié)地、節(jié)材。合理優(yōu)化進(jìn)度計(jì)劃和材料配置，節(jié)約成本、提高工期。建立項(xiàng)目協(xié)同管理平臺，主要對人、機(jī)、物等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，積累數(shù)據(jù)，為后續(xù)工程施工提供合理化經(jīng)驗(yàn)。

4.7 BIM技術(shù)應(yīng)用效果

在傳統(tǒng)屋面工程施工過程中，二維圖紙以及相對于施工方案的技術(shù)交底，使得各專業(yè)分包理解困難，不能準(zhǔn)確的指導(dǎo)施工，導(dǎo)致施工工期滯后，施工進(jìn)度進(jìn)展緩慢，不能完全按照項(xiàng)目工期要求進(jìn)行施工，各穿插工序影響沖突。采用BIM技術(shù)模擬施工后，各專業(yè)分包之間通過可視化技術(shù)交底，可以提前調(diào)整各自施工進(jìn)度、工序安排，也可直觀的分析出施工計(jì)劃的不足之處，提出優(yōu)化整改建議。從而減少各專業(yè)分包在穿插施工中的沖突，及工作層面交接處的施工節(jié)點(diǎn)問題，保證了項(xiàng)目施工的順利進(jìn)行。

5 結(jié)語

結(jié)合BIM技術(shù)在本項(xiàng)目中的具體應(yīng)用，解決了項(xiàng)目實(shí)際中存在的問題。在屋面工程施工完成后，項(xiàng)目針對BIM技術(shù)在屋面工程中的應(yīng)用開展了專項(xiàng)討論，將采用BIM技術(shù)和未采用BIM技術(shù)的兩種施工方式進(jìn)行對比，總結(jié)兩種施工工藝的優(yōu)缺點(diǎn)，并將總結(jié)后的文件形成指導(dǎo)施工的BIM屋面工程的專項(xiàng)施工方案，作為以后的屋面工程施工指導(dǎo)文件。

將BIM技術(shù)與屋面工程相結(jié)合，提高了屋面工程策劃的協(xié)調(diào)性，使得多工種協(xié)同策劃變得更簡便、更直觀；提高了項(xiàng)目的施工質(zhì)量，使得屋面工程更美觀、更實(shí)用；減少了項(xiàng)目施工工期，降低了屋面工程的返工率；減少了項(xiàng)目施工成本，降低了屋面工程的施工成本。

本項(xiàng)目采用了BIM技術(shù)提前策劃，將多種方案進(jìn)行對比模擬，擇優(yōu)選取。通過多種施工方案、策劃方案的綜合對比，并與現(xiàn)場實(shí)際相結(jié)合，提高了屋面工程施工的綜合效益。例如，在飾面磚圖案的策劃方案上，由于采用了前期策劃，使得飾面磚的施工做到了一次成型。相對于傳統(tǒng)方法，需要在飾面磚安裝完成后將造型的飾面磚進(jìn)行返工更換，不僅減少了施工時(shí)間，也減少了不必要的材料浪費(fèi)和人工費(fèi)。

綜上所述，隨著BIM協(xié)同平臺不斷革新，使得BIM技術(shù)能更好貼合建筑工程的應(yīng)用和發(fā)展，相對傳統(tǒng)的建筑施工有了重大革新，能更好的將BIM技術(shù)應(yīng)用在建筑工程的全生命周期內(nèi)。不斷的提升BIM技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用，能更好的控制建設(shè)工程的成本和效率，在提高效率的同時(shí)帶來了更好的經(jīng)濟(jì)效益和更高效的工作周期。BIM技術(shù)在國內(nèi)雖然處于起步發(fā)展階段，但是隨著人們不斷的在應(yīng)用中總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和大力的推廣，終有一天BIM技術(shù)會成為建筑工程不可或缺的一項(xiàng)施工技術(shù)，因此，為了推進(jìn)BIM技術(shù)的發(fā)展，還需不斷的實(shí)踐，不斷的總結(jié)，努力向前奮進(jìn)。