BIM技术在砌体二次深化排布的应用

BIM技术在砌体二次深化排布的应用摘要：应用BIM技术对建筑工程进行建模和施工模拟，利用模型的全面性、准确性、高效性及可预见性，优化建筑施工的过程控制，能够降低成本、缩短工期、提升品质，实现绿色施工。砌体深化排布是建筑工程BIM技术应用的主要子项，应用BIM软件对砌体进行深化排布，以解决传统二维砌体排布出错率高、工作量大、工效低等问题，有效降低施工成本。本文以在建上海海洋大学海洋科技楼为对象，根据Revit软件已建立的海洋科技大楼土建模型，使用广联达软件尝试该工程砌体进行深化排布，导出砌体三维大样图和材料统计表，探索用于直接指导现场施工的可能性。关键词：BIM；建模；碰撞问题；砌体排砖；二次深化设计排砖是施工过程中必不可少的一部分，在传统的二维砌体排布中，技术员需要在施工前花费大量时间完成排砖图的绘制和用量的统计，不仅工作量大，而且出错率很高；若不提前进行排砖，工人在现场排布时随心所欲直接切割堆砌，砌满为止，导致现场施工费时费工，甚至影响工程质量，大量已切割的砌体砖无法继续使用，工程材料被浪费。运用BIM技术，在已完成的模型上通过创建二次砌体墙，设置好砖体材料和规格、预留洞口、调整灰缝宽度等等，生成三维砌体排砖图，有效提高了砌体排布效率和准确度。实际应用中每一面墙所需的用砖量、留洞数量、水泥砂浆用量都经过严密的统计，避免了浪费，减少了污染，减轻了工人的工作量。1国内外研究现状乔治亚理工学院的数字建筑实验室（DBL）在2013年1月绘制了建筑信息模型（BIM）在整个砌体行业（Gentry2013）的路线图［2］，提出了三个重点项目一—砌体单位模型定义项目（MUMD）、BIM-M基准项目和砌体墙定义项目（MWD），提出了砌体域这一概念，为砌体结构参数化建模和规范奠定了基础。云南农业大学窦法楷，金永超等人［4］对Revit中族这一块进行了分析，他们基于窗族展开了研究，首先通过修改窗族的参数属性、创建出砌体实例，然后整合明细表信息并模拟砌体排布，最后导出得到砌体需用量和排砖图，帮助技术人员和施工人员进行现场精准施工。研究表明基于已有的Revit族创建能够满足实际工程要求的族类型并付诸实践，这是实施精益施工、促进BIM应用全面发展的新方法，不仅提高现场施工效率，还减少了噪音、粉尘对环境的影响。哈尔滨工业大学杨新聪，王凤来等人［5］以BIM于砌体建筑墙体设计的应用为例，以Revit软件作为平台，开发了新的设计插件，整合了工程量、造价系统的砌块建筑设计。先对楼层标高和墙体类型进行准确筛选，使用内置公式计算选择墙体的砌块用量，设定好工程需要的砌块强度后，可直接完成工程材料价格的初步估计，省略了导入其他的软件的过程，有利于从经济性角度优化设计。武汉中建三局集团有限公司戴路，武超等人［6］阐述了武汉大学大学生体育活动中心项目利用BIM技术进行砌体工程综合排布实施过程和方法总结。该工程砌体施工与机电管线安装施工同时进行，重点研究如何进行准确的管线洞口、线槽的预留预埋。利用Revit软件进行砌体预留洞口模型的创建，通过插件设置好相关参数，能够快速生成所有的预留洞口，避免了之后的二次开洞、开槽，既提高了工作效率，又节省了费用。杨文博，朱洁［7］等使用了BIM5D中构件ID查询编辑功能，将楼层中每面二次结构墙设定成单独的个体，其中墙体尺寸、材质、砌块数量和位置坐标等信息集合在二维码中，建立一墙对一码体系，实现了BIM+物联网技术在砌体结构施工中的应用。2本工程砌体二次深化排布上海海洋大学海洋科技楼项目由浙江省建工集团有限责任公司承包施工，在2017年11月开始施工准备，预计在2019年11月结束工程，总工期712天。项目总用地面积约11740平方米，总建筑面积为36500平方米，建筑高度为54.60米。项目总投资19828万元。由于该工程位于上海海洋大学校内，业主方有较高的环保要求，优先考虑使用BIM技术。在利用Revit完成基本土建建模之后，更深层次地利用BIM技术对其进行排砖深化。广联达BIM5D在砌体排布方面的应用较为成熟，以上海海洋大学海洋科技楼6层模型为例，插入加密锁后，打开Revit模型，使用广联达交互插件将模型导出。在附加模块中点击BIM5D图标，选择导出全部图元，步骤如下：（1） 导出范围设置。进行楼层过滤，选择土建专业并点击下一步。（2） 跨层图元楼层设置。在Revit中，F6顶部的梁、板实际是按CAD图纸中F7的梁板图所建立的，命名分别为S-KL1-C35-F7-HxB和S-厚120-C35-F7，但在BIM5D中，这些跨层图元应属于F6,因此将这些图元所属楼层修改至F6,同时检查其他图元有无楼层问题并进行勘正。（3） 图元检查。界面会罗列出已识别图元、多义性图元和未识别图元，软件识别的评判标准是根据《模型匹配附表》，判断族的名称是否符合表中"条件填写〃的要求，如果符合且唯一，则为已识别，如果符合且不唯一则为多义性，如果不符合则为未识别。对所有图元一一检查并选择正确的图元类型，然后将所有图形勾选并导出。导出文件的格式为.E5D，BIM5D可直接承接该格式文件。图2BIM5D模型视图选择可视楼层F6,点击自动排砖，将会对排砖时不需要的图元进行自动过滤，只剩下梁、柱、墙和门窗洞口。该楼层一共175面建筑墙需要进行砌体排砖设计，15面100厚，15面300厚，145面200厚。在左侧基本参数栏进行设置：砌体砖材料为蒸压砂加气混凝土砌块，200厚墙砌体砖为600x200x300，100厚墙砌体砖为600x100x300，300厚墙砌体砖为600x300x200（实际只是将600x200x300砖横放），水平灰缝厚度15，竖直灰缝厚度15,竖直灰缝调整范围-3~3，砌块间错缝搭接长度为1/3砖长，最短砌筑长度为1/3砖长；塞缝砖采用240x115x53的灰砂砖，高度初始设定为60，实际每面墙将根据顶部梁高做细微调整；导墙为200x90x53的实心蒸压灰砂砖，排布参数为全丁，底部导墙高度为4皮砖，高262mm，水平灰缝厚度10，竖直灰缝厚度10，竖直灰缝调整范围-2~2，砌块间错缝搭接长度为1/3砖长，最短砌筑长度为1/3砖长。图3参数设置图根据规范，当墙高超过4m时，墙体半高宜设置与柱连接且沿墙全长贯通的钢筋混凝土水平系梁，由于F6标高为26.250，F7标高为31.350，计算得墙高为5.1m，因此为了楼层整体性和刚度，需对该层进行圈梁设置。此外，对于开设门窗洞口的墙体，为了能够支撑门窗洞口上部砌体传来的荷载，需在洞口上方设置过梁，在F6中门高均为2400，将圈梁统一设置在F6标高z轴偏移+2450处，将门上圈梁的配筋做适当调整，即可代替过梁作用。当墙长大于5m时，为提高多层建筑砌体结构的抗震性能，规范要求应在房屋的砌体内适宜部位设置构造柱并与圈梁连接，共同加强建筑物的稳定性，构造柱与墙连接处宜砌成马牙槎使结合的更牢固，更利于抗震。选中一块墙面，点击精细排布，可在该界面设置二次结构，并且可以根据需要随时调节构造柱和圈梁的位置。首先根据规范，在两端无柱的墙、超过5米的墙以及纵横墙交界处设置带马牙槎的构造柱，难点在于不同厚度墙的交界处，构造柱只能够以较厚墙的宽作为柱截面宽度，需仔细观察墙交接处位置来放置。圈梁设置截面高度为150mm，在距楼面2.45m处放置，少数墙面上门高不足2.45m或大于2.45m，则将圈梁放置在门洞顶，以代替过梁作用。完成基本参数的设置和二次结构的布置后可开始自动排砖，然后根据规范要求、节省原则综合考虑，再手动进行砖长调整，尽量确保损耗率在10%以内，完成后导出CAD，然后点击确定完成该面墙的排布。图4砌体排布图所导出的CAD图纸将作为加工图使用，可进行后续修改。完成排布后在报表管理界面设置范围-楼层-F6，得到砌体材料采购计划表和砌体材料需用计划表。砌体材料采购计划表如下表1。表1砌体材料采购计划表3制约因素3.1软件因素相比市面上其他一些排砖软件广联达BIM5D的排砖功能其实已经算是走在前端了，但即使如此软件离做到尽善尽美还有一定的距离。（1） 无法对竖向灰缝做调整，有些墙面边上会排出10mm以内的砖，实际施工中完全可以多砌筑一些水泥砂浆来忽视这一点，但是在软件中无法将它消除，只能在导出的CAD图中做修改和文字说明。（2） 当参数改变时，如果进入之前已排布的墙进行查看，会导致那面墙的排布发生变化，之前设计好的将全部作废。因此在一面墙的设计确定无误后及时导出CAD图，为了防止出现偏差，不得再次点击不需要修改的墙面进行查看。3.2人为因素在现场施工中工人切割砖头、砌筑时存在手工误差，工人及管理层长期以来习惯传统工艺产生的惰性、不敢尝试新技术、以及各方出于自身利益的