建筑工程3D打印實體質量樣板展示區的研究與應用

侯緒冉，左夢坡，徐壯，李亭，馬廣生

（中建八局第一建設有限公司，山東 濟南 250100）

隨著社會經濟的發展，人們質量意識也逐步提升，對建筑施工產品的質量標準要求也越來越高。在建筑施工現場質量的把控上，相關企業也越來越重視。建筑產品施工質量不僅僅關乎企業形象問題，更是時代要求及對建筑產品本身履行責任的體現。

為提高現場施工質量，工程施工前期，普遍采用樣板引路的施工方法。樣板引路即在某項分項工程施工之前，按照圖紙設計做法，依據各項強制性規范、標準及文件，在確保觀感效果的前提下，提前進行每項工序的施工，并制作成樣板模型，對進場的工人進行交底，對參觀及觀摩人員進行工藝做法展示的一種施工方法。

傳統實體質量樣板展示區，確實能做到對現場各個細部節點做法1∶1的展示及交底，但是也存在如下弊端：

①傳統實體質量樣板展示區，施工周期長，雖然實體樣板工程量不大，卻是各項圖紙設計做法的提前再現，每道工序都不能缺失，并且每道工序都需要施工作業時間及養護時間。假如操作工人技術水平不滿足標準要求，還存在返工風險，故施工作業時間較長，不能適應當今快節奏的施工步伐；

②由于涉及各個工序施工，需要各類施工人員的資源準備，且各種措施材料還需要一次投入，施工這種傳統的實體樣板展示區成本造價較高，不利于節約成本；

③傳統實體樣板質量展示區，在施工過程中，由于采用純人工操作，工人的技術水平高低及施工的原材質量等都會對最終的產品質量造成直接影響，產品質量不可控因素多，不能實現質量標準化管理；

④傳統實體樣板，占地面積都相對較大，對于現今日益狹小的施工現場，極大增加施工組織難度，并且施工完畢后，需要對實體樣板進行破除，對產生的垃圾進行清理，造成建筑成本的額外增加；

⑤施工的實體質量樣板，體積往往較大，并且重量重，不易于周轉使用，不符合當今環保要求；

圖1 傳統質量樣板區

為避免以上種種弊端，滿足綠色環保需求，我司積極進行科技創新，利用前沿BIM技術，結合3D打印方式，創造出一種新型、高科技含量、綠色環保、施工速度快、成本底的實體質量樣板展示區新模式，并且該成果成果應用于安徽省合肥市濱湖新區高速·時代公館項目。

高速·時代公館項目工程總建筑面積33萬m2，其中高速·時代公館項目一期工程總建筑面積為19萬m2，高速·時代公館項目二期工程總建筑面積為14萬m2。本工程主要規劃用途為住宅、體育mall及超高層辦公樓等，由中國建筑第八工程局有限公司總承包施工。項目裝飾裝修施工完成后，由于現場東北角區域需提前移交業主，進行售樓部施工，導致現場無環形道路、場地狹小。施工現場無合適區域進行傳統實體質量樣板展示區制作。本項目經過前期縝密策劃，改變傳統思維，采用BIM+3D打印技術進行項目的樣板施工。

首先，項目管理人員對本項目圖紙進行分析，羅列出施工過程中所涉及的各個分項工程，依據圖紙設計要求，采用Revit建模軟件對各個分項工程進行模型的建立，利用3Dmax軟件進行格式轉換，轉換為3D打印機可以識別的格式，最后采用JGreat軟件對建立的3D模型進行切片，切片完畢后，將三維模型變為帶坐標的二維平面圖，導入3D打印機中進行實體質量樣板模型的打印。

本項目策劃并完成樁頭樣板、地庫外墻樣板、樓梯樣板、加氣塊砌塊砌體樣板、煤矸石砌體樣板、衛生間防水樣板、屋面樣板、屋面排風塔樣板、鋁合金窗樣板、地下室后澆帶樣板、衛生間吊模樣板、洞口封堵樣板、墻柱加固樣板、砌體配管樣板、外墻保溫樣板、電氣管道井樣板的3D打印及展示。其中，樁頭模型包含樁頭插筋、填芯、樁頭防水等分項工程；地庫外墻模型包含止水鋼板、鋼筋綁扎等分項工程；樓梯模型包含踏步板厚配筋尺寸、休息平臺板厚配筋、樓梯梁尺寸筋等分項工程；煤矸石砌體模型包含砌體排版、馬牙槎、構造柱、過梁、壓頂等分項工程；衛生間防水模型包含管道預埋、吊模、防水等分項工程；屋面模型包含屋面防水、保溫、找平層、保護層等分項工程；屋面排風塔模型包含屋面做法、排風塔做法等分項工程；鋁合金窗模型包含窗口鋁板、窗框塞縫等分項工程；現今各個3D實體樣板已經打印完畢，下圖為部分3D打印模樣板型。

3D打印實體樣板不僅僅是傳統意義上實體樣板展示，其還涵蓋各個分項工程的技術交底書，并采用二維碼掃描技術，對工人進行樣板做法交底，真正意義上做到了樣板引路。通過與傳統的實體質量樣板進行對比分析，BIM+3D技術實體樣板區具有以下優點。

①節材，BIM+3D實體樣板區僅需打印耗材，避免的大量的鋼筋、混凝土及相關周轉材料的投入使用。

②節地，對于BIM+3D實體樣板區，由于打印精確度高，可以在極小的模型顯示出各分項工程做法，故可大量降低樣板模型施工區域的占用。

③降本，BIM+3D實體樣板區，能實現人員投入及材料投入的高度節約，具有降本增效的效果。

④可周轉，BIM+3D實體樣板區，各模型體積小，易于進行周轉。

在3D打印過程中，我司也對該技術進行不斷總計，例如通過REVIT建族對各節點做法展現；打印前合理拆解模型，以便快速打印及組裝等。

BIM+3D打印實體質量樣板展示區能系統展現各細部節點做法，對工人進行樣板交底，模型附有各分項工程技術交底書二維碼，可供掃描下載，實用有效等。總之，科技改變生活，借助當今各項先進的施工技術，積極應用于建筑施工中，必將引領建筑施工進行一場新的技術變革。