BIM技術在砌筑工程中的實踐應用和探析

弋富國

(中國五冶集團有限公司, 四川成都 610000)

建筑砌筑工程基于BIM精準控制施工方法的應用，提高砌體工程施工精細化，提高建筑質量和品質。

1 砌體工程基于BIM技術的應用特點

(1)采用BIM砌體排布技術對砌體工程進行預先精確排版，精確提量，減少施工返工率，降低材料多次搬運和損耗，降低施工成本。

(2)采用微調式強、弱電箱精確預安裝施工方法，在墻體砌筑之前對強弱電箱進行精確預埋，用型鋼支架固定定位，三維調控，安裝位置準確、固定穩固，高效精確的進行強弱電箱安裝。

(3)采用微調式墻體聯排線盒精確安裝施工方法，對墻面電氣線盒采用型鋼支架精確預安裝固定，預埋固定強度好，位置準確，合理利用人工工期，提高工序穿插效率，節約工期。

(4)采用整體式強、弱電箱預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度，提高施工質量，防止墻體及裝飾面層沿管線敷設方向裂縫的質量通病，減少不必要的人工、材料浪費，節約了資源，有利于現場文明施工和環境保護；根據建筑尺寸和施工進度，提前進行砌體排版、材料提量和現場材料分料，實現箱體、線盒支架、成品砌塊的整體制作，進行模塊化施工，提高砌筑、安裝等工種工序穿插，加快施工進度。

2 適用范圍

本方法適用于現代民用建筑、工業建筑、商業建筑中采用燒結磚砌體及砌塊砌體墻體施工，尤其在民用住宅標準層的施工中，使用本方法，砌體施工質量能夠得到很好的保證。

3 工藝原理

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

(2)強、弱電箱采用可調式鍍鋅鋼支架預安裝固定，底座為三角形可調整底座，支架設置可調節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定性實現強、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、弱電箱安裝以建筑1 m線配合其中心線及箱底標高為基礎，進行準確的三維定位控制，安裝精確、支架可重復使用，施工質量和進度得到有效的保證。

(3)在多媒體位及床頭柜等線盒集中墻體處，將聯排線盒按照設計的間距固定于支架橫梁上，通過支架立桿調節孔及可調式支架底座調節螺桿對聯排線盒精確定位，安裝過程以墻體建筑1 m線、房間300 mm方正性控制線(含墻體結構面Q300 mm線和抹灰面M285控制線)及聯排線盒中心線采用自動安平紅外線進行準確三維定位。聯排線盒精確預埋固定強度好，安裝精度高，支架可重復使用，施工質量和進度得到有效的保證。

(4)對墻體頂砌預制塊進行集中加工，根據現場頂砌磚的具體尺寸規格，利用BIM砌體排布技術對砌體進行精確排布定位，提出墻體頂部“”砌塊的精確尺寸，在預制場進行模塊化集中預制，能有效提高施工效率和墻體裝飾面層施工質量。

4 工藝流程及操作要點

施工工藝流程見圖1。

圖1 施工工藝流程

4.1 施工準備

(1)成品燒結磚、加氣混凝土砌塊運至施工現場，材料驗收合格，預拌砂漿驗收合格入罐。

(2)成品及半成品配電箱、線盒、管線及構配件到場，品牌、材質、規格型號等驗收合格，符合設計要求及規范要求，進場數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、手電鉆、型材切割機、鋼鋸等設備齊全完好，滿足施工現場要求。

(5)砌體施工用的木方、模板、夾具、對拉螺桿及型鋼已到場，滿足現場需要。

4.2 精細化放線

根據主體結構施工放樣的樓層軸線，對樓層各砌筑墻體進行放線，放線內容包括：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)，精細化放線應準確、清晰，無遺漏。

圖2 標準戶型精細化放線平面

4.3 基于BIM砌體排布技術進行墻面砌體排版

使用BIM技術對樓棟進行土建建模，利用BIM砌體排布技術，對樓層各砌體墻面進行砌體排版，利用BIM可視化準確優化砌體的組合方式，最大化減少配磚的磚型及配磚量。利用BIM數據化、模塊化提出各層、各戶、各磚型的準確數量，砌塊進料、樓層運磚數量精細化。通過精細化的排版和提料，降低資源浪費，減少材料浪費和材料二次搬運，降低施工成本。

4.3.1 BIM砌體排布操作流程

魯班土建建模、導出LBIM圖形→ LBIM圖形導入、魯班砌體排布→墻體編號→編號墻體砌塊排布→導出CAD排版圖→門窗洞口混凝土預制塊、頂砌、丁字墻、L墻二次調整優化。

4.3.2 魯班土建建模、導出LBIM圖形

利用魯班土建建模軟件進行土建模型建立，根據圖紙確定廚房、衛生間、露臺混凝土導墻；布置構造柱、過梁；預留配電箱位置、設定門洞高度，然后導出LBIM圖形。

4.3.3 LBIM圖形導入、魯班砌體排布

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

圖3 砌體排布三維視圖

4.3.4 墻體編號，并對標號的墻體進行排布

利用魯班排布的砌體排布功能對工程進行墻體編號，以便軟件對墻體進行對應識別。墻體編號完成后，選擇單面墻體或整體墻面進行墻體砌體排布。

4.3.5 導出CAD排版圖

墻體砌體排布完成后，導出CAD格式墻體砌體排版圖，根據現場實際情況，對頂砌和底砌工藝、門窗洞口預制混凝土砌塊、丁字墻、L墻工藝等用CAD進行二次深度優化和調整。

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

4.4 配磚加工、預制

4.4.1 成品轉二次加工

加氣混凝土砌塊和燒結空心磚根據現場電氣箱體實際配管情況，在現場加工區采用手提式切割機對磚進行加工。

根據BIM砌體排布精確提取電氣箱側邊配磚磚型數據，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進行切割，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 預制構件加工

預制構件的制作是針對少數地方墻體磚模數和預埋電氣設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、弱電箱和空調洞口的邊口處。

4.4.2.1 強、弱電箱包裹“∏”型預制成品砌塊

利用“∏”型砌塊預制專用模具，預制寬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，便于對電箱集中管線的包裹。根據工程所需的強、弱電箱總數來預制過梁，做到一箱一梁。

圖5 “∏”型專用預制砌塊(單位:mm)

①號構件：2塊440 mm×90 mm；②號構件：4塊323 mm×90 mm；③號構件：4塊151.5 mm×90 mm；④號構件：5塊50 mm×90 mm；以上4種構件均為2 mm厚鋼板制作圖6 頂砌預制塊裝置

4.5 強、弱電預埋安裝

4.5.1 強、弱電箱定位固定

(1)強、弱電箱箱體定位：利用自動安平紅外水平儀，對墻體強、弱電箱進行豎向定位。

(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邊角點各銑兩個孔，外孔孔面焊接螺母，安裝調節螺桿，內孔用于膨脹螺栓與地面固定，通過調節螺桿實現底座微調；

(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長的高度調節孔，用調節件進行支架橫梁與支架立桿的固定，實現箱體高度的調整；

(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，分別使用底座調節螺桿和支架立桿調節件對箱體進行調整，位置準確后固定，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 強弱電箱安裝固定

4.5.2 聯排線盒定位固定

按照設計圖紙，利用自動安平紅外水平儀在聯排線盒安裝墻體處，進行多線盒精確預埋施工，該預埋方法及預埋工具可在標準層反復使用。

(1)參照設計圖紙，根據墻體線盒的集中程度，選取適當長度的一段鍍鋅C型鋼，將線盒根據箱體設計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邊角點各銑兩個孔，外孔孔面焊接螺母，安裝調節螺桿，實現底座微調，內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長高度調節孔，用調節螺栓進行支架梁和連接和固定，實現盒體高度的調整。

(4)聯排線盒、支架橫梁、支架底座及立桿連接好后，按聯排線盒底放線位置和定位尺寸，分別使用支架底座調節螺桿和支架立桿調節孔螺桿對盒體進行調整，位置準確后，擰緊螺栓，使聯排線盒固定在支架上。聯排線盒在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)，接管時應注意線管排列，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。整個支架卸下完成后，可在其他樓層、房間安裝重復使用。

4.5.3 管線接駁

(1)管線的延伸和接駁需根據箱體和線盒的設計位置進行合理安排延伸布置，管路間距應盡量分開，不能過于集中，以便后續管線封堵。

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

(3)管線下料時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，對樓層各戶型各砌體墻進行精確排布。根據現場線盒尺寸和位置，墻體內線管的集中設置情況，對各墻體管線位置的砌塊進行精確配磚提樣，在場內配磚加工場進行集中“L”型、“V”型包管磚集中加工。

配磚二次加工好后分類按量運至施工樓層，集中堆放。在砌體施工過程中，電氣安裝人員應負責跟蹤檢查線盒、線管等是否移位，安裝是否穩固，待磚工砌筑到有線盒、線管位置時，電氣工配合磚工對管線位置的砌塊按照墻體砌體排布圖進行準確組砌。砌筑過程中應注意對線管、線盒保護，發現有損壞、偏位、脫落、堵管等情況的應及時和電氣專業的人員聯系進行恢復，經恢復、檢查無誤后繼續進行墻體砌筑。

墻體多線管位置用“L”磚包管錯縫砌筑(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 強弱電箱處墻體施工方法

砌筑施工前利用BIM砌體排布技術，對樓層各戶型墻體的精確砌塊。根據現場電箱的尺寸和位置設置情況，對各墻體電箱位置的砌塊和配磚進行精確配磚提樣，在場內預制場對“Π”型預制成品砌塊進行集中預制。強弱電箱位置管線密集，采用100 mm厚“Π”型預制成品砌塊進行箱體位組砌，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行飄砌(圖13、圖14)。

圖13 強、弱電箱包砌側面示意

圖14 強、弱電箱包砌正面示意

4.7 穿引線及成品保護

墻體頂部頂砌、所有預埋和修補完成后，對預埋的線管穿好引線并及時對開管口進行有效封堵，用聚苯乙烯板對電箱和線盒進行填充，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。

在戶內強弱電導線安裝完成后，將導線余頭盤入盒、箱內，并用封口嚴實，以防污染，同時應防止盒、箱內進水，導線不應有破損和污染。

5 效益分析

5.1 直接經濟效益

通過BIM技術項目砌體工程施工中的實踐應用，在以下方面產生了明顯的直接經濟效益：

(1)提高施工效率，節約機械租賃費；

(2)提高施工效率，節約架體材料租賃費；

(3)應用BIM技術，提高材料的利用率，減少材料損耗，節約材料費；

(4)減少樓層砌體二次裝運，節約人工費；

(5)應用BIM信息化技術，減少施工管理人員費用支出；

(6)應用BIM技術，減少電氣隨砌隨埋用工，節約人工費。

5.2 間接經濟效益

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

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

(3)采用民用建筑強、弱電箱預埋及墻體多線盒精確預埋施工方法，對強、強弱電箱的預埋進行準確地三維控制，提高施工質量和施工效率，節約用工、減少輔材用料，保證工期進度。

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