BIM技術在屋面排磚深化設計中的應用
——以某三級綜合性醫院上人屋面為例

吳鳳英 蔡開發 古 杰

(1.廈門城市職業學院 福建廈門 361000；2.壘智設計集團有限公司 福建泉州 362000；3.廈門市建筑科學研究院有限公司 福建廈門 361000)

0 引言

BIM(Building Information Modeling)，中文稱之為“建筑信息模型應用”。建筑信息模型應用，是創建和利用項目數據在其全生命期內進行設計、施工和運營的業務過程，允許所有項目相關方通過不同技術平臺之間的數據互用，實現在同一時間利用相同的信息[1]。

隨著計算機軟硬件的普及和通信與網絡技術突飛猛進的發展，傳統的建設行業也在尋求擺脫落后生產模式的解決方案。因此，以BIM為代表的新興產業技術應運而生。這種全新的建筑全生命周期方案，有效地解決了建設行業的諸多不足，改變了當前工程建設模式，推動了整個建設行業從傳統的粗放、低效的建造模式向以全面數字化、信息化為特征的新型建設模式轉變[2]。

基于此，本文以某三級綜合性醫院上人屋面工程為例，探析BIM技術在屋面排磚磚深化設計中的應用。

1 案例工程概況

某三級綜合性醫院上人屋面，屋面構造為：最薄30 mm厚泡沫混凝土找坡層、20 mm厚1∶3水泥砂漿找平層、2 mm厚高聚物改性瀝青防水涂料、3 mm厚APP改性瀝青防水卷材、40 mm厚擠塑聚苯板、40 mm厚C20細石防水混凝土(內配鋼筋)、10 mm厚低強度等級砂漿隔離層、20 mm厚聚合物砂漿臥鋪、300 mm×300 mm防滑面磚8 mm～10 mm厚(干水泥擦縫)。面磚鋪貼面積約為7352 m2。

2 案例工程屋面磚鋪貼難點

(1)屋面形狀不規則，屋面有出屋面樓梯間、煙道、風道以及相關設備基礎等。

(2)屋面面積大，施工難度大，過程質量較難把控。

(3)細部、邊角部位處理難度大，美觀度要求高。

3 基于BIM的屋面排磚

基于上述難點，案例工程采用傳統施工方式，易造成現場返工，且難以達到整體排布美觀的效果。

因此，綜合考慮各項因素后，該項目在屋面排磚方面利用CAD二維排磚與BIM三維排磚相結合，把BIM技術應用在屋面排磚中。具體應用如下：

(1)根據施工圖，用Revit軟件創建屋面建筑結構三維模型，如圖1所示。

圖1 屋面整體BIM模型圖

(2)先用CAD繪制屋面排磚底圖，根據屋面面積及長寬方向尺寸，按縱橫方向初步劃分分倉縫。分倉縫最大間距不超過6 m，并考慮屋面分水線、排水溝等[3]。采用300 mm×300 mm面磚，磚縫標準寬度為8 mm[4]。排布過程，做到線角順直、節點統一、無半磚、無破活，如圖2所示。

圖2 CAD初步排磚圖

(3)將初排完成的CAD底圖導入Revit模型中，根據分倉縫、分水線位置及屋面找坡設置建筑面層。

(4)設置排磚參數(磚的規格、磚縫寬度、排布方式等)，并按該參數進行排磚。選擇起鋪點位置進行多次優化排磚，最終生成符合現場實際、直觀、并同時用于指導施工的屋面排磚模型，如圖3所示。

圖3 BIM屋面排磚模型

(5)人工復核與局部調整。排磚過程雖采用了BIM技術自動排磚，但也出現了無法處理的部位(磚面與設備基礎或墻根交接處)，需結合現場情況，進行分析調整，如圖4所示。

(b)圖4 BIM模型排磚無法處理的部位

(6)選定最優排磚方案后，采用BIM排磚模型導出工程量。該屋面工程300 mm×300 mm面磚約為72 962塊，損耗率約為1.6%，理論購買磚數由面磚面積大小配對拼磚計算而成，可為屋面鋪貼的物資采購提供依據。

4 基于BIM的屋面鋪磚施工

(1)BIM施工交底

采用最終排磚方案的BIM模型導出輕量化模型，在施工前對施工班組交底，對整體排布、分倉縫設置、節點處理、排水溝邊、設備基礎間的排布要求進行BIM技術交底，如圖5所示。

圖5 BIM技術交底

(2)提前解決設計問題

針對BIM排布過程中發現的屋面反坡、不美觀、容易積水、分倉縫規格無法滿足規范要求等問題，進行現場查勘，形成BIM聯系單至設計單位提前解決。

(3)基于BIM的屋面鋪磚施工

該工程地磚施工分以下步驟：基層處理→抹灰找平→彈控制線→鋪貼地磚→撥縫、勾縫→養護。

在找平層的砂漿強度達到1.2 MPa后(約養護24 h)，根據BIM模型進行分倉縫、分水線、控制線彈線，彈線由分水中心線向兩邊進行。每隔5塊磚(500 mm)距離彈一道控制線，并將控制線引至外墻或女兒墻底部。

由于屋面鋪設面積達7352 m2，在區格內沿縱橫方向上的分倉縫先設磚一行，形成控制帶，最后在控制帶內鋪設中間位置地磚。鋪設時，按照控制彈線的線位及墻根水平線先鋪幾列縱磚，找好位置及標高，由外墻向中心、在區格內由里往外，逐排、逐列退著鋪貼，且不踩踏已鋪好的地磚，如圖6～圖7所示。

圖6 現場鋪磚施工

圖7 BIM輕量化屋面排磚模型

(4)轉角施工調整原則

針對墻根部(或設備基礎等)轉角進行節點設計，墻體根部轉角設置寬150 mm～250 mm羅馬弧，根據BIM排磚尺寸確定合理羅馬弧寬度，減少非整磚，轉角采用防水砂漿+鋼絲網+防水涂料面層構造；轉角與平面磚部分，采用20mm寬伸縮縫進行分隔[5]，如圖8所示。

圖8 轉角構造施工

(5)過程控制及驗收

施工過程中，管理人員根據BIM模型進行屋面鋪磚施工的過程質量控制，重點把控分倉縫的位置、磚縫寬度、分水線的位置、橫縱坡度等，基于BIM模型進行實時測距、模數核對、坡度剖切查看等，實現屋面排磚的BIM應用落地，提高施工質量，如圖9所示。

圖9 BIM過程控制

5 CAD二維排磚與BIM三維排磚比較

(1)CAD手動排磚，排磚圖完成后無法自動統計工程量，需要人工計算。采用的是二維平面排磚，無法達到三維可視化效果，難以發現設計不合理位置，往往需要在施工階段才暴露出設計問題，影響工期。但是其成熟的平面操作系統及高效率，使其仍是三維排磚的基礎。

(2)BIM三維排磚，可實現自動排磚，但其自身不具備自動劃分功能，目前尚無高效的功能軟件，仍需以二維平面排布為基礎。采用Revit進行排磚，區格內排磚重復工作量大、修改工作量大，且對于建筑平面圖較為復雜的屋面，尚無法很好地處理節點位置。但其可自動統計工程量，并輸出可視化內容，是二維排磚不可替代實現的。

(3)該工程通過采用BIM技術提前預演與量化對比排磚方案，最終采購量為74 000塊，相較傳統圖紙預估量7352 m3/(0.308 m×0.308 m)=77 500塊，減少材料采購量3500塊，約4.5%。

同時，提前發現屋面2處錯層、4處積水、2處分倉縫規格問題，并生成問題聯系單，節約工程施工工期約10d。

6 結論

(1)該工程屋面面積較大，面磚鋪貼工作量大，利用三維模型排磚，能有效提升工作效率，并預估工程量，為屋面鋪貼的物資采購提供依據。但異形磚較多時存在一定誤差，需酌情核對或者放寬余量。

(2)可視化技術交底：利用BIM三維排磚模型，直觀地展示了屋面磚排布方案，避免了因技術方案交底不清造成的損失，提高了技術交底效率與施工質量，保證屋面鋪磚的順利進行，且節約施工成本，加快施工進度。

(3)BIM軟件在磚面與一些設備基礎和墻根交接處的處理還不夠合理，需要人工進一步復核與調整。

(4)CAD手動排磚與BIM三維排磚結合。CAD排磚，通過人工提前劃分分倉縫，較為準確地排出排磚底圖；再用BIM有針對性地進行三維排磚，提高三維排磚的精確度，是目前較好的BIM排磚方法。

(5)隨著BIM技術不斷發展，土建專業的BIM應用相對于機電專業(模型碰撞檢查、管線排布方案對比、管線安裝施工模擬等)，發展相對緩慢。本文通過BIM技術進行排磚深化設計，BIM技術在土建專業雖然展現了BIM從建模階段向用模階段的轉變，實現落地應用，但BIM技術的全面落地應用，并不會一蹴而就，需要一個學習、探索與積累的過程。未來需要借助項目管理平臺實現BIM技術在項目落地生根[6]。