基于BIM的室外多邊形廣場步道磚鋪貼方法研究

趙立強

(山西二建集團有限公司，山西 太原 030000)

1 工程概況

“黃河1號”旅游公路是山西省“十三五”規劃重點建設工程，要求高標準規劃，高質量建設，標桿引領，多元融資，統籌推進“交通+旅游+扶貧+文化+產業+生態”融合發展，將旅游公路打造成了脫貧攻堅的致富路，環境優美的生態路。全路貫穿忻州、呂梁、臨汾、運城四個市，分別打造4個片區:西口文化與黃河古堡休閑片區、黃河峽谷和紅色文化旅游片區、呂梁山生態康養休閑度假片區以及主題區、黃河濕地和古中國文化休閑等片區。本文提到的項目屬于呂梁山生態康養休閑度假片區以及主題區項目。

其中沿黃扶貧旅游公路及生態綠道(一期工程)臨縣境項目服務系統總承包工程，擬建場地地形較為平坦,勘察期間各孔孔口相對標高介于693.17 m～694.16 m之間,相對高差為0.99 m。擬建場地為非濕陷性場地，地貌單元為沖洪積平原。該項工程中涉及水泥方磚路、嵌草磚停車場、盲道磚及卵石人行步道等多項室外廣場類鋪磚工程，本文主要討論圖紙設計中的多邊形廣場磚鋪貼工藝。

2 園林景觀工程的BIM應用

隨著不規則多邊形鋪磚工藝在園林景觀工程、室外工程越來越廣泛應用和BIM技術的成熟，由于地處黃河濕地，地面標高不統一，廣場磚材料形式多樣，成品樣式多樣，鋪貼施工工藝多樣，經研究，通過BIM技術統一編號，虛擬排布，確保曲線型鋪裝材間的接縫及與圖案、樹井、側石、渠位間的鋪貼效果，保持在轉折位置平滑、順暢的收口，以及不同色彩的鋪磚組合，提升整個園林景觀工程的整體拼裝效果以及觀景人員游覽休息時的舒適度。

3 研究方法

3.1 技術路線

在充分考慮圖紙圖案及曲線等設計要求[1]，場地地貌、廣場磚生產廠家、現場加工設備條件、勞務技術層次等情況后，開展如下工作：

1)實測實量：實測5種不同形狀、尺寸規格的廣場步道磚幾何尺寸數據，以計算多邊形步道磚的整體鋪貼順序。2)確定安裝厚度，考慮步道磚之間留有10 mm～20 mm磚縫。3)確定步道磚的排布順序。4)Revit初步排布。5)班組調正。6)Revit出模型與CAD出圖。7)排磚方案出圖統計工程量。8)向勞務班組進行圖紙、技術交底。9)班組按圖紙進行施工及根據現場地形實際調整。10)無障礙坡道鋪裝。

3.2 具體研究、試驗的措施

通過現場地形整體實測，建立項目整體Dynamo，建立虛擬觀景，與設計院溝通修訂最終圖紙及施工工藝，再搭建廣場磚BIM參數化模型進行分析研究實驗，結合使用6種不同步道磚不同形狀、幾何尺寸數據、安裝厚度、安裝方位、整體坡度等技術參數進行虛擬試拼裝，避免廣場步道磚錯縫發生，避免多邊形鋪裝磚材與圖案、樹井，側石，渠位間、弧形道路等的接縫不美觀和無序，降低了施工難度，降低了碎磚的損耗率，提高了園林鋪地工程施工質量和整體觀感。

3.3 工藝流程

渣土清理→素土夯實(沙土換填)→碎石墊層(灰土墊層)→C10 混凝土墊層→清理基層→彈線→試拼→掃漿→鋪結合層→鋪面層→收邊口(澆筑混凝土或填充瀝青等)→擦縫。

4 關鍵問題或共性技術和創新點

4.1 核心技術

基于Revit廣場磚參數化族，通過族參數調節，可控制廣場磚幾何尺寸、材質顏色隨意變換，使室外廣場步道磚的排磚方案在尺寸選型、色彩搭配方面靈活多樣，同時大大降低碎磚的損耗率，提高了協同工作效率，加快了施工進度，提升了企業完美履約度和品牌形象。

本工程所采用的多邊形廣場步道磚為6種以上30厚黃色系板巖碎拼(邊長為100 mm～400 mm)拼接而成。為保證施工一次合格率，進行最大量使用的面積較為均勻的5種磚體，鋪設前對每一塊石材，按安裝方位和角度、整體坡度進行試拼。試拼后按兩個方向編號排列，然后按編號排放整齊。為檢驗板塊之間的縫隙，核對板塊位置與設計圖紙是否相符合。在正式鋪裝前，經過BIM技術深化試排(見圖1)。

4.2 廣場磚BIM參數化族的建立及應用

建立Revit廣場磚參數化族，通過族參數調節，可控制廣場磚幾何尺寸、材質顏色隨意變換，使室外廣場步道磚的排磚方案在尺寸選型、色彩搭配方面靈活多樣，不僅大幅度降低工作量，多區域多標段同時開工，更是提高了工作效率，保證了施工工期。

4.3 廣場磚排磚策劃

1)實測實量。

建立場景，生成鋪貼原始區域，劃分鋪貼子區域。

2)確定步道磚的排布順序。

首先，在畫布上繪制戶型，得到原始墻體和地面數據，地面和墻體均可抽象為由點順序連接組成的多邊形，多邊形內區域即為磚塊要填充的區域，需要將地面區域進行劃分，成為若干個鋪貼子區域；實測5種不同形狀、尺寸規格的廣場步道磚幾何尺寸數據，以計算多邊形步道磚的整體鋪貼順序(見圖2)。

劃分原理：腰線的實現原理是在多邊形中添加一條切割線，劃分為5種不同規格的多邊形廣場步道磚，通過BIM深化排布按順序組合成完整的矩形鋪貼區域，并確定安裝厚度。區域提取磚塊輪廓，構成鋪貼多邊形，進場的磚塊經過顏色初選，再進行切角、磨邊、銑槽等工藝，將普通的矩形磚切割成不規則的多邊形磚，然后和其他磚塊組合，形成鋪貼單元。

3)根據BIM模型制定相關模具，考慮步道磚之間留有10 mm～20 mm 磚縫。

判斷鋪貼多邊形是否為自閉合平面空間多邊形，計算鋪貼多邊形的兩個鋪貼基向量，計算鋪貼多邊形的邊長和內角大小，只有兩條相等的邊才能重合在一起，而且兩內角和應該是360°的公約數，且偏移后的多邊形與原始多邊形無交集，根據這些特征判斷鋪貼多邊形是否為自閉合多邊形，然后計算出偏移向量根據實測實量的多邊形步道磚幾何尺寸分別進行統一編號。

4)Revit初步排布。

將鋪貼多邊形移動到區域多邊形空間下，按照鋪貼多邊形兩個偏移向量，計算區域多邊形在這兩個基向量下的坐標表示極值，即可得到鋪貼多邊形在區域上偏移的最大最小范圍，根據這個范圍值，即可遍歷完整個區域多邊形，得到鋪貼多邊形的平面解空間利用Revit進行初步排布，通過3D掃描打印技術對廣場步道磚Revit模型進行3D掃描打印(見圖3)。

在解空間下偏移組合中各塊磚的輪廓,計算偏移后磚塊輪廓與區域的位置關系，偏移后的輪廓與區域多邊形無交集，則不需要添加這塊磚，相交和包含都屬于有效集；繼續偏移下一磚塊，直至在解空間下遍歷完磚塊，得到所有與區域多邊形有交集的偏移多邊形，得到需要鋪貼磚塊的集合，以及得到區域上所添加的磚塊集合。

5)班組調正。

由泥工班組對初步排布方案進行調正，專業班組經驗使方案更具施工可行性。

6)Revit出模型與CAD出圖。

由Revit導出最終方案的CAD排布圖，同時結合Revit模型對泥工班組進行整體交底(見圖4)。

7)排磚方案出圖統計工程量。

通過BIM技術輔助深化設計，提高了廣場步道磚的整體美觀性，降低了碎磚的損耗率，節省了材料，由Revit自動生成廣場磚的下料單。

8)向勞務班組進行圖紙、技術交底。

將最終排定的圖紙、施工工藝、技術參數、鋪貼方式等向勞務班組交底。合理分劃區域，選定加工制作班組、勞務班組、材料班組，做到人員、材料、機械等工序統籌協調。

9)班組按圖紙進行施工及根據現場地形實際調整。

對地下埋設的各種溝、管等隱蔽構筑物進行調查,確保安全后,方可進行施工[2]。由于擬建場地為非濕陷性場地，地貌單元為沖洪積平原，現場實地有山地、石巖地、沙地、素土等形式，在施工過程中需加強現場管理，項目管理人員分區域負責人，進行現場測量放線、施工管理、材料協調、質量驗收等工作，以實際情況為準及時溝通調配所需材料及鋪貼方式，具體工程量統計見表1。

表1 呂梁臨縣沿黃公路旅游項目步道磚標準塊工程量統計

利用Revit軟件可出圖性，出CAD版電子圖及廣場步道磚三維圖對工人進行可視化交底，防止因鋪磚展開面大交底不到位造成的排磚錯誤問題，提高施工效率，有效節約用工成本。

10)無障礙坡道鋪裝。

按照施工經驗及相關技術要求，無障礙坡道處通常采用的材料可以分為多種材質和尺寸，有燒結磚、花崗巖板和混凝土磚等來進行鋪裝。在施工過程中，先用鋪裝基礎來調節坡道高程，之后正常鋪裝面層，坡道處因為存在圓弧和不規則邊角，磚體通常需要根據設計的坡道尺寸進行切割，然后再拼接鋪裝。

5 同類技術或產品的比較和定位

本工程所屬區域冬季較長,冰雪較多,驛站作為觀光游覽、休閑聚會的主要載體之一,人行道的安全和整體旅游觀光是重要的考慮因素,有高差的地區防滑是步道磚的最基本要求。選用的面磚應盡量做到雨后不積水,雪后不打滑[3]。而透水磚混凝士高強彩磚防滑效果較好,天然石材的防滑效果相對較差,但通過剁斧、火燒、條紋面層的處理,可以提供較好的防滑效果。鋪裝外觀效果角度、高強混凝土彩磚色彩豐富、亮麗,常用的有黃、紅、綠、灰等顏色,鋪裝外觀光鮮、朝氣，天然石材面磚彰顯現代、高檔次,室外多邊形廣場步道磚鋪貼技術采用1 000 mm×150 mm×200 mm,600 mm×600 mm×30 mm的花崗巖鋪墊，中間為30 mm厚的黃色系板多邊形巖碎塊拼接形成[4]。圖紙設計中的基坑深度多在3 m～6 m左右，經勘測，地層出現了人工雜填土、黏土、粉土、碎石土等。局部地區會出現潛水層[5]。通過采用BIM參數化建模對室外多邊形巖碎塊進行虛擬試拼和試排，確?，F場施工一次合格率，減少了錯縫的誤差，縮短施工工期，實現綠色建造。

6 總結

6.1 經濟效益分析

本技術全面實用，適合園林鋪地工程應用，廣場磚BIM參數化族應用較好的解決了廣場步道磚碎磚拼接的關鍵技術難題。在項目的前期通過三維BIM軟件對不同步道磚進行虛擬試拼裝，降低施工難度，降低了碎磚的損耗率，提高了園林鋪地工程質量。

為后期管線施工提供了技術支持的同時，降低了施工成本。在實際施工過程中未出現不可控的情況(如連續雨天、巖石地質處理等)，按照項目總成本測算，項目多邊形磚鋪貼分項工程按標前預算成本預計降低7%～10%左右，項目總工期縮短14 d。

6.2 社會效益分析

綠色施工是可持續發展思想在工程施工中的應用體現，BIM技術是綠色施工的綜合應用。在保證安全、質量的基本前提下，通過科學管理和技術進步，最大限度地節約資源與減少對環境負面影響的施工活動，實現四節一環保。通過實際工程項目的實施過程中的對室外廣場步道磚的深化排布，降低了碎磚的損耗率，不僅在縮短工期、節省材料等方面發揮了優勢，同時也帶來了良好的社會效益[6]。

由于是省重點工程，在建設單位、監理單位、當地電視臺、政府監督檢查部門巡查等過程中，針對項目優化施工工藝、工期履約、公司品牌形象等方面也有良好評價及宣傳。

6.3 展望

隨著住房城鄉建設部和國務院相關BIM文件精神,推進BIM技術深度應用并開展以集成應用BIM，ERP,大數據，智能化，移動通訊，云計算，物聯網等信息技術為主要任務的“智慧建造”研究和工程應用,BIM技術在優化現場施工，在建筑施工階段達到綠色施工。