BIM 技術在砌體工程施工管理中的應用研究

文｜中鐵北京工程局集團北京有限公司 秦超紅

0.引言

砌體結構是工程項目的重要組成部分，施工內容主要包括砌筑墻體、構造柱、門框柱、系梁、過梁等[1]，運用傳統的施工方式與現場管理條件難以實現精細化，導致施工現場對原材料切割的隨意性較大，材料浪費、損耗嚴重[2]，工程項目砌體結構施工在成本、質量、進度上面臨很大的壓力，在安全文明施工、綠色環保方面問題也較為突出。因此，砌體工程傳統管理方式已經不能滿足企業高質量發展需求，采用以BIM 技術為基礎的信息化施工管理模式迫在眉睫。

1.工程概況

容西片區A 單元安置房及配套設施項目A2 標段位于雄安容西片區西部,西至安大線北延線，東至段沙大街，北至豪丹路，南至津保路，S333 省道為東西向橫穿施工現場。本工程總建筑面積約51.6 萬m2，其中地上建筑面積34.00 萬m2，地下建筑面積17.60 萬m2。主要工程包括：35 棟住宅樓、1 所初中、1 所幼兒園、1 所小學、1個鄰里中心、1 個社區中心40 棟單體以及地下車庫。該項目二次結構砌筑量5.2 萬m3，地上結構采用A3.5B05 蒸壓加氣混凝土砌塊，使用DM5.0-HR 干拌砂漿進行砌筑。由于該工程體量大，工期緊，主體結構、砌體結構、裝修施工同步流水作業，施工質量、數字化要求高，為此項目采用BIM技術進行砌體工程施工管理，本文以小學為例就BIM 技術在砌體工程施工管理中的應用進行詳細介紹。

2.砌體工程傳統管理方式

砌體工程施工前，技術人員需要根據規范要求在CAD 圖紙上進行構造柱逐一布置，系梁及過梁則需在技術交底中逐一列明標高。工程量計算多采用技術員手算，計算過程復雜，比如豎向砂漿體積=墻長/磚長度×墻高×墻寬×豎向灰縫厚度、水平向砂漿體積=墻高/磚高度×墻長×墻寬×水平灰縫厚度、砌筑量=墻體總體積-混凝土構件體積-砂漿體積，或者由技術人員根據經驗值得出砂漿量和砌筑量（1m3砌筑量=1/（(砌塊長度+豎向灰縫寬）×（砌塊高度+水平灰縫寬）×砌塊寬度））。傳統管理方式使得現場技術人員工作量大，無法提供精確地砌體排磚圖，工程量計算精度低，技術交底主要以文字內容體現，工人理解較為困難。

3.基于BIM 技術的砌體工程施工管理

3.1 構造柱、系梁、過梁等混凝土構件布置

根據小學建筑結構施工圖紙，利用Revit 軟件建立小學整體BIM 模型[3]，小學二層BIM 模型如圖1 所示，結合品茗HiBIM 土建深化軟件，對小學構造柱、水平系梁、過梁按照規范及設計要求進行合理布置。構造柱類型選擇上下斜槎構造柱，構造柱斷面為200×墻寬,馬牙槎伸入墻體60mm，高度為250mm，先退后進，底槎高度按照底砌高度確定，根據規范要求的位置及間距進行構造柱批量布置。按雄安規定在墻體半高處設置水平系梁，梁高240mm，門洞上方設置現澆過梁，梁高180mm，門洞口抱框柱按照規范要求進行布置。小學二層某面墻構造柱、系梁、過梁等混凝土構件布置效果如圖2 所示。

圖1 小學二層BIM 模型

圖2 構造柱、系梁、過梁等混凝土構件布置效果圖

3.2 砌體排磚布置

構造柱、系梁、過梁、抱框柱等混凝土構件布置完成后，利用品茗HiBIM 土建深化軟件中的砌體排磚、調整磚長、換磚等功能進行砌筑墻體排磚。墻體采用蒸壓加氣混凝土砌塊，全順方式組砌，砌塊尺寸為600mm×200mm×240 mm，水平灰縫和豎向灰縫厚度取 10mm，灰縫上下錯位1/2 砌塊長，底槎為三層實心磚，砌塊墻頂端與梁或樓板底頂緊，墻頂空隙部位根據空隙大小采用混凝土實心磚斜砌、砌塊平砌和干硬性砌筑砂漿捻實三種方式進行處理。小學二層某面墻砌體排磚效果如圖3 所示。

圖3 砌體排磚效果圖

3.3 生成施工圖紙

基于排磚效果圖，生成每面墻的砌體排磚圖及排磚明細表，并導出CAD 圖紙，如圖4、圖5 及表1 所示。排磚圖中明確標出結構一米線、門窗洞口位置尺寸、砌體磚排布位置尺寸等信息，并配以必要的文字說明。同時將優化排磚施工圖生成二維碼，張貼在現場對應墻體上，施工時在現場用手機移動端掃描二維碼，即可查看每道墻的排磚圖，指導工人砌筑，也可據此檢查工人施工準確性。排磚明細表中列出每塊磚的規格尺寸，據此可實現砌塊在后臺的集中切割，減少環境污染，提高工作效率。

圖4 砌體排磚剖面圖

圖5 砌體排磚三維視圖

表1 排磚明細表

3.4 工程量提取

砌體排磚完成后，利用品茗HiBIM 軟件可批量導出每面墻的砌筑量，基于Revit軟件的工程量統計功能可批量提取構造柱、水平系梁、過梁等構件混凝土用量以及墻體總體積，進而獲得砌筑砂漿用量。小學二層砌體結構工程基于BIM 技術計算的砌筑及砂漿用量與技術員手算所得工程量見表2，由于技術員在手算過程中未考慮內部小型門洞口的扣減及其他細部問題，砌筑工程量一般比實際偏高，混凝土構件未考慮窗臺及門垛等，所得工程量則偏低。由此可見，與傳統砌體結構工程量計算方法相比，該方法計算速度快、結果精度高，滿足施工過程技術人員提量需求，使現場材料消耗得到有效把控，避免材料浪費，節約項目成本。

表2 工程量計算結果分析表

3.5 混凝土構件模板預加工

在已有砌體結構模型基礎上，利用BIMMAKE 軟件，對構造柱、系梁、過梁等混凝土構件進行模板配置，如圖6 所示，并生成明細表，匯總模板總量。項目可根據模板總量進行成本控制，工人可在施工前將大部分模板進行集中批量預加工，相對于施工過程中模板零散加工，不僅節約時間，提高效率，還可節約材料。

圖6 構造柱模板配置效果圖

3.6 可視化技術交底

基于BIM 模型，利用LUMION、BIMFILM等軟件，進行砌體結構工程施工過程模擬，生成砌體工程施工模擬動畫，利用視頻、三維截圖等方式將施工工藝、施工順序進行詳細解讀，如圖7 所示，方便操作人員直觀理解、操作，提高技術交底質量，為現場施工提供可靠的技術保障[4]。

圖7 砌體工程施工工藝模擬

4.總結

本文通過對砌體工程傳統管理方式與基于BIM 技術的新型管理方式的對比分析，可知基于BIM 技術的砌體工程管理方式不僅可以直觀展示砌體工程的構件布置、砌體排磚、模板配置等，還可以精確計算砌體工程各項工程量，且后期工程量提取方便，能夠有效提高技術人員工作效率，因此該方法也將成為今后砌體工程深化設計的主要方法之一。

本文基于BIM 模型進行砌筑、砂漿及混凝土工程量統計，減少材料浪費，為成本核算、工程結算提供數據支持；基于導出的砌體排磚圖、模板配置圖，實現砌塊、模板的集中切割，提高施工效率，減少環境污染；制作可視化技術交底動畫，使現場工人能夠直觀了解施工過程，掌握施工重點，保證施工質量。今后，我們還會將AR 技術與砌體工程深化設計相結合，進一步加強砌體工程現場管理水平，確保BIM模型信息與現場保持一致，為項目后期數字化運維奠定基礎。

需要指出的是，本文在砌體排磚過程中，由于該樓層管線較少，未考慮管線洞口預留對砌體排磚的影響，在管線復雜的地下室進行砌體排磚時應提前進行管線洞口預留，充分考慮管線洞口對排磚效果的影響。