BIM技术在屋面排砖深化设计中的应用——以某三级综合性医院上人屋面为例

吴凤英 蔡开发 古 杰

(1.厦门城市职业学院 福建厦门 361000；2.垒智设计集团有限公司 福建泉州 362000；3.厦门市建筑科学研究院有限公司 福建厦门 361000)

0 引言

BIM(Building Information Modeling)，中文称之为“建筑信息模型应用”。建筑信息模型应用，是创建和利用项目数据在其全生命期内进行设计、施工和运营的业务过程，允许所有项目相关方通过不同技术平台之间的数据互用，实现在同一时间利用相同的信息[1]。

随着计算机软硬件的普及和通信与网络技术突飞猛进的发展，传统的建设行业也在寻求摆脱落后生产模式的解决方案。因此，以BIM为代表的新兴产业技术应运而生。这种全新的建筑全生命周期方案，有效地解决了建设行业的诸多不足，改变了当前工程建设模式，推动了整个建设行业从传统的粗放、低效的建造模式向以全面数字化、信息化为特征的新型建设模式转变[2]。

基于此，本文以某三级综合性医院上人屋面工程为例，探析BIM技术在屋面排砖砖深化设计中的应用。

1 案例工程概况

某三级综合性医院上人屋面，屋面构造为：最薄30 mm厚泡沫混凝土找坡层、20 mm厚1∶3水泥砂浆找平层、2 mm厚高聚物改性沥青防水涂料、3 mm厚APP改性沥青防水卷材、40 mm厚挤塑聚苯板、40 mm厚C20细石防水混凝土(内配钢筋)、10 mm厚低强度等级砂浆隔离层、20 mm厚聚合物砂浆卧铺、300 mm×300 mm防滑面砖8 mm～10 mm厚(干水泥擦缝)。面砖铺贴面积约为7352 m2。

2 案例工程屋面砖铺贴难点

(1)屋面形状不规则，屋面有出屋面楼梯间、烟道、风道以及相关设备基础等。

(2)屋面面积大，施工难度大，过程质量较难把控。

(3)细部、边角部位处理难度大，美观度要求高。

3 基于BIM的屋面排砖

基于上述难点，案例工程采用传统施工方式，易造成现场返工，且难以达到整体排布美观的效果。

因此，综合考虑各项因素后，该项目在屋面排砖方面利用CAD二维排砖与BIM三维排砖相结合，把BIM技术应用在屋面排砖中。具体应用如下：

(1)根据施工图，用Revit软件创建屋面建筑结构三维模型，如图1所示。

图1 屋面整体BIM模型图

(2)先用CAD绘制屋面排砖底图，根据屋面面积及长宽方向尺寸，按纵横方向初步划分分仓缝。分仓缝最大间距不超过6 m，并考虑屋面分水线、排水沟等[3]。采用300 mm×300 mm面砖，砖缝标准宽度为8 mm[4]。排布过程，做到线角顺直、节点统一、无半砖、无破活，如图2所示。

图2 CAD初步排砖图

(3)将初排完成的CAD底图导入Revit模型中，根据分仓缝、分水线位置及屋面找坡设置建筑面层。

(4)设置排砖参数(砖的规格、砖缝宽度、排布方式等)，并按该参数进行排砖。选择起铺点位置进行多次优化排砖，最终生成符合现场实际、直观、并同时用于指导施工的屋面排砖模型，如图3所示。

图3 BIM屋面排砖模型

(5)人工复核与局部调整。排砖过程虽采用了BIM技术自动排砖，但也出现了无法处理的部位(砖面与设备基础或墙根交接处)，需结合现场情况，进行分析调整，如图4所示。

(b)图4 BIM模型排砖无法处理的部位

(6)选定最优排砖方案后，采用BIM排砖模型导出工程量。该屋面工程300 mm×300 mm面砖约为72 962块，损耗率约为1.6%，理论购买砖数由面砖面积大小配对拼砖计算而成，可为屋面铺贴的物资采购提供依据。

4 基于BIM的屋面铺砖施工

(1)BIM施工交底

采用最终排砖方案的BIM模型导出轻量化模型，在施工前对施工班组交底，对整体排布、分仓缝设置、节点处理、排水沟边、设备基础间的排布要求进行BIM技术交底，如图5所示。

图5 BIM技术交底

(2)提前解决设计问题

针对BIM排布过程中发现的屋面反坡、不美观、容易积水、分仓缝规格无法满足规范要求等问题，进行现场查勘，形成BIM联系单至设计单位提前解决。

(3)基于BIM的屋面铺砖施工

该工程地砖施工分以下步骤：基层处理→抹灰找平→弹控制线→铺贴地砖→拨缝、勾缝→养护。

在找平层的砂浆强度达到1.2 MPa后(约养护24 h)，根据BIM模型进行分仓缝、分水线、控制线弹线，弹线由分水中心线向两边进行。每隔5块砖(500 mm)距离弹一道控制线，并将控制线引至外墙或女儿墙底部。

由于屋面铺设面积达7352 m2，在区格内沿纵横方向上的分仓缝先设砖一行，形成控制带，最后在控制带内铺设中间位置地砖。铺设时，按照控制弹线的线位及墙根水平线先铺几列纵砖，找好位置及标高，由外墙向中心、在区格内由里往外，逐排、逐列退着铺贴，且不踩踏已铺好的地砖，如图6～图7所示。

图6 现场铺砖施工

图7 BIM轻量化屋面排砖模型

(4)转角施工调整原则

针对墙根部(或设备基础等)转角进行节点设计，墙体根部转角设置宽150 mm～250 mm罗马弧，根据BIM排砖尺寸确定合理罗马弧宽度，减少非整砖，转角采用防水砂浆+钢丝网+防水涂料面层构造；转角与平面砖部分，采用20mm宽伸缩缝进行分隔[5]，如图8所示。

图8 转角构造施工

(5)过程控制及验收

施工过程中，管理人员根据BIM模型进行屋面铺砖施工的过程质量控制，重点把控分仓缝的位置、砖缝宽度、分水线的位置、横纵坡度等，基于BIM模型进行实时测距、模数核对、坡度剖切查看等，实现屋面排砖的BIM应用落地，提高施工质量，如图9所示。

图9 BIM过程控制

5 CAD二维排砖与BIM三维排砖比较

(1)CAD手动排砖，排砖图完成后无法自动统计工程量，需要人工计算。采用的是二维平面排砖，无法达到三维可视化效果，难以发现设计不合理位置，往往需要在施工阶段才暴露出设计问题，影响工期。但是其成熟的平面操作系统及高效率，使其仍是三维排砖的基础。

(2)BIM三维排砖，可实现自动排砖，但其自身不具备自动划分功能，目前尚无高效的功能软件，仍需以二维平面排布为基础。采用Revit进行排砖，区格内排砖重复工作量大、修改工作量大，且对于建筑平面图较为复杂的屋面，尚无法很好地处理节点位置。但其可自动统计工程量，并输出可视化内容，是二维排砖不可替代实现的。

(3)该工程通过采用BIM技术提前预演与量化对比排砖方案，最终采购量为74 000块，相较传统图纸预估量7352 m3/(0.308 m×0.308 m)=77 500块，减少材料采购量3500块，约4.5%。

同时，提前发现屋面2处错层、4处积水、2处分仓缝规格问题，并生成问题联系单，节约工程施工工期约10d。

6 结论

(1)该工程屋面面积较大，面砖铺贴工作量大，利用三维模型排砖，能有效提升工作效率，并预估工程量，为屋面铺贴的物资采购提供依据。但异形砖较多时存在一定误差，需酌情核对或者放宽余量。

(2)可视化技术交底：利用BIM三维排砖模型，直观地展示了屋面砖排布方案，避免了因技术方案交底不清造成的损失，提高了技术交底效率与施工质量，保证屋面铺砖的顺利进行，且节约施工成本，加快施工进度。

(3)BIM软件在砖面与一些设备基础和墙根交接处的处理还不够合理，需要人工进一步复核与调整。

(4)CAD手动排砖与BIM三维排砖结合。CAD排砖，通过人工提前划分分仓缝，较为准确地排出排砖底图；再用BIM有针对性地进行三维排砖，提高三维排砖的精确度，是目前较好的BIM排砖方法。

(5)随着BIM技术不断发展，土建专业的BIM应用相对于机电专业(模型碰撞检查、管线排布方案对比、管线安装施工模拟等)，发展相对缓慢。本文通过BIM技术进行排砖深化设计，BIM技术在土建专业虽然展现了BIM从建模阶段向用模阶段的转变，实现落地应用，但BIM技术的全面落地应用，并不会一蹴而就，需要一个学习、探索与积累的过程。未来需要借助项目管理平台实现BIM技术在项目落地生根[6]。