基于BIM的模拟排砖应用研究

邓朗妮，黄晓霞，郭 亮，马晋超，罗日生

（广西科技大学土木建筑工程学院，广西 柳州 545006，E-mail：843600901@qq.com）

基于BIM的模拟排砖应用研究

邓朗妮，黄晓霞，郭 亮，马晋超，罗日生

（广西科技大学土木建筑工程学院，广西 柳州 545006，E-mail：843600901@qq.com）

将BIM用于装饰饰面砖工程中进行三维模拟排砖，其过程形象、直观、快捷，不仅大大提高了排砖的效率，而且对排砖的前期工作和施工阶段都起了一个良好的指导作用。在分析了传统手工排砖和目前国内普遍使用的CAD软件进行排砖所存在问题的基础上，以广西某干部学院六号楼为分析对象，应用BIM相关原理，采用建筑信息建模软件—Revit创建排砖族进行模拟排砖，提出了BIM模拟排砖需求分析的方法，给出了提高BIM模拟排砖效率的关键技术，从而有效地解决了目前CAD排砖中存在的排砖效率低下，不够形象直观等问题，值得普及推广。

装饰饰面砖工程；建筑信息建模软件（Revit）；排砖族；BIM模拟排转

目前，国内对装饰饰面砖（板）在各大建筑物中的应用越来越广泛。在工程施工中，经常遇到外墙贴装饰瓷砖、贴石材、包铝塑板，室内贴地板砖，厨房贴卫生瓷砖，卫生间地面贴防滑地板砖等工作内容[1]，饰面砖的装饰使得建筑物不管是从外观还是整体都变得更加形象和美观，直接影响到工程的观感效果。评判饰面砖装饰效果的好坏，除了要考虑施工质量外，现场排砖是否合理也是其主要因素。如果等到主体结构施工完毕，再开始建筑物内外墙面以及地面饰面砖的施工，尽管操作者技术熟练，但也无法避免在门窗及阴角部位等位置经常会出现小于半块砖的窄条，从而影响到建筑物装修立面的整体效果[2]。因此，要取得好的装饰饰面效果，在主体结构施工前，就必须确定好饰面砖规格和施工工艺等要求，通过对饰面砖进行排砖计算，以得出最佳模拟排砖方案。应尽量避免出现小于半砖尺寸的饰面砖，如果通过计算非得出现非整块砖，那么非整块砖应考虑放置在墙两端或者阴角处，并且做好非整块砖尺寸的标注，以便提前做好砖的切割工作。通过不断地调整协调各部分尺寸，以达到建筑物最佳模拟排砖效果。

工程排砖是工程施工中最常见的施工内容之一，目前，国内普遍采用CAD软件进行设计排砖，但这也同样存在着一个问题，就是传统的二维图纸并不能形象直观地展现出工程实体竣工后排砖的整体效果。BIM（Building Information Modeling）技术凭借着可视化特性、协调性、模拟性、可出图性，以及具有全面的信息，便于问题的沟通和协调等诸多优点在其他领域中逐渐崭露头角[3]，建筑信息模型BIM实现了从二维图纸向三维图纸的转换，将BIM用于装饰工程中进行模拟排砖，避免了人工排砖的繁琐，让排砖过程变得快捷、形象、直观，避免现实施工中因排砖不当而引起的返工损失，值得普及推广。

1 BIM模拟排砖的内涵

BIM是对建筑设计的创新[4]。它的目的是推行建设工程设计、现场施工和项目管理工作中的工程信息的模型化和数字化，可为处于设计和施工中的建设项目，提供和建立起相互协调的、内部一致的及可运算的信息[5]。目前，在建筑领域装饰面砖（板）工程方面，对饰面砖的需求越来越大，工程排砖作为工程施工最常见的施工内容之一，在传统手工排砖中存在着计算量大，且不能真实地反映工程实体的状况。若不提前对饰面砖的排版进行设计，在排砖施工中遇到尺寸不符等情况，需要去调整而造成的返工，不仅延误工期，还对材料造成浪费。所以在主体结构施工前就预先对饰面砖的排布进行排砖设计、排砖计算以及排砖模拟就显得尤为重要。根据工程项目施工需求，可标注出非整块砖的位置及尺寸，当遇到门窗及拐角等复杂节点处，还可绘制出相应的排砖施工图，以便更好地指导现场施工。BIM的实施过程，其实质就是创建模型、集成信息、共享信息、管理信息的过程[6]，从中可以看出，对BIM应用成功与否起着至关作用的就是模型的创建，模型搭建是否正确，是实现后面信息集成与共享的基础。

2 BIM模拟排砖需求分析

为了让模拟排砖能够准确无误地应用到实际工程当中，其首要任务就是要确定工程项目排砖需求，以及排砖所要满足的条件。

2.1 模拟排砖依据

一般而言，工程项目模拟排砖的依据应包括：

（1）基于已建成的BIM主体结构模型，以此来开展模拟排砖后续工作。

（2）根据建设单位给出的已通过审核的装饰饰面砖（板）图纸，包括：装修设计图纸等相关设计文件；设计文件所参照的规范和标准文集；施工进度计划；以及其他特定的要求。

（3）根据建设单位提供的设计变更单，变更图纸等相关变更文件，及其他特定的要求，实时更新排砖以满足工程项目模拟排砖的实际需求。

2.2 排砖精度确定

确定排砖精度，首先要确定整个工程项目的模型精度，而模型精度的确定又与模型深度相关联。BIM模型深度指的是项目整体模型中按照工程实际需求所添加的信息详细程度。按不同专业可将其划分为几何信息和非几何信息两个维度[7]，根据建筑全生命周期各个阶段的实际应用需求还可对其深度等级进行划分。工程项目的模型深度越大，表达的则是它的信息粒度越细致，意味着从中提取、组合和加工信息就越方便和准确，同时维护信息的工作量也会相应变大[8]。因此，在确保信息全面，达到使用要求的基础上，按照实际使用需求适当确定工程项目的模型深度，切忌不能盲目追求精细，一味地高要求，高品质，从而造成人力物力的浪费。

根据美国建筑师学会（AIA-American Institute of Architectects）使用的模型详细等级（LOD-Level of Detail）[9]，将BIM模型中构件的精度分为了100（概念性）、200（近似几何）、300（精确几何）、400（加工制造）、500（建成竣工）5个等级。因此，对模型深度的要求也就决定了模型中各分项工程的深度，即包括对装饰面砖（板）工程中排砖的深度需求及对排砖赋予的信息详细程度。

2.3 排砖组织分化

装饰工程作为房屋建筑施工的最后一个施工过程，它的主要作用是一个内外包装，将建筑物以更可观的姿态呈现在公众面前，它的装饰效果直接决定了建筑外观程度的好坏。排砖属于饰面砖（板）工程，为有力有序开展模拟排砖工作，以便对排砖信息进行系统分类和信息管理，按照使用特点拆分排砖并进行分类，如图1所示。

3 BIM模拟排砖关键技术的实现

3.1 确保排砖精确度的关键技术

BIM模拟排砖，要确保准确无误，关键在于保证装饰饰面砖（板）中排砖的几何信息和非几何信息的准确性。

图1 饰面砖组织分化图

（1）确保饰面砖几何信息的准确性。饰面砖的几何信息，指的是工程项目中饰面砖的材料品种、图案纹理、规格尺寸、灰缝尺寸、排砖方式等参数。模拟排砖时在保证饰面砖本身参数正确的同时，还需综合考虑所要布置的位置，比如在门窗洞口周围、阴角处等如何布置，以便在实际项目中布置起来的更有效率。

（2）确保饰面砖非几何信息的准确性。相比几何信息而言，非几何信息所包含的内容更加广泛，即材料信息、施工信息、合同信息等，对于装饰饰面砖而言，非几何信息可指排砖品种、做法说明、施工时间、施工预算等内容。BIM模拟排砖应严格按照建筑设计意图来进行排砖，给饰面砖添加正确的信息，未经许可，不能私自改动设计，对于排砖过程中所遇到的问题，应及时提出并解决。通过排砖，可计算出饰面砖所需数量，以便限量采购，节约节本，做好预算，实施有效管理。

3.2 提高排砖效率的关键技术

使用Autodesk公司旗下推出的一款建筑信息建模软件—Revit创建排砖族并进行模拟排砖，其所有图元都是基于族的，考虑到饰面砖的实际情况，是由一块一块堆砌或黏贴起来的，工作量巨大，为提高模拟排砖的效率，故选择用预先创建好的排砖族文件进行布置。

（1）信息选取。应了解相应的规范及CAD二维图纸所提供的信息，比如饰面砖的材质类型选择，尺寸要求，以及排列方式，灰缝尺寸等要求。

（2）创建族文件。实际工程项目中，需要布置的饰面砖种类往往不止一种，并且难免在模型中需要被反复布置，而Revit建模软件自有的族文件并不能满足排砖要求，一块一块的砖布置起来肯定特别麻烦，故可将其建为一个族，方便导入项目中反复使用，无需在花费时间另外制作。此外通过改变族的参数或者砖的排列方式，还将生成不同排砖族文件可以应用到工程项目中。以下是创建排砖族的一个过程，其中仅使用了Revit软件中的copy（复制）、move（移动）、array（阵列）等命令，方法简单，操作性强。

首先需要按照饰面砖规格要求，通过公制常规模型来创建单个饰面砖砖族。再创建一个基于线布置的公制常规模型排砖族，然后将单个饰面砖砖族导入进去，按照排列方式进行排砖，排砖中应尽量避免出现小于半砖尺寸的饰面砖，通过设置和调整相应的参数就可以得到对应的排砖族。其中最关键的就是参数中阵列的设置，这可以控制在模型中基于线布置排砖，它可随长度的拉伸而伸长，另外通过设置高度，也可随高度的改变而改变。同时还有一个随之变化的就是排砖整砖与半砖的数量统计，它会随着面墙的扩张而进行数量的统计。

另外需要注意的是，建族也需要制定一个标准，类似BIM标准，即建筑信息模型标准[10]。这对于整个建设行业而言，标准的规范化有助于企业从粗放式的管理走向精细化的管理，对提高建设行业的信息传递效率，降低工程建设成本，提高工程质量具有重要的意义[11]。故在建立族文件的时候，应对族的命名方式、族信息的表达形式、族的颜色等进行统一的管理，以便更有效并准确无误地指导施工人员。

现以广西某干部学院六号楼为例，以下是其装饰工程饰面砖排砖族常用的一种，以及它的属性参数。如图2、图3所示。

图2 红砖排砖族

图3 红砖排砖族参数

（3）建立族库。在某项装饰饰面砖（板）工程中，对砖（板）种类的需求往往都不止一种，在创建了大量族文件的基础上，还可以建立一个族库，对族进行分类管理，以方便后期调用。比如外墙贴瓷砖、内墙面贴饰面砖、室内贴地面砖、卫生间贴防滑砖等。

（4）排砖布置。打开已建好的项目模型，将建好的排砖族文件导入该项目模型中，选择需要的排砖族，在合适的位置点击，就可以基于线进行拉伸布置，另外选中排砖族，在对应的属性编辑器中，也可对高度进行设置修改，同时在对应的属性栏里还可了解到该面墙所用的整砖和半砖数目。

4 实例分析

4.1 工程概况

本工程为广西某干部学院，是自治区重大项目集“教学、办公、会议、学术交流、理论研讨”于一体的山水园林式干部学院，主要包括教学区、宿舍区、图书馆等基础设施和绿化工程，规划用地面积约600亩，总建筑面积约9万m2，由25幢多层仿古建筑单体组成，工程依山傍水，地形高低起伏，原始地貌复杂，土方挖填量大，质量标准要求高，并争创鲁班奖。为高标准完成百色干部学院的建设工作，项目各参建方决定在工程建设全过程中引入BIM技术。

本文选用Revit来创建排砖族并进行三维模拟排砖布置，主要以六号楼（6#）进行工程案例分析。

4.2 基于Revit软件的模拟排砖应用分析

图4、图5为BIM三维模拟装饰饰面墙和实木地板砖的排砖示意效果图。图中看出，相比CAD二维图纸排砖，其排砖过程更加形象和逼真，能够直接反映出工程实体竣工后的情况；预先模拟排砖，做到与业主及时沟通，如果所选用的饰面砖装饰效果欠佳，也可及时作出更替，避免因沟通不当而造成后期的返工，这样既提高了排砖效率，又节约了成本，以便施工管理。

图4 BIM三维模拟排砖效果图

图6为门窗及拐角处的模拟排转示意图，图7为门窗部位对非整块砖的尺寸标注示意图。运用BIM进行三维模拟排砖，可直接标注出非整块砖的尺寸，还能形象直观地反映它的具体位置，这便于施工人员提前统计非整块砖的尺寸，并做好相应的切割工作，避免到时因现场切割不当，而引起不必要材料损耗，同时也提高了现场排砖的施工效率。

图5 BIM三维模拟排砖效果图

图6 门窗、拐角处模拟排转图

图7 非整块砖尺寸标注图

BIM模拟排砖的另一大优势就是它能对饰面砖的数量进行自我统计计算。建模人员在创建排砖族时，只需适当进行参数的关联设置以及简单公式的输入，就可以使之随着排砖族长度方向的伸长、高度方向的变化，让排砖整砖和半砖数目也随之改变，进行自我统计计算。在Revit软件中，使用排砖族将饰面砖墙布置好后，鼠标点击对应的饰面砖墙，在左边的属性编辑器中，就可以看到相关的参数，其中就有这面饰面砖墙的数量统计，如图8所示。然后将这些饰面砖墙的整砖和半砖数量进行简单的叠加，就可得到工程项目中饰面砖大约需要的总数量，以便采购人员限量采购，节约成本，也避免因采购数量过多或过少而造成的运输成本增加，最终实现工程项目材料管理的精细化。

图8 红砖排砖数量统计图

在实际工程项目中，当遇到门窗及拐角等复杂节点处，根据工程施工需求，可标注出非整块砖的位置及尺寸，在Revit中绘制出相应部位的排砖施工图，如图9所示。再经过专业人员的最后复核就可以出具最终图纸，作为指导施工用图。就目前而言，BIM完全兼具CAD二维设计与出图的功能，同时BIM自身带有的三维设计与出图，加上对信息的集成更是值得施工企业的推崇，它为建筑设计与施工迎来了新的开端[12]。鉴于目前施工人员习惯使用二维平面图，技术人员仍需将平面图下发到施工人员手中，而三维图纸可以在进行施工技术交底时通过图片、视频等方法传达给施工人员。即最终的深化图纸既包含了普通的平面图纸也包含了三维图纸，以便更好地指导现场施工。

图9 门窗洞口排砖施工图

5 结语

传统二维图纸并不能形象直观地展现出工程实体竣工后排砖的三维整体效果，通过BIM模拟排砖不仅大大减少了排砖的劳动强度，还避免由于实际排砖不当而造成的返工损失。而且，三维模拟排砖使得排砖过程形象逼真，直接反映出工程实体竣工后的真实概况，给业主在选饰面砖方面提供了有力的参考。在进行模拟排砖时，可以对砖进行精确的数量统计，并且准确地了解到各区域内需要加工或者裁剪的非整块砖的数量和尺寸，以便施工人员提前做好裁砖工作，避免因现场切割不当而造成的材料损耗，而且也提高了现场排砖施工效率。因此，潮，故将BIM用于装饰饰面砖工程中进行模拟排砖，是一个可行并值得推崇的方法。

[1] 李满粮．谈装饰工程施工中各种砖的排砖方法[J]．山西建筑，2012（16）：250-250．

[2] 陈长兴．外饰面砖装饰的排砖设计[J]．建筑知识，1997（2）：17-19．

[3] 刘占省，王泽强，张桐睿．BIM技术全寿命周期一体化应用研究[J]．施工技术，2013（18）：91-95．

[4] 齐 聪，苏鸿根．关于Revit平台工程量计算软件的若干问题的探讨[J]．计算机工程与设计，2008（14）：3760-3762．

[5] 宣云干．基于面向对象数据库的参数化建筑建模[J]．工程管理，2012（S1）：117-118．

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[9] AIA．AIA Document E202 Building information modeling protocol exhibit[S]．USA，2008．

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[11] 王 婷，肖莉萍．国内外BIM标准综述与探讨[J]．建筑经济，2014（5）：108-111．

[12] 修 龙，赵昕．BIM——建筑设计与施工的又一次革命性挑战[J]．施工技术，2013（11）：1-4．

Research on BIM-Based Application of Simulated Brick

DENG Lang-ni，HUANG Xiao-xia，GUO Liang，MA Jing-chao，LUO Ri-sheng
（College of Civil and Architecture Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China，E-mail：843600901@qq.com）

BIM is used to simulate 3D bricking in facing decoration project，and the process is vivid, intuitive，and fast，which not only greatly improves the efficiency of brick-row，but also has a good guiding effect on its preliminary work and construction. On the basic of analyzing the existed problems of the traditional handmade brick-row and CAD software brick-row，this paper studied a case building in GuangXi by applying BIM related theory and used the Revit tool to create brick-row family. The method of analyzing the requirements of BIM-based simulation brick-row and BIM-based key technologies to improve efficiency are put forward，which effectively solved the problems like low brick-row efficiency and poor visualization existing in the present CAD brick-row work，and is thus worth popularizing.

decoration facing bricks engineering；building information modeling software（Revit）；brick-row family；BIM simulated brick

TU721

A

1674-8859（2016）06-124-05

10.13991/j.cnki.jem.2016.06.023

邓朗妮（1977-），女，博士，教授，研究方向：结构健康监测及加固修复，BIM技术应用与研究；

黄晓霞（1992-），女，硕士研究生，研究方向：结构健康监测及加固修复，BIM技术应用与研究；

郭 亮（1987-），男，硕士，讲师，研究方向：结构健康监测及加固修复，BIM技术应用与研究；

马晋超（1992-），男，硕士研究生，研究方向：结构健康监测及加固修复，BIM技术应用与研究；

罗日生（1992-），男，硕士研究生，研究方向：结构健康监测及加固修复，BIM技术应用与研究。

2016-07-18．

国家自然科学基金项目（51568008）；

广西高校中青年教师基础能力提升项目（KY2016YB248）．