基于BIM的砌体结构施工工艺模拟

蔡丽婷，贺成龙，李子园，段锴

（嘉兴学院建筑工程学院）

1 引言

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）以工程相关数据为基础来建立模型，是提升建筑业技术及升级管理的核心技术[1]。其中BIM虚拟施工技术，是将工程施工计划，工程施工量，工程资金流等信息赋予到BIM模型中，模拟实际建造过程，以便及时发现实际施工中存在的各种问题，可以在实际施工前对施工方案进行改进，从而达到降低成本、缩短工期、提高施工水平等目的[2]。通过把BIM理念应用于具体施工过程中，参与者可以在不消耗现实材料资源和能量的前提下，了解实际施工的详细过程和结果，避免不必要的返工所带来的人力物力消耗,为实际工程项目施工提供经验和最优的可行方案[3]。

2 施工工艺模拟

施工工艺模拟是在施工模拟的基础上，辅以3DMAX动画对复杂部位或工艺进行演示，以视觉化的工具预先演示施工现场的施工顺序、复杂工艺以及重难点解决方案，实现指导现场实际施工，协调各专业工序，减少施工干扰、设计变更、人机待料等问题的出现。

现阶段信息传递方式局限于二维图纸，但是建筑是以三维形式存在的实体，使用二维图纸进行表达，存在部分数据遗失或表述不明的情况，导致建筑工程建设过程中信息不连贯以及建筑行业效率低下[4]。在可视化处理下，通过多视角的观察，可以打破以往经验不丰富的施工人员依靠传统二维CAD平面图纸难以完成的复杂节点或者有着严格施工工艺要求的局面，使设计更加直观，同时减少了返工带来的损失，确保后续施工的正常进行与信息的正确传递。

以砌体结构的施工工艺模拟为例，运用BIM 技术，通过对目前BIM 软件平台的对比分析，选取核心建模软件平台，讨论研究砌块砌体建筑结构，并对该结构进行不断的丰富与加工，形成适用于实际施工的建筑信息模型，并对其进行施工动画模拟，提高应用水准与工作效率，以指导实际施工。其施工工艺模拟技术路线如图1所示。

图1 施工工艺模拟技术路线图

3 砌体结构三维模型构建

在土建施工中，砌体工程是常见的施工内容之一，由于其造价较低，施工工艺简单，施工速度快等优点而被广泛使用。随着建筑行业的不断发展，新的结构方案、施工方法层出不穷，但砌体结构的建筑信息模型的构成还未完善，没有可供参考使用的建筑信息模型应用案例，制约了砌块砌体建筑结构体系伴随建筑行业发展的进一步推广与应用。

砌体结构的施工工艺通常包含抄平、放线、摆砖样、立皮数杆、挂准线、铺灰、砌砖等工序。其中应注意砖块排列应遵循上下错缝的原则，避免垂直通缝出现、错缝或搭砌长度一般不小于60mm、砖墙灰缝宽度宜为10mm，且水平灰缝砂浆饱满度不得小于80%等要点。

本文以某项目为例进行砌体结构的施工工艺模拟，该项目的主体结构采用钢筋混凝土建造，二次结构以错缝搭接布置加气混凝土砌块墙体为主。根据设计要求，在砌块排布之间以灰缝填充，再在外加上一层60mm 厚的聚苯板，最后抹上一层白色外墙涂料完成建造。

结合建筑工程的具体需求，此次选择目前市场认可度最高的BIM 平台软件Revit这一核心建模软件来搭建砌体模型，完善砌块砌体建筑信息模型的应用。砌体排布一般通过建族或借助幕墙系统完成，因建窗族来创建砌体族相对易操作，可直接在原有建筑模型上进行深化处理，且建立的模型与实际较相符，所以本文采用建窗族的方法构造砌体结构。

首先新建公制窗族，通过改变长宽高来创建 600mm×200mm×200mm的加气混凝土砌块，对其进行尺寸标注并添加相应参数完成建族，其余砌体按照要求通过修改族实例参数来创建不同尺寸的加气混凝土砌体。在墙的基础上，根据墙长度以复制或阵列功能进行初步砌体排布并留出相应的构造柱部位，其中第一排砌块与第二排砌块错开1/2砖块放置，空缺位置放置相应尺寸的砌体砌块填充，然后依据设计要求添加60mm厚的聚苯板，并抹上一层白色外墙涂料，最后对模型进行必要的尺寸标注与说明，完成砌体结构的三维模型构建与优化。此外，还可以利用Revit软件的明细表统计功能，自动统计各区域砌体的清单并调用砌体族类型的尺寸与数量信息，有效进行断料组合，减少裁砖浪费，减低损耗，帮助技术人员和施工人员进行现场施工，实现精准、绿色的精益施工。砌体结构三维模型构建的最后效果见图2、图3。

将以上搭建完成的Revit模型导入到Navisworks软件中，根据实际施工顺序与相关规范要求进行施工工艺动画制作，此次运用Navisworks软件的Animator来制作动画，使用其缩放动画集功能，根据实际施工过程依次添加关键帧，实现砌体三维模型构建动画的制作，用Adobe Premiere软件对导出的动画进行后期处理，对设计要求、尺寸、材质等要素进行详细说明，做到精细化模拟，更为直观地展现砌体结构的施工过程，达到指导现场施工的最终目的。制作过程如图4。

图2 加气混凝土砌体排布

图3 砌体结构三维模型

图4 动画制作过程

BIM施工模拟技术在砌体结构中保证进度、提高质量、节省材料等方面发挥良好的作用。随着BIM技术在建筑结构应用中的深入与完善，BIM技术逐步取代传统的CAD设计方式，以自身的数字化设计优势成为我国建筑结构设计与工程管理的主要技术手段和工具。

4 BIM施工工艺模拟应用

将模型动画链接制作成二维码，工人可以通过智能手机或IPAD来扫码学习相关施工工艺，管理人员扫码掌握施工质量控制、进度控制、成本控制和安全管理的关键点。与传统相较，这种直观方式有利于管理层准确下达指令，排除隐患，提高办事效率，确保后续施工的正常进行，具有较好的经济性。对重要施工节点进行施工交底时，用模型、动画的三维可视化交底取代传统的二维、文字交底，更加清晰地展示工艺工序、规范要求及重、难点控制，从而降低交底难度，减少现场施工失误造成的返工、误工及经济损失。

BIM的施工工艺模拟在建造领域具有现实意义，在施工工艺优选上，它可以将不同的施工方案进行对比，选择出最为合适的方案，减少施工过程中设计变更情况的发生，从而达到缩短工期，避免返工的目的。在施工过程中，它简便了施工设计过程，不仅可在初步设计阶段对建筑物进行数据分析，而且还能在整个建设过程中完成模型的数据模拟，使整个施工过程在可视化的环境中进行，具有良好的应用价值。

5 结语

利用BIM技术的参数化、可视化、可模拟等特性，可对重要的、复杂的施工工艺进行虚拟施工，实现三维可视化的技术交底，有利于优化施工工艺，降低施工成本，提高施工质量，提升施工管理水平。