基于BIM技术的墙地砖铺贴定位仪的设计与应用

郭映霞 谷 裕

（山西应用科技学院，山西 太原 030000）

0 引言

在建筑装饰装修行业，地砖铺贴仍主要是以人工操作为主。铺贴前，需要人工弹出地面及标高控制线进行预铺。在实际预铺过程中，可能会出现墙地砖的尺寸、色彩、纹理存在误差而需要进行不断的调整、交换，整个过程中尽管使用了一些辅助装置，但是仍需要手动设置铺贴方向，才能实现整个区域的铺满施工。在墙砖、地砖铺贴后，还需要借助靠尺、方尺、直尺、通线等工具进行铺贴质量检查，需要反复调整校对水平面，速度较慢，效率低，每天铺贴有限数量的墙砖或地砖，而且铺贴的质量问题较多，甚至引起返工，其直接影响了地面的装饰效果。

随着信息技术的快速发展，地砖的铺贴工艺采用智能化、物联网等新技术是一个很重要的方向。

研究设计出一款智能化的墙地砖铺贴装置。不仅解决施工过程中存在的接缝不平直、平面不平整、施工线不直等问题，还可以提高施工工人的作业精度和效率，节约时间，降低施工成本，施工质量达优，使业主满意。

1 智能化墙地砖铺贴定位提示仪研究动态

21世纪以来，建筑行业着力提升BIM、大数据、智能化、物联网等信息技术的集成应用能力。Huang（2015）设计了基于卡尔曼滤波去漂移和Heron双边定位估计的实时射频识别室内定位系统[1]。Zhou H（2017）展开基于RS485和射频识别的智能技术的研究[2]，使装置具有配置简单、标定识别灵活、识别准确性高的特点。

为了提高地砖的铺贴质量，新技术在地砖铺贴装置中的应用不断增加。熊培朵等（2018）发明一种基于任意多边形瓷砖多转铺贴方法[3]，有利于实现智能铺贴方式，但工作量较大。吴静等人的方法[4]需要设置夹角微调机构，在控制信号的驱动下，完成装置地面与水平面之间的夹角的调整，其在使用过程中施工效率受限。张艳丽设计了基于图像处理的自动铺砖机[5]，通过摄像头采集道路图像，进行图像灰度处理，实现砖块宽度的自动调节，并利用地心引力原理进行铺砖，将图像采集技术应用于铺砖机设计，提高了铺砖机的智能化和自动化程度，同样无法保证地砖的安装精度。

根据以上国内外研究现状可以看出，对地砖铺贴装置的设计研究取得了一定的科研成果，但不同装置仍存在不同问题，或者施工使用受到作业条件的限制，或者人工工作量大，或者铺贴效率低，或者墙地砖安装精度差。因此，墙砖、地砖铺贴装置的设计技术仍需要被提高。

本文基于BIM的信息整合储存和信息共享的核心价值，只针对BIM中的“I”（信息）对地砖铺贴定位提示仪进行研究，将感应装置和BIM信息终端紧密结合，从而形成先智能预设后操作施工的模式。针对感应红外定位的不同场景，BIM信息终端能够实现智能化的数据处理和共享，得出具体的预设铺贴方案，最后，通过系统语音指令高效分析指导操作者进行施工作业。

2 智能化墙地砖铺贴定位提示仪的设计理论

设计出一款基于BIM的智能化墙地砖铺贴定位指示仪，提前预演砖块铺贴的方案，通过语音提示系统指导施工流程。目的是解决施工过程中存在的墙地砖接缝不平直、平面不平整，施工线不直等问题，保证提高安装精度，从而提高施工工人的作业精度和效率，节约时间，降低施工成本，施工质量达优，使业主满意。

为了提高墙面、地面和屋面的铺贴作业精度和效率，本文拟设计一项智能化墙地砖铺贴定位指示仪（如图1所示），指示仪是通过智能化感应设备提前预演砖块铺贴的方案及预设可能存在的问题，并通过语音提示系统指导施工流程。

图1 铺贴定位指示仪

（1）该装置的电源系统是使用常见的节能充电电池来供给电力，使的持久续航更加方便。在定位红外装置两侧上下运用4个感应红外进行定位，提高工作的精度，BIM信息终端可通过感应红外核实安装作业行为是否符合预设方案的相关规定。

（2）该装置的信号传输感应系统使得整个装置形成紧密的网络，该设计可实现智能化的数据处理和分析，其核心是BIM信息终端，随着定位指示仪在室内外装修的日常使用，其对施工数据信息进行收集储存与共享，能够保证实现定位提示仪的精度定位，并匹配该施工场所墙砖、地砖铺贴的最佳方案。

（3）弧形的红外面板设有刻度标注，刻度标注设置是采用底部1mm级，上部5mm级设置，适用于不同施工场景；纵向高度预设红外，可通过BIM信息终端的参数设置来调整该项方案的作业高度，与横向区域预设红外紧密配合，从而大大提高施工作业的精度和效率；横向区域预设红外，可通过BIM信息终端的参数设置来控制红外发射长度，从而识别横向作业区域（当第一区域工作完成并经过语音提示系统报出无误后，信号传输感应系统会根据已设置的参数自动进行下一区域的工作）。

（4）语音提示系统是可通过BIM信息终端把工程语言转换为指令信号，该设计能够让施工人员清晰地听到系统命令，根据科学的指令进行施工，从而提高施工效率。

3 智能化地砖铺贴定位提示仪的应用

（1）定位提示仪与BIM相结合，如何实现BIM信息终端收集作业数据，实现储存、共享、分析施工数据信息。

该智能化墙砖、地砖铺贴定位提示仪是基于BIM中的“I”（信息）展开研究，其核心是利用BIM信息终端，终端会不断收集储存施工数据信息，从而能够保证实现定位提示仪的精确定位。

提示仪合理的运用BIM与物联网的集成应用，实现智能化墙砖、地砖铺贴定位提示仪的精度定位。BIM信息终端数据库，随着指示仪在室内外装饰装修的日常使用，已储存很多种相关铺贴数据，在施工过程中，信息终端自定义完成铺贴方案，同时，数据库亦保存有最新消息。如果安装作业行为不符合预设方案的相关要求，BIM信息终端会指引语音播报器发出报警，作业人员根据语音提示能够精确完成墙砖、地砖的铺贴，可大大提高工作的精度和效率。

（2）定位提示仪如何实现自动感应、智能分析纠偏、语音播报的功能，从而能更好地服务于整个施工工艺流程之中。

定位仪可应用于铺贴墙面、地面和屋面砖块，以铺设地面为例展开研究。可将该装置定位至所在施工区域，首先将该装置的电源系统开启；再把边缘4个定位红外装置进行初始定位，此时信号传输感应系统工作通过BIM信息终端进行（砖块大小、排布方案、铺设厚度等）参数设置，接着信号传输感应系统传递命令至纵向高度预设红外开始调整该项方案的作业高度，传递命令至横向区域预设红外开始识别区域预设方案。

预设施工方案确定后，开始指导施工。第一排横向和第二排横向预设红外配合指导第一区域地砖的铺设，两排射线的交点定位地砖的顶点，如图2所示。当操作人员根据实时的语音提示系统对前一区域的施工过程进行报错并纠偏无误后，信号传输感应系统会根据已设置的参数自动进行第二区域，即第一排横向和第三排横向预设红外配合指导第二区域地砖的铺设，如图3所示。然后，语音提示系统纠正无偏差后再进入第三区域指导工作，如图4所示。以此类推完成整个房间地面的铺砌。

图2 第一区域效果图

图3 第二区域效果图

图4 第三区域效果图

4 结束语

通过BIM技术提前预演地砖铺贴的方案，解决了现在地面砖块铺贴的精度难以把控的问题，语音提示指导施工流程，节约时间，降低施工成本，提高作业精度和效率，下一步的工作将集中在完善系统BIM信息终端的理论研究，有效进行参数设置，提高预演铺贴方案的效率。