基于BIM的室外多边形广场步道砖铺贴方法研究

赵立强

(山西二建集团有限公司，山西 太原 030000)

1 工程概况

“黄河1号”旅游公路是山西省“十三五”规划重点建设工程，要求高标准规划，高质量建设，标杆引领，多元融资，统筹推进“交通+旅游+扶贫+文化+产业+生态”融合发展，将旅游公路打造成了脱贫攻坚的致富路，环境优美的生态路。全路贯穿忻州、吕梁、临汾、运城四个市，分别打造4个片区:西口文化与黄河古堡休闲片区、黄河峡谷和红色文化旅游片区、吕梁山生态康养休闲度假片区以及主题区、黄河湿地和古中国文化休闲等片区。本文提到的项目属于吕梁山生态康养休闲度假片区以及主题区项目。

其中沿黄扶贫旅游公路及生态绿道(一期工程)临县境项目服务系统总承包工程，拟建场地地形较为平坦,勘察期间各孔孔口相对标高介于693.17 m～694.16 m之间,相对高差为0.99 m。拟建场地为非湿陷性场地，地貌单元为冲洪积平原。该项工程中涉及水泥方砖路、嵌草砖停车场、盲道砖及卵石人行步道等多项室外广场类铺砖工程，本文主要讨论图纸设计中的多边形广场砖铺贴工艺。

2 园林景观工程的BIM应用

随着不规则多边形铺砖工艺在园林景观工程、室外工程越来越广泛应用和BIM技术的成熟，由于地处黄河湿地，地面标高不统一，广场砖材料形式多样，成品样式多样，铺贴施工工艺多样，经研究，通过BIM技术统一编号，虚拟排布，确保曲线型铺装材间的接缝及与图案、树井、侧石、渠位间的铺贴效果，保持在转折位置平滑、顺畅的收口，以及不同色彩的铺砖组合，提升整个园林景观工程的整体拼装效果以及观景人员游览休息时的舒适度。

3 研究方法

3.1 技术路线

在充分考虑图纸图案及曲线等设计要求[1]，场地地貌、广场砖生产厂家、现场加工设备条件、劳务技术层次等情况后，开展如下工作：

1)实测实量：实测5种不同形状、尺寸规格的广场步道砖几何尺寸数据，以计算多边形步道砖的整体铺贴顺序。2)确定安装厚度，考虑步道砖之间留有10 mm～20 mm砖缝。3)确定步道砖的排布顺序。4)Revit初步排布。5)班组调正。6)Revit出模型与CAD出图。7)排砖方案出图统计工程量。8)向劳务班组进行图纸、技术交底。9)班组按图纸进行施工及根据现场地形实际调整。10)无障碍坡道铺装。

3.2 具体研究、试验的措施

通过现场地形整体实测，建立项目整体Dynamo，建立虚拟观景，与设计院沟通修订最终图纸及施工工艺，再搭建广场砖BIM参数化模型进行分析研究实验，结合使用6种不同步道砖不同形状、几何尺寸数据、安装厚度、安装方位、整体坡度等技术参数进行虚拟试拼装，避免广场步道砖错缝发生，避免多边形铺装砖材与图案、树井，侧石，渠位间、弧形道路等的接缝不美观和无序，降低了施工难度，降低了碎砖的损耗率，提高了园林铺地工程施工质量和整体观感。

3.3 工艺流程

渣土清理→素土夯实(沙土换填)→碎石垫层(灰土垫层)→C10 混凝土垫层→清理基层→弹线→试拼→扫浆→铺结合层→铺面层→收边口(浇筑混凝土或填充沥青等)→擦缝。

4 关键问题或共性技术和创新点

4.1 核心技术

基于Revit广场砖参数化族，通过族参数调节，可控制广场砖几何尺寸、材质颜色随意变换，使室外广场步道砖的排砖方案在尺寸选型、色彩搭配方面灵活多样，同时大大降低碎砖的损耗率，提高了协同工作效率，加快了施工进度，提升了企业完美履约度和品牌形象。

本工程所采用的多边形广场步道砖为6种以上30厚黄色系板岩碎拼(边长为100 mm～400 mm)拼接而成。为保证施工一次合格率，进行最大量使用的面积较为均匀的5种砖体，铺设前对每一块石材，按安装方位和角度、整体坡度进行试拼。试拼后按两个方向编号排列，然后按编号排放整齐。为检验板块之间的缝隙，核对板块位置与设计图纸是否相符合。在正式铺装前，经过BIM技术深化试排(见图1)。

4.2 广场砖BIM参数化族的建立及应用

建立Revit广场砖参数化族，通过族参数调节，可控制广场砖几何尺寸、材质颜色随意变换，使室外广场步道砖的排砖方案在尺寸选型、色彩搭配方面灵活多样，不仅大幅度降低工作量，多区域多标段同时开工，更是提高了工作效率，保证了施工工期。

4.3 广场砖排砖策划

1)实测实量。

建立场景，生成铺贴原始区域，划分铺贴子区域。

2)确定步道砖的排布顺序。

首先，在画布上绘制户型，得到原始墙体和地面数据，地面和墙体均可抽象为由点顺序连接组成的多边形，多边形内区域即为砖块要填充的区域，需要将地面区域进行划分，成为若干个铺贴子区域；实测5种不同形状、尺寸规格的广场步道砖几何尺寸数据，以计算多边形步道砖的整体铺贴顺序(见图2)。

划分原理：腰线的实现原理是在多边形中添加一条切割线，划分为5种不同规格的多边形广场步道砖，通过BIM深化排布按顺序组合成完整的矩形铺贴区域，并确定安装厚度。区域提取砖块轮廓，构成铺贴多边形，进场的砖块经过颜色初选，再进行切角、磨边、铣槽等工艺，将普通的矩形砖切割成不规则的多边形砖，然后和其他砖块组合，形成铺贴单元。

3)根据BIM模型制定相关模具，考虑步道砖之间留有10 mm～20 mm 砖缝。

判断铺贴多边形是否为自闭合平面空间多边形，计算铺贴多边形的两个铺贴基向量，计算铺贴多边形的边长和内角大小，只有两条相等的边才能重合在一起，而且两内角和应该是360°的公约数，且偏移后的多边形与原始多边形无交集，根据这些特征判断铺贴多边形是否为自闭合多边形，然后计算出偏移向量根据实测实量的多边形步道砖几何尺寸分别进行统一编号。

4)Revit初步排布。

将铺贴多边形移动到区域多边形空间下，按照铺贴多边形两个偏移向量，计算区域多边形在这两个基向量下的坐标表示极值，即可得到铺贴多边形在区域上偏移的最大最小范围，根据这个范围值，即可遍历完整个区域多边形，得到铺贴多边形的平面解空间利用Revit进行初步排布，通过3D扫描打印技术对广场步道砖Revit模型进行3D扫描打印(见图3)。

在解空间下偏移组合中各块砖的轮廓,计算偏移后砖块轮廓与区域的位置关系，偏移后的轮廓与区域多边形无交集，则不需要添加这块砖，相交和包含都属于有效集；继续偏移下一砖块，直至在解空间下遍历完砖块，得到所有与区域多边形有交集的偏移多边形，得到需要铺贴砖块的集合，以及得到区域上所添加的砖块集合。

5)班组调正。

由泥工班组对初步排布方案进行调正，专业班组经验使方案更具施工可行性。

6)Revit出模型与CAD出图。

由Revit导出最终方案的CAD排布图，同时结合Revit模型对泥工班组进行整体交底(见图4)。

7)排砖方案出图统计工程量。

通过BIM技术辅助深化设计，提高了广场步道砖的整体美观性，降低了碎砖的损耗率，节省了材料，由Revit自动生成广场砖的下料单。

8)向劳务班组进行图纸、技术交底。

将最终排定的图纸、施工工艺、技术参数、铺贴方式等向劳务班组交底。合理分划区域，选定加工制作班组、劳务班组、材料班组，做到人员、材料、机械等工序统筹协调。

9)班组按图纸进行施工及根据现场地形实际调整。

对地下埋设的各种沟、管等隐蔽构筑物进行调查,确保安全后,方可进行施工[2]。由于拟建场地为非湿陷性场地，地貌单元为冲洪积平原，现场实地有山地、石岩地、沙地、素土等形式，在施工过程中需加强现场管理，项目管理人员分区域负责人，进行现场测量放线、施工管理、材料协调、质量验收等工作，以实际情况为准及时沟通调配所需材料及铺贴方式，具体工程量统计见表1。

表1 吕梁临县沿黄公路旅游项目步道砖标准块工程量统计

利用Revit软件可出图性，出CAD版电子图及广场步道砖三维图对工人进行可视化交底，防止因铺砖展开面大交底不到位造成的排砖错误问题，提高施工效率，有效节约用工成本。

10)无障碍坡道铺装。

按照施工经验及相关技术要求，无障碍坡道处通常采用的材料可以分为多种材质和尺寸，有烧结砖、花岗岩板和混凝土砖等来进行铺装。在施工过程中，先用铺装基础来调节坡道高程，之后正常铺装面层，坡道处因为存在圆弧和不规则边角，砖体通常需要根据设计的坡道尺寸进行切割，然后再拼接铺装。

5 同类技术或产品的比较和定位

本工程所属区域冬季较长,冰雪较多,驿站作为观光游览、休闲聚会的主要载体之一,人行道的安全和整体旅游观光是重要的考虑因素,有高差的地区防滑是步道砖的最基本要求。选用的面砖应尽量做到雨后不积水,雪后不打滑[3]。而透水砖混凝士高强彩砖防滑效果较好,天然石材的防滑效果相对较差,但通过剁斧、火烧、条纹面层的处理,可以提供较好的防滑效果。铺装外观效果角度、高强混凝土彩砖色彩丰富、亮丽,常用的有黄、红、绿、灰等颜色,铺装外观光鲜、朝气，天然石材面砖彰显现代、高档次,室外多边形广场步道砖铺贴技术采用1 000 mm×150 mm×200 mm,600 mm×600 mm×30 mm的花岗岩铺垫，中间为30 mm厚的黄色系板多边形岩碎块拼接形成[4]。图纸设计中的基坑深度多在3 m～6 m左右，经勘测，地层出现了人工杂填土、黏土、粉土、碎石土等。局部地区会出现潜水层[5]。通过采用BIM参数化建模对室外多边形岩碎块进行虚拟试拼和试排，确保现场施工一次合格率，减少了错缝的误差，缩短施工工期，实现绿色建造。

6 总结

6.1 经济效益分析

本技术全面实用，适合园林铺地工程应用，广场砖BIM参数化族应用较好的解决了广场步道砖碎砖拼接的关键技术难题。在项目的前期通过三维BIM软件对不同步道砖进行虚拟试拼装，降低施工难度，降低了碎砖的损耗率，提高了园林铺地工程质量。

为后期管线施工提供了技术支持的同时，降低了施工成本。在实际施工过程中未出现不可控的情况(如连续雨天、岩石地质处理等)，按照项目总成本测算，项目多边形砖铺贴分项工程按标前预算成本预计降低7%～10%左右，项目总工期缩短14 d。

6.2 社会效益分析

绿色施工是可持续发展思想在工程施工中的应用体现，BIM技术是绿色施工的综合应用。在保证安全、质量的基本前提下，通过科学管理和技术进步，最大限度地节约资源与减少对环境负面影响的施工活动，实现四节一环保。通过实际工程项目的实施过程中的对室外广场步道砖的深化排布，降低了碎砖的损耗率，不仅在缩短工期、节省材料等方面发挥了优势，同时也带来了良好的社会效益[6]。

由于是省重点工程，在建设单位、监理单位、当地电视台、政府监督检查部门巡查等过程中，针对项目优化施工工艺、工期履约、公司品牌形象等方面也有良好评价及宣传。

6.3 展望

随着住房城乡建设部和国务院相关BIM文件精神,推进BIM技术深度应用并开展以集成应用BIM，ERP,大数据，智能化，移动通讯，云计算，物联网等信息技术为主要任务的“智慧建造”研究和工程应用,BIM技术在优化现场施工，在建筑施工阶段达到绿色施工。