BIM 技术在砌体工程施工管理中的应用研究

文｜中铁北京工程局集团北京有限公司 秦超红

0.引言

砌体结构是工程项目的重要组成部分，施工内容主要包括砌筑墙体、构造柱、门框柱、系梁、过梁等[1]，运用传统的施工方式与现场管理条件难以实现精细化，导致施工现场对原材料切割的随意性较大，材料浪费、损耗严重[2]，工程项目砌体结构施工在成本、质量、进度上面临很大的压力，在安全文明施工、绿色环保方面问题也较为突出。因此，砌体工程传统管理方式已经不能满足企业高质量发展需求，采用以BIM 技术为基础的信息化施工管理模式迫在眉睫。

1.工程概况

容西片区A 单元安置房及配套设施项目A2 标段位于雄安容西片区西部,西至安大线北延线，东至段沙大街，北至豪丹路，南至津保路，S333 省道为东西向横穿施工现场。本工程总建筑面积约51.6 万m2，其中地上建筑面积34.00 万m2，地下建筑面积17.60 万m2。主要工程包括：35 栋住宅楼、1 所初中、1 所幼儿园、1 所小学、1个邻里中心、1 个社区中心40 栋单体以及地下车库。该项目二次结构砌筑量5.2 万m³，地上结构采用A3.5B05 蒸压加气混凝土砌块，使用DM5.0-HR 干拌砂浆进行砌筑。由于该工程体量大，工期紧，主体结构、砌体结构、装修施工同步流水作业，施工质量、数字化要求高，为此项目采用BIM技术进行砌体工程施工管理，本文以小学为例就BIM 技术在砌体工程施工管理中的应用进行详细介绍。

2.砌体工程传统管理方式

砌体工程施工前，技术人员需要根据规范要求在CAD 图纸上进行构造柱逐一布置，系梁及过梁则需在技术交底中逐一列明标高。工程量计算多采用技术员手算，计算过程复杂，比如竖向砂浆体积=墙长/砖长度×墙高×墙宽×竖向灰缝厚度、水平向砂浆体积=墙高/砖高度×墙长×墙宽×水平灰缝厚度、砌筑量=墙体总体积-混凝土构件体积-砂浆体积，或者由技术人员根据经验值得出砂浆量和砌筑量（1m³砌筑量=1/（(砌块长度+竖向灰缝宽）×（砌块高度+水平灰缝宽）×砌块宽度））。传统管理方式使得现场技术人员工作量大，无法提供精确地砌体排砖图，工程量计算精度低，技术交底主要以文字内容体现，工人理解较为困难。

3.基于BIM 技术的砌体工程施工管理

3.1 构造柱、系梁、过梁等混凝土构件布置

根据小学建筑结构施工图纸，利用Revit 软件建立小学整体BIM 模型[3]，小学二层BIM 模型如图1 所示，结合品茗HiBIM 土建深化软件，对小学构造柱、水平系梁、过梁按照规范及设计要求进行合理布置。构造柱类型选择上下斜槎构造柱，构造柱断面为200×墙宽,马牙槎伸入墙体60mm，高度为250mm，先退后进，底槎高度按照底砌高度确定，根据规范要求的位置及间距进行构造柱批量布置。按雄安规定在墙体半高处设置水平系梁，梁高240mm，门洞上方设置现浇过梁，梁高180mm，门洞口抱框柱按照规范要求进行布置。小学二层某面墙构造柱、系梁、过梁等混凝土构件布置效果如图2 所示。

图1 小学二层BIM 模型

图2 构造柱、系梁、过梁等混凝土构件布置效果图

3.2 砌体排砖布置

构造柱、系梁、过梁、抱框柱等混凝土构件布置完成后，利用品茗HiBIM 土建深化软件中的砌体排砖、调整砖长、换砖等功能进行砌筑墙体排砖。墙体采用蒸压加气混凝土砌块，全顺方式组砌，砌块尺寸为600mm×200mm×240 mm，水平灰缝和竖向灰缝厚度取 10mm，灰缝上下错位1/2 砌块长，底槎为三层实心砖，砌块墙顶端与梁或楼板底顶紧，墙顶空隙部位根据空隙大小采用混凝土实心砖斜砌、砌块平砌和干硬性砌筑砂浆捻实三种方式进行处理。小学二层某面墙砌体排砖效果如图3 所示。

图3 砌体排砖效果图

3.3 生成施工图纸

基于排砖效果图，生成每面墙的砌体排砖图及排砖明细表，并导出CAD 图纸，如图4、图5 及表1 所示。排砖图中明确标出结构一米线、门窗洞口位置尺寸、砌体砖排布位置尺寸等信息，并配以必要的文字说明。同时将优化排砖施工图生成二维码，张贴在现场对应墙体上，施工时在现场用手机移动端扫描二维码，即可查看每道墙的排砖图，指导工人砌筑，也可据此检查工人施工准确性。排砖明细表中列出每块砖的规格尺寸，据此可实现砌块在后台的集中切割，减少环境污染，提高工作效率。

图4 砌体排砖剖面图

图5 砌体排砖三维视图

表1 排砖明细表

3.4 工程量提取

砌体排砖完成后，利用品茗HiBIM 软件可批量导出每面墙的砌筑量，基于Revit软件的工程量统计功能可批量提取构造柱、水平系梁、过梁等构件混凝土用量以及墙体总体积，进而获得砌筑砂浆用量。小学二层砌体结构工程基于BIM 技术计算的砌筑及砂浆用量与技术员手算所得工程量见表2，由于技术员在手算过程中未考虑内部小型门洞口的扣减及其他细部问题，砌筑工程量一般比实际偏高，混凝土构件未考虑窗台及门垛等，所得工程量则偏低。由此可见，与传统砌体结构工程量计算方法相比，该方法计算速度快、结果精度高，满足施工过程技术人员提量需求，使现场材料消耗得到有效把控，避免材料浪费，节约项目成本。

表2 工程量计算结果分析表

3.5 混凝土构件模板预加工

在已有砌体结构模型基础上，利用BIMMAKE 软件，对构造柱、系梁、过梁等混凝土构件进行模板配置，如图6 所示，并生成明细表，汇总模板总量。项目可根据模板总量进行成本控制，工人可在施工前将大部分模板进行集中批量预加工，相对于施工过程中模板零散加工，不仅节约时间，提高效率，还可节约材料。

图6 构造柱模板配置效果图

3.6 可视化技术交底

基于BIM 模型，利用LUMION、BIMFILM等软件，进行砌体结构工程施工过程模拟，生成砌体工程施工模拟动画，利用视频、三维截图等方式将施工工艺、施工顺序进行详细解读，如图7 所示，方便操作人员直观理解、操作，提高技术交底质量，为现场施工提供可靠的技术保障[4]。

图7 砌体工程施工工艺模拟

4.总结

本文通过对砌体工程传统管理方式与基于BIM 技术的新型管理方式的对比分析，可知基于BIM 技术的砌体工程管理方式不仅可以直观展示砌体工程的构件布置、砌体排砖、模板配置等，还可以精确计算砌体工程各项工程量，且后期工程量提取方便，能够有效提高技术人员工作效率，因此该方法也将成为今后砌体工程深化设计的主要方法之一。

本文基于BIM 模型进行砌筑、砂浆及混凝土工程量统计，减少材料浪费，为成本核算、工程结算提供数据支持；基于导出的砌体排砖图、模板配置图，实现砌块、模板的集中切割，提高施工效率，减少环境污染；制作可视化技术交底动画，使现场工人能够直观了解施工过程，掌握施工重点，保证施工质量。今后，我们还会将AR 技术与砌体工程深化设计相结合，进一步加强砌体工程现场管理水平，确保BIM模型信息与现场保持一致，为项目后期数字化运维奠定基础。

需要指出的是，本文在砌体排砖过程中，由于该楼层管线较少，未考虑管线洞口预留对砌体排砖的影响，在管线复杂的地下室进行砌体排砖时应提前进行管线洞口预留，充分考虑管线洞口对排砖效果的影响。