基于BIM的梭型变截面斜柱石材安装技术

    作者：马磊，严蒙，张守磊，高航，王博文

    编辑：吴学松

    [摘要]梭型变截面斜柱从底口到顶口石材弧度逐渐变化，柱子石材龙骨空间定位很难控制，龙骨尺寸繁多，易产生加工使用混乱，现有施工图纸无法直接指导施工。

    利用BIM技术进行图纸深化设计，在BIM模型里明确龙骨、铝板和石材定位及数量，并计算出各层龙骨的加工尺寸，结合以往幕墙安装经验从而较好地保证梭型石材的安装质量，提高了幕墙的观感效果，减少了人工和材料的浪费。

    [关键词]石材安装；BIM；定位；图纸深化；分类码放

    1、工程概况

    北大国际医院工程位于北京市中关村生命科学园内，是一座集医疗、教学、科研一体的大型综合医院，总建筑面积297784m2。

    该工程建筑面积为亚洲第一大单体医院，将成为领跑我国医疗体制改革的龙头医院。

    首层门厅12颗斜柱装饰主要为梭型变截面石材。梭型变截面斜柱的应用，使建筑外立面造型更加新颖美观。

    门厅梭型变截面斜柱共12根，每根柱子高度为12.3m，倾斜角度5.2°，面层为30mm厚浅黄色干挂毛面花岗石和灰色铝板。底口石材弧度分别为R450、R2800、R700，顶口石材弧度分别为R450、R5673、R700，从底口到顶口逐渐变大。

    2、施工重难点分析

    门厅梭型变截面斜柱位于医院的主要出入口，非常引人注目。其安装质量的好坏直接影响着门厅整体装饰效果，进而体现着工程施工的全面质量。

    1）梭型变截面柱定位困难梭型变截面斜柱铝板及石材弧度变化较大，尤其两侧面由R2800变化为R5673，上部石材弧度半径为下部的2.03倍。安装施工时，龙骨及面层的空间定位要求极高。利用常规的平面设计图纸难以实现精准的定位，质量控制较难。

    2）梭型变截面柱加工困难龙骨、铝板和石材在不同标高上的尺寸不同，同一标高上的不同位置的尺寸也不相同。

    因此，龙骨、铝板和石材类型多、单个数量少，在加工、安装时均容易产生错误。因此梭型变截面斜柱石材安装的主要技术关键点在石材龙骨加工尺寸及现场定位的控制。

    3、传统安装工艺问题剖析和BIM技术的选用

    传统柱石材及铝板安装工艺，仅采用现场立面吊线进行控制，根本无法满足梭型变截面斜柱安装龙骨空间定位。通过对类似工程的传统工艺安装方式进行抽检，共抽检50个定位点，发现32%的龙骨尺寸定位>3mm,龙骨定位偏差较大，极大的影响了石材安装的垂直度。

    若本工程梭型变截面斜柱采用传统安装工艺施工，将会出现下料的尺寸无法满足现场实际需求将导致大量返工。

    同时因龙骨种类较多数量少，因此在加工时容易产生加工错误，安装使用时亦容易产生使用混乱的情况，导致石材安装困难，垂直度局部偏差较大，安装质量无法保证，而且浪费严重。

    BIM技术具有三维可视化、协同性和信息可提取的特点，它将建筑实体几何形体、虚拟仿真和工程项目信息高度集成。大大提高工作效率和工作质量，节约资源从而达到降本增效。因此，BIM技术成为解决这一施工难题的有效手段。

    4、基于BIM技术的梭型变截面斜柱石材安装

    BIM作为引领建筑业信息化走向更高层次的一项技术成为了解决梭型变截面斜柱施工难题的首选。本工程从前期的图纸深化设计、下料尺寸采集、施工过程指导和控制，到最后的交工验收，通过BIM技术融入梭型变截面斜柱石材安装并贯穿整个施工工序，使得传统工艺趋于完善，有效地保证了梭型变截面斜柱石材的安装质量。

    4.1图纸深化设计

    本工程图纸设计只有顶层定位图、底层定位图及立面图三张图纸。在两侧石材弧长变化的情况下，图纸在尺寸、定位、龙骨材料等方面缺乏可操作性。针对此种情况，项目决定采用BIM技术对图纸进行深化设计。

    首先对图纸缺失信息进行了统计汇总，列出深化设计需求表。然后使用REVIT软件，建立梭型变截面斜柱石材装饰的模型（图3梭型变截面斜柱石材安装BIM模型），对石材的大小进行合理的分割，确定每块石材的大小、形状及弧长等加工尺寸。根据受力计算情况，确定主、次龙骨的规格。

    考虑到主体结构施工的偏差，采用人工量取石材尺寸并不经济。在施工过程中，采用高精度的全站仪对主体结构进行坐标测量，利用测量数据对BIM模型进行调整，这样大大地提高了石材、龙骨尺寸深化的实用性。

    4.2施工现场龙骨及石材下料和定位应用

    本工程原有图纸只规定了龙骨的材质，龙骨的规格、尺寸、定位等数据不足，仅依靠传统工艺的拉线控制与检查手段无法精准定位现场梭型变截面斜柱龙骨及石材位置。BIM技术的应用，确定了龙骨的标高定位及加工尺寸，有效控制石材安装的定位及加强石材安装平整度的控制。

    根据已建立的梭型柱的BIM模型，可以得知石材的分隔及每块石材的位置。通过石材的分隔及位置，可以在模型中直接确定出每层角钢龙骨的位置、长度等数据，根据龙骨位置及加工尺寸表（表1），有针对性的把控每层钢龙骨的位置、尺寸；

    根据龙骨位置表，利用测量仪器进行控制，规避了以往传统工艺拉线式控制手段的不准确性的弊端，通过BIM的贯通应用，有效的将传统工艺中的立体空间定位难的问题转换成平面控制和标高控制，合理的BIM应用不仅改善了传统施工工艺，且有效的提高了施工质量，减少了二次返工而造成的财力、物力和人力浪费。

    4.3施工现场龙骨的加工控制

    龙骨的规格尺寸、钻孔预留位置直接影响石材安装的整体效果，龙骨的加工质量控制是整个施工过程的成败关键，BIM技术的应用使得抽象的立体空间龙骨加工转化为水平空间定位，使得把控过程更加数据化、规范化、可追溯化。

    根据龙骨加工数据进行现场龙骨的制作，制作完毕后进行龙骨钻孔，根据BIM放样数据，将龙骨预留孔放样到龙骨上，钻孔采用钻孔机，将龙骨构件放样后，在水平作业面上进行钻孔作业，此项工作使得所有基础建筑构件细微到每一个尺寸，将误差降到最低，避免石材悬挂后产生偏差，钻孔完毕后形成对比分析表格（表2），检查合格的龙骨方可投入。

    在建立的BIM模型的基础上，结合现场的施工条件以及传统的施工工艺流程，通过施工模拟制定出高质量的施工方案。达到龙骨、石材、铝板的安装完全参数化。

    首先通过了解规范、标准保证施工方案的可行性，然后通过BIM技术对方案进行不断地优化、完善。

    4.4施工动画模拟

    通过BIM模型展示及加工动画演示，对加工工人进行了技术交底，可视化的展示有助于工人更好地熟悉施工方案、龙骨加工安装流程、重点控制项目等。三维施工动画的模拟提升了交底的效率，有助于施工质量的控制。

    4.5成本管理

    通过BIM模型的使用，确定了每块石材、每根龙骨的加工尺寸及安装位置，减少了因图纸不明确，加工错误等因素带来的成本提升。通过对每根龙骨、每块石材安装工程量的统计，可以精确到人、机、料的每道工序的成本。可以实现将计划用量与实际用量进行全面的分析和对比，达到对成本的动态管理。

    5、结语

    本工程门厅石材柱子为梭型变截面斜柱，采用梭形石材安装BIM技术的应用，克服了梭形空间控制难，有效的将过程控制由传统的观、看、测，转换成数据化对比分析，并形成可追溯性的数据分析表。

    梭形石材安装BIM技术应用，有效的解决了传统工艺中的梭形石材立体空间定位难的难题，将立体空间控制通过数字化手段转换成平面空间及标高控制，合理的规避了传统难题。

    BIM技术的应用投入小，施工简便快捷，避免了二次返工的现象出现，同时也避免了材料、资金、人力的二次浪费，有效的管控了工程成本。今后随着人们审美意识的不断提高，异性柱将不断的增加，梭形石材安装BIM应用技术必将在大型公共建筑和标志性建筑中发挥更加重要的作用。

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