鄧朗妮，黃曉霞，郭 亮，馬晉超，羅日生

（廣西科技大學土木建筑工程學院，廣西 柳州 545006，E-mail：843600901@qq.com）

基于BIM的模擬排磚應用研究

鄧朗妮，黃曉霞，郭 亮，馬晉超，羅日生

（廣西科技大學土木建筑工程學院，廣西 柳州 545006，E-mail：843600901@qq.com）

將BIM用于裝飾飾面磚工程中進行三維模擬排磚，其過程形象、直觀、快捷，不僅大大提高了排磚的效率，而且對排磚的前期工作和施工階段都起了一個良好的指導作用。在分析了傳統(tǒng)手工排磚和目前國內(nèi)普遍使用的CAD軟件進行排磚所存在問題的基礎上，以廣西某干部學院六號樓為分析對象，應用BIM相關原理，采用建筑信息建模軟件—Revit創(chuàng)建排磚族進行模擬排磚，提出了BIM模擬排磚需求分析的方法，給出了提高BIM模擬排磚效率的關鍵技術，從而有效地解決了目前CAD排磚中存在的排磚效率低下，不夠形象直觀等問題，值得普及推廣。

裝飾飾面磚工程；建筑信息建模軟件（Revit）；排磚族；BIM模擬排轉(zhuǎn)

目前，國內(nèi)對裝飾飾面磚（板）在各大建筑物中的應用越來越廣泛。在工程施工中，經(jīng)常遇到外墻貼裝飾瓷磚、貼石材、包鋁塑板，室內(nèi)貼地板磚，廚房貼衛(wèi)生瓷磚，衛(wèi)生間地面貼防滑地板磚等工作內(nèi)容[1]，飾面磚的裝飾使得建筑物不管是從外觀還是整體都變得更加形象和美觀，直接影響到工程的觀感效果。評判飾面磚裝飾效果的好壞，除了要考慮施工質(zhì)量外，現(xiàn)場排磚是否合理也是其主要因素。如果等到主體結(jié)構(gòu)施工完畢，再開始建筑物內(nèi)外墻面以及地面飾面磚的施工，盡管操作者技術熟練，但也無法避免在門窗及陰角部位等位置經(jīng)常會出現(xiàn)小于半塊磚的窄條，從而影響到建筑物裝修立面的整體效果[2]。因此，要取得好的裝飾飾面效果，在主體結(jié)構(gòu)施工前，就必須確定好飾面磚規(guī)格和施工工藝等要求，通過對飾面磚進行排磚計算，以得出最佳模擬排磚方案。應盡量避免出現(xiàn)小于半磚尺寸的飾面磚，如果通過計算非得出現(xiàn)非整塊磚，那么非整塊磚應考慮放置在墻兩端或者陰角處，并且做好非整塊磚尺寸的標注，以便提前做好磚的切割工作。通過不斷地調(diào)整協(xié)調(diào)各部分尺寸，以達到建筑物最佳模擬排磚效果。

工程排磚是工程施工中最常見的施工內(nèi)容之一，目前，國內(nèi)普遍采用CAD軟件進行設計排磚，但這也同樣存在著一個問題，就是傳統(tǒng)的二維圖紙并不能形象直觀地展現(xiàn)出工程實體竣工后排磚的整體效果。BIM（Building Information Modeling）技術憑借著可視化特性、協(xié)調(diào)性、模擬性、可出圖性，以及具有全面的信息，便于問題的溝通和協(xié)調(diào)等諸多優(yōu)點在其他領域中逐漸嶄露頭角[3]，建筑信息模型BIM實現(xiàn)了從二維圖紙向三維圖紙的轉(zhuǎn)換，將BIM用于裝飾工程中進行模擬排磚，避免了人工排磚的繁瑣，讓排磚過程變得快捷、形象、直觀，避免現(xiàn)實施工中因排磚不當而引起的返工損失，值得普及推廣。

1 BIM模擬排磚的內(nèi)涵

BIM是對建筑設計的創(chuàng)新[4]。它的目的是推行建設工程設計、現(xiàn)場施工和項目管理工作中的工程信息的模型化和數(shù)字化，可為處于設計和施工中的建設項目，提供和建立起相互協(xié)調(diào)的、內(nèi)部一致的及可運算的信息[5]。目前，在建筑領域裝飾面磚（板）工程方面，對飾面磚的需求越來越大，工程排磚作為工程施工最常見的施工內(nèi)容之一，在傳統(tǒng)手工排磚中存在著計算量大，且不能真實地反映工程實體的狀況。若不提前對飾面磚的排版進行設計，在排磚施工中遇到尺寸不符等情況，需要去調(diào)整而造成的返工，不僅延誤工期，還對材料造成浪費。所以在主體結(jié)構(gòu)施工前就預先對飾面磚的排布進行排磚設計、排磚計算以及排磚模擬就顯得尤為重要。根據(jù)工程項目施工需求，可標注出非整塊磚的位置及尺寸，當遇到門窗及拐角等復雜節(jié)點處，還可繪制出相應的排磚施工圖，以便更好地指導現(xiàn)場施工。BIM的實施過程，其實質(zhì)就是創(chuàng)建模型、集成信息、共享信息、管理信息的過程[6]，從中可以看出，對BIM應用成功與否起著至關作用的就是模型的創(chuàng)建，模型搭建是否正確，是實現(xiàn)后面信息集成與共享的基礎。

2 BIM模擬排磚需求分析

為了讓模擬排磚能夠準確無誤地應用到實際工程當中，其首要任務就是要確定工程項目排磚需求，以及排磚所要滿足的條件。

2.1 模擬排磚依據(jù)

一般而言，工程項目模擬排磚的依據(jù)應包括：

（1）基于已建成的BIM主體結(jié)構(gòu)模型，以此來開展模擬排磚后續(xù)工作。

（2）根據(jù)建設單位給出的已通過審核的裝飾飾面磚（板）圖紙，包括：裝修設計圖紙等相關設計文件；設計文件所參照的規(guī)范和標準文集；施工進度計劃；以及其他特定的要求。

（3）根據(jù)建設單位提供的設計變更單，變更圖紙等相關變更文件，及其他特定的要求，實時更新排磚以滿足工程項目模擬排磚的實際需求。

2.2 排磚精度確定

確定排磚精度，首先要確定整個工程項目的模型精度，而模型精度的確定又與模型深度相關聯(lián)。BIM模型深度指的是項目整體模型中按照工程實際需求所添加的信息詳細程度。按不同專業(yè)可將其劃分為幾何信息和非幾何信息兩個維度[7]，根據(jù)建筑全生命周期各個階段的實際應用需求還可對其深度等級進行劃分。工程項目的模型深度越大，表達的則是它的信息粒度越細致，意味著從中提取、組合和加工信息就越方便和準確，同時維護信息的工作量也會相應變大[8]。因此，在確保信息全面，達到使用要求的基礎上，按照實際使用需求適當確定工程項目的模型深度，切忌不能盲目追求精細，一味地高要求，高品質(zhì)，從而造成人力物力的浪費。

根據(jù)美國建筑師學會（AIA-American Institute of Architectects）使用的模型詳細等級（LOD-Level of Detail）[9]，將BIM模型中構(gòu)件的精度分為了100（概念性）、200（近似幾何）、300（精確幾何）、400（加工制造）、500（建成竣工）5個等級。因此，對模型深度的要求也就決定了模型中各分項工程的深度，即包括對裝飾面磚（板）工程中排磚的深度需求及對排磚賦予的信息詳細程度。

2.3 排磚組織分化

裝飾工程作為房屋建筑施工的最后一個施工過程，它的主要作用是一個內(nèi)外包裝，將建筑物以更可觀的姿態(tài)呈現(xiàn)在公眾面前，它的裝飾效果直接決定了建筑外觀程度的好壞。排磚屬于飾面磚（板）工程，為有力有序開展模擬排磚工作，以便對排磚信息進行系統(tǒng)分類和信息管理，按照使用特點拆分排磚并進行分類，如圖1所示。

3 BIM模擬排磚關鍵技術的實現(xiàn)

3.1 確保排磚精確度的關鍵技術

BIM模擬排磚，要確保準確無誤，關鍵在于保證裝飾飾面磚（板）中排磚的幾何信息和非幾何信息的準確性。

圖1 飾面磚組織分化圖

（1）確保飾面磚幾何信息的準確性。飾面磚的幾何信息，指的是工程項目中飾面磚的材料品種、圖案紋理、規(guī)格尺寸、灰縫尺寸、排磚方式等參數(shù)。模擬排磚時在保證飾面磚本身參數(shù)正確的同時，還需綜合考慮所要布置的位置，比如在門窗洞口周圍、陰角處等如何布置，以便在實際項目中布置起來的更有效率。

（2）確保飾面磚非幾何信息的準確性。相比幾何信息而言，非幾何信息所包含的內(nèi)容更加廣泛，即材料信息、施工信息、合同信息等，對于裝飾飾面磚而言，非幾何信息可指排磚品種、做法說明、施工時間、施工預算等內(nèi)容。BIM模擬排磚應嚴格按照建筑設計意圖來進行排磚，給飾面磚添加正確的信息，未經(jīng)許可，不能私自改動設計，對于排磚過程中所遇到的問題，應及時提出并解決。通過排磚，可計算出飾面磚所需數(shù)量，以便限量采購，節(jié)約節(jié)本，做好預算，實施有效管理。

3.2 提高排磚效率的關鍵技術

使用Autodesk公司旗下推出的一款建筑信息建模軟件—Revit創(chuàng)建排磚族并進行模擬排磚，其所有圖元都是基于族的，考慮到飾面磚的實際情況，是由一塊一塊堆砌或黏貼起來的，工作量巨大，為提高模擬排磚的效率，故選擇用預先創(chuàng)建好的排磚族文件進行布置。

（1）信息選取。應了解相應的規(guī)范及CAD二維圖紙所提供的信息，比如飾面磚的材質(zhì)類型選擇，尺寸要求，以及排列方式，灰縫尺寸等要求。

（2）創(chuàng)建族文件。實際工程項目中，需要布置的飾面磚種類往往不止一種，并且難免在模型中需要被反復布置，而Revit建模軟件自有的族文件并不能滿足排磚要求，一塊一塊的磚布置起來肯定特別麻煩，故可將其建為一個族，方便導入項目中反復使用，無需在花費時間另外制作。此外通過改變族的參數(shù)或者磚的排列方式，還將生成不同排磚族文件可以應用到工程項目中。以下是創(chuàng)建排磚族的一個過程，其中僅使用了Revit軟件中的copy（復制）、move（移動）、array（陣列）等命令，方法簡單，操作性強。

首先需要按照飾面磚規(guī)格要求，通過公制常規(guī)模型來創(chuàng)建單個飾面磚磚族。再創(chuàng)建一個基于線布置的公制常規(guī)模型排磚族，然后將單個飾面磚磚族導入進去，按照排列方式進行排磚，排磚中應盡量避免出現(xiàn)小于半磚尺寸的飾面磚，通過設置和調(diào)整相應的參數(shù)就可以得到對應的排磚族。其中最關鍵的就是參數(shù)中陣列的設置，這可以控制在模型中基于線布置排磚，它可隨長度的拉伸而伸長，另外通過設置高度，也可隨高度的改變而改變。同時還有一個隨之變化的就是排磚整磚與半磚的數(shù)量統(tǒng)計，它會隨著面墻的擴張而進行數(shù)量的統(tǒng)計。

另外需要注意的是，建族也需要制定一個標準，類似BIM標準，即建筑信息模型標準[10]。這對于整個建設行業(yè)而言，標準的規(guī)范化有助于企業(yè)從粗放式的管理走向精細化的管理，對提高建設行業(yè)的信息傳遞效率，降低工程建設成本，提高工程質(zhì)量具有重要的意義[11]。故在建立族文件的時候，應對族的命名方式、族信息的表達形式、族的顏色等進行統(tǒng)一的管理，以便更有效并準確無誤地指導施工人員。

現(xiàn)以廣西某干部學院六號樓為例，以下是其裝飾工程飾面磚排磚族常用的一種，以及它的屬性參數(shù)。如圖2、圖3所示。

圖2 紅磚排磚族

圖3 紅磚排磚族參數(shù)

（3）建立族庫。在某項裝飾飾面磚（板）工程中，對磚（板）種類的需求往往都不止一種，在創(chuàng)建了大量族文件的基礎上，還可以建立一個族庫，對族進行分類管理，以方便后期調(diào)用。比如外墻貼瓷磚、內(nèi)墻面貼飾面磚、室內(nèi)貼地面磚、衛(wèi)生間貼防滑磚等。

（4）排磚布置。打開已建好的項目模型，將建好的排磚族文件導入該項目模型中，選擇需要的排磚族，在合適的位置點擊，就可以基于線進行拉伸布置，另外選中排磚族，在對應的屬性編輯器中，也可對高度進行設置修改，同時在對應的屬性欄里還可了解到該面墻所用的整磚和半磚數(shù)目。

4 實例分析

4.1 工程概況

本工程為廣西某干部學院，是自治區(qū)重大項目集“教學、辦公、會議、學術交流、理論研討”于一體的山水園林式干部學院，主要包括教學區(qū)、宿舍區(qū)、圖書館等基礎設施和綠化工程，規(guī)劃用地面積約600畝，總建筑面積約9萬m2，由25幢多層仿古建筑單體組成，工程依山傍水，地形高低起伏，原始地貌復雜，土方挖填量大，質(zhì)量標準要求高，并爭創(chuàng)魯班獎。為高標準完成百色干部學院的建設工作，項目各參建方?jīng)Q定在工程建設全過程中引入BIM技術。

本文選用Revit來創(chuàng)建排磚族并進行三維模擬排磚布置，主要以六號樓（6#）進行工程案例分析。

4.2 基于Revit軟件的模擬排磚應用分析

圖4、圖5為BIM三維模擬裝飾飾面墻和實木地板磚的排磚示意效果圖。圖中看出，相比CAD二維圖紙排磚，其排磚過程更加形象和逼真，能夠直接反映出工程實體竣工后的情況；預先模擬排磚，做到與業(yè)主及時溝通，如果所選用的飾面磚裝飾效果欠佳，也可及時作出更替，避免因溝通不當而造成后期的返工，這樣既提高了排磚效率，又節(jié)約了成本，以便施工管理。

圖4 BIM三維模擬排磚效果圖

圖6為門窗及拐角處的模擬排轉(zhuǎn)示意圖，圖7為門窗部位對非整塊磚的尺寸標注示意圖。運用BIM進行三維模擬排磚，可直接標注出非整塊磚的尺寸，還能形象直觀地反映它的具體位置，這便于施工人員提前統(tǒng)計非整塊磚的尺寸，并做好相應的切割工作，避免到時因現(xiàn)場切割不當，而引起不必要材料損耗，同時也提高了現(xiàn)場排磚的施工效率。

圖5 BIM三維模擬排磚效果圖

圖6 門窗、拐角處模擬排轉(zhuǎn)圖

圖7 非整塊磚尺寸標注圖

BIM模擬排磚的另一大優(yōu)勢就是它能對飾面磚的數(shù)量進行自我統(tǒng)計計算。建模人員在創(chuàng)建排磚族時，只需適當進行參數(shù)的關聯(lián)設置以及簡單公式的輸入，就可以使之隨著排磚族長度方向的伸長、高度方向的變化，讓排磚整磚和半磚數(shù)目也隨之改變，進行自我統(tǒng)計計算。在Revit軟件中，使用排磚族將飾面磚墻布置好后，鼠標點擊對應的飾面磚墻，在左邊的屬性編輯器中，就可以看到相關的參數(shù)，其中就有這面飾面磚墻的數(shù)量統(tǒng)計，如圖8所示。然后將這些飾面磚墻的整磚和半磚數(shù)量進行簡單的疊加，就可得到工程項目中飾面磚大約需要的總數(shù)量，以便采購人員限量采購，節(jié)約成本，也避免因采購數(shù)量過多或過少而造成的運輸成本增加，最終實現(xiàn)工程項目材料管理的精細化。

圖8 紅磚排磚數(shù)量統(tǒng)計圖

在實際工程項目中，當遇到門窗及拐角等復雜節(jié)點處，根據(jù)工程施工需求，可標注出非整塊磚的位置及尺寸，在Revit中繪制出相應部位的排磚施工圖，如圖9所示。再經(jīng)過專業(yè)人員的最后復核就可以出具最終圖紙，作為指導施工用圖。就目前而言，BIM完全兼具CAD二維設計與出圖的功能，同時BIM自身帶有的三維設計與出圖，加上對信息的集成更是值得施工企業(yè)的推崇，它為建筑設計與施工迎來了新的開端[12]。鑒于目前施工人員習慣使用二維平面圖，技術人員仍需將平面圖下發(fā)到施工人員手中，而三維圖紙可以在進行施工技術交底時通過圖片、視頻等方法傳達給施工人員。即最終的深化圖紙既包含了普通的平面圖紙也包含了三維圖紙，以便更好地指導現(xiàn)場施工。

圖9 門窗洞口排磚施工圖

5 結(jié)語

傳統(tǒng)二維圖紙并不能形象直觀地展現(xiàn)出工程實體竣工后排磚的三維整體效果，通過BIM模擬排磚不僅大大減少了排磚的勞動強度，還避免由于實際排磚不當而造成的返工損失。而且，三維模擬排磚使得排磚過程形象逼真，直接反映出工程實體竣工后的真實概況，給業(yè)主在選飾面磚方面提供了有力的參考。在進行模擬排磚時，可以對磚進行精確的數(shù)量統(tǒng)計，并且準確地了解到各區(qū)域內(nèi)需要加工或者裁剪的非整塊磚的數(shù)量和尺寸，以便施工人員提前做好裁磚工作，避免因現(xiàn)場切割不當而造成的材料損耗，而且也提高了現(xiàn)場排磚施工效率。因此，潮，故將BIM用于裝飾飾面磚工程中進行模擬排磚，是一個可行并值得推崇的方法。

[1] 李滿糧．談裝飾工程施工中各種磚的排磚方法[J]．山西建筑，2012（16）：250-250．

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[3] 劉占省，王澤強，張桐睿．BIM技術全壽命周期一體化應用研究[J]．施工技術，2013（18）：91-95．

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[5] 宣云干．基于面向?qū)ο髷?shù)據(jù)庫的參數(shù)化建筑建模[J]．工程管理，2012（S1）：117-118．

[6] 王雪青，張康照，謝銀．BIM模型的創(chuàng)建和來源選擇[J]．建筑經(jīng)濟，2011（9）：90-92．

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[10] 鄭國勤，邱奎寧．BIM國內(nèi)外標準綜述[J]．土木工程信息技術，2012（1）：32-35．

[11] 王 婷，肖莉萍．國內(nèi)外BIM標準綜述與探討[J]．建筑經(jīng)濟，2014（5）：108-111．

[12] 修 龍，趙昕．BIM——建筑設計與施工的又一次革命性挑戰(zhàn)[J]．施工技術，2013（11）：1-4．

Research on BIM-Based Application of Simulated Brick

DENG Lang-ni，HUANG Xiao-xia，GUO Liang，MA Jing-chao，LUO Ri-sheng
（College of Civil and Architecture Engineering，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China，E-mail：843600901@qq.com）

BIM is used to simulate 3D bricking in facing decoration project，and the process is vivid, intuitive，and fast，which not only greatly improves the efficiency of brick-row，but also has a good guiding effect on its preliminary work and construction. On the basic of analyzing the existed problems of the traditional handmade brick-row and CAD software brick-row，this paper studied a case building in GuangXi by applying BIM related theory and used the Revit tool to create brick-row family. The method of analyzing the requirements of BIM-based simulation brick-row and BIM-based key technologies to improve efficiency are put forward，which effectively solved the problems like low brick-row efficiency and poor visualization existing in the present CAD brick-row work，and is thus worth popularizing.

decoration facing bricks engineering；building information modeling software（Revit）；brick-row family；BIM simulated brick

TU721

A

1674-8859（2016）06-124-05

10.13991/j.cnki.jem.2016.06.023

鄧朗妮（1977-），女，博士，教授，研究方向：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及加固修復，BIM技術應用與研究；

黃曉霞（1992-），女，碩士研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及加固修復，BIM技術應用與研究；

郭 亮（1987-），男，碩士，講師，研究方向：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及加固修復，BIM技術應用與研究；

馬晉超（1992-），男，碩士研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及加固修復，BIM技術應用與研究；

羅日生（1992-），男，碩士研究生，研究方向：結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及加固修復，BIM技術應用與研究。

2016-07-18．

國家自然科學基金項目（51568008）；

廣西高校中青年教師基礎能力提升項目（KY2016YB248）．