BIM與3D打印技術(shù)在建筑裝飾裝修中的應(yīng)用實(shí)踐★

李森萍，趙巖松，馮建行，陳普華

(廣東碧桂園職業(yè)學(xué)院，廣東 清遠(yuǎn) 511510)

BIM和3D打印技術(shù)作為現(xiàn)代信息技術(shù)手段，在國(guó)內(nèi)建筑裝飾裝修行業(yè)，2013年中國(guó)建筑股份有限公司技術(shù)中心的羅蘭在介紹裝飾工程BIM技術(shù)應(yīng)用的研究背景和現(xiàn)實(shí)狀況的基礎(chǔ)上,針對(duì)裝飾工程BIM應(yīng)用流程進(jìn)行了初探，提出了基本流程，并總結(jié)當(dāng)下在裝飾工程實(shí)施流程中應(yīng)用存在的障礙,探討其在裝飾工程中無(wú)縫應(yīng)用的思路[1]；2017年中建東方裝飾有限公司的郭景介紹了BIM與3D打印技術(shù)在建筑裝飾工程中的應(yīng)用流程的探索情況與思考總結(jié)[2]；2019年中國(guó)建筑第八工程局的殷茂源從BIM+裝配式+3D打印案例的實(shí)際應(yīng)用出發(fā),詳細(xì)闡述BP3D理念,分析當(dāng)下3項(xiàng)技術(shù)存在的難題及BP3D的未來(lái)發(fā)展和解決方案,并為以后實(shí)現(xiàn)和利用BP3D技術(shù)提供了示范和借鑒[3]；2020年中建安裝集團(tuán)有限公司的張波，基于建設(shè)多個(gè)城市地鐵工程項(xiàng)目的經(jīng)驗(yàn)，考慮現(xiàn)階段傳統(tǒng)地鐵工程項(xiàng)目施工存在的各種弊端，以杭州地鐵5號(hào)線一期工程車站(含區(qū)間)設(shè)備安裝及裝修實(shí)際工程項(xiàng)目為例，進(jìn)行了一次BIM技術(shù)的綜合應(yīng)用，利用到了BIM+CAM(Revit+Fabrication)軟件，進(jìn)行機(jī)電預(yù)制構(gòu)件的深化設(shè)計(jì)，采用3D打印現(xiàn)代信息技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化驗(yàn)證BIM裝配式設(shè)計(jì)效果[4]。

在國(guó)外，英國(guó)的《The Economist》雜志于2011年刊發(fā)了一篇名為《The Third Industrial Revolution》文章，里面提到3D打印技術(shù)與數(shù)字化生產(chǎn)模式、智能手機(jī)并肩而立，均屬于“The Third Industrial Revolution(第三次工業(yè)革命)”的重要標(biāo)志，可以助推新的工業(yè)革命的產(chǎn)生；目前,國(guó)外3D打印技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用,在具體的應(yīng)用領(lǐng)域方面，主要涵蓋航空航天、建筑、醫(yī)療、產(chǎn)品設(shè)計(jì)、工藝品、生物工程等。在歐美國(guó)家，3D打印現(xiàn)代信息技術(shù)目前已開(kāi)啟了商業(yè)模式，主要集中在航空航天業(yè)、醫(yī)療和電子領(lǐng)域等。

現(xiàn)基于BIM與3D打印兩種現(xiàn)代信息技術(shù)手段，針對(duì)建筑裝飾裝修工程，在BIM施工模擬、BIM施工技術(shù)交底和3D打印節(jié)點(diǎn)構(gòu)造三個(gè)方面，以廣東碧桂園職業(yè)學(xué)院校內(nèi)實(shí)際工程項(xiàng)目——廣東碧桂園職業(yè)學(xué)院體育館琴房地面裝修工程為例，進(jìn)行實(shí)際工程項(xiàng)目的具體應(yīng)用實(shí)踐。

1 工程概況

廣東碧桂園職業(yè)學(xué)院三期在建工程——體育館工程(如圖1所示)，由廣東省國(guó)強(qiáng)公益基金會(huì)投資，由碧桂園集團(tuán)旗下子公司廣東博意建筑設(shè)計(jì)院有限公司設(shè)計(jì)，由學(xué)院的生產(chǎn)教學(xué)公司——廣東國(guó)良建筑工程有限公司承建，屬于學(xué)院的“產(chǎn)教融合”項(xiàng)目。體育館工程于2018年7月開(kāi)工，建筑面積6 930 m2，建筑高度16.10 m，主體結(jié)構(gòu)為鋼筋混凝土框架，屋面采用鋼網(wǎng)架(屬于一種空間桿系結(jié)構(gòu)，受力桿件通過(guò)節(jié)點(diǎn)按照一定的規(guī)律鉸接)，室內(nèi)有三面看臺(tái)、標(biāo)準(zhǔn)籃球場(chǎng)、羽毛球場(chǎng)、功能訓(xùn)練室、形體訓(xùn)練室、舞蹈室、器材室、健身房、音樂(lè)教室、琴房等。

其中琴房位于學(xué)院體育館三層?xùn)|側(cè)，共有20間，考慮到后續(xù)使用時(shí)在吸音隔音方面的特殊要求，為此進(jìn)行了聲學(xué)裝修設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行聲學(xué)裝修施工。其中琴房頂棚裝飾采用吸音隔音吊頂板，琴房墻面裝飾采用生態(tài)木吸音墻板，琴房地面裝飾采用強(qiáng)化復(fù)合地板。琴房聲學(xué)裝修現(xiàn)場(chǎng)施工，全部由學(xué)院智能建造工程系裝飾施工與機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用教學(xué)部專業(yè)教師團(tuán)隊(duì)，組織裝飾專業(yè)學(xué)生完成，現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展校內(nèi)實(shí)踐教學(xué)，真正實(shí)現(xiàn)“產(chǎn)教融合”。

2 工程應(yīng)用實(shí)踐

2.1 BIM施工模擬

BIM施工模擬是指基于前期已建好的三維BIM模型(目前常用的BIM建模軟件有Revit,Rhino,SU,3ds Max等)，然后在計(jì)算機(jī)上以實(shí)時(shí)、交互和直觀形象的形式，模擬出實(shí)際工程項(xiàng)目施工環(huán)境、施工工藝，可以對(duì)現(xiàn)有的施工方案進(jìn)行優(yōu)化，有助于提升現(xiàn)場(chǎng)施工效率。

體育館琴房地面裝修工程正式施工前，學(xué)院智能建造工程系裝飾施工與機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用教學(xué)部教師團(tuán)隊(duì)利用Revit建模軟件，準(zhǔn)確創(chuàng)建了體育館建筑BIM三維模型(如圖2所示)，以及選取體育館某一間獨(dú)立的琴房作為樣板間，創(chuàng)建了琴房精裝修BIM三維模型(如圖3所示)。主要針對(duì)體育館琴房地面裝修采用的強(qiáng)化復(fù)合地板，進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)安裝模擬，便于選定合理的強(qiáng)化復(fù)合地板排版圖，同時(shí)可以熟悉層次構(gòu)造、理順具體的施工工藝流程。

2.2 BIM施工技術(shù)交底

施工技術(shù)交底是在正式施工前進(jìn)行的一項(xiàng)非常重要的技術(shù)管理工作，由現(xiàn)場(chǎng)施工單位相關(guān)技術(shù)人員作為技術(shù)交底人，面向參與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際施工的人員進(jìn)行交底。通過(guò)施工技術(shù)交底，可以使得接受技術(shù)交底的人員明確現(xiàn)場(chǎng)施工重難點(diǎn)、施工工藝流程、技術(shù)措施要求等，有助于后續(xù)實(shí)際施工的開(kāi)展，有效保證現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量，避免生產(chǎn)安全事故的發(fā)生。

BIM施工技術(shù)交底，是在傳統(tǒng)施工技術(shù)交底的基礎(chǔ)上，引入了BIM現(xiàn)代信息技術(shù)手段，使得傳統(tǒng)的一維、二維層次施工技術(shù)交底(略顯抽象，難以精確表達(dá)復(fù)雜裝飾節(jié)點(diǎn)構(gòu)造)，轉(zhuǎn)變?yōu)槿S層次施工技術(shù)交底(直觀性強(qiáng)，可以精確表達(dá)復(fù)雜裝飾節(jié)點(diǎn)構(gòu)造)，可以明顯提高施工技術(shù)交底效率，使得現(xiàn)場(chǎng)接受施工技術(shù)交底的人員，能夠快速、準(zhǔn)確理解施工重難點(diǎn)、施工工藝流程、技術(shù)措施要求等。體育館琴房地面裝修工程開(kāi)展現(xiàn)場(chǎng)BIM施工技術(shù)交底，充分利用好琴房精裝修BIM三維模型、強(qiáng)化復(fù)合地板BIM三維節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決現(xiàn)場(chǎng)施工人員在技術(shù)方面存在的各種疑問(wèn)，有效保證琴房強(qiáng)化復(fù)合地板的安裝質(zhì)量。

2.3 3D打印節(jié)點(diǎn)構(gòu)造

3D打印技術(shù)是一種基于數(shù)字模型文件，采用PLA(聚乳酸，polylactic acid)、木塑、尼龍、金屬、混凝土等材料，通過(guò)“增材制造”原理，進(jìn)行快速成型的現(xiàn)代信息技術(shù)。目前市場(chǎng)上還有采用呈現(xiàn)液體狀的光敏樹(shù)脂作為耗材，進(jìn)行打印的光固化3D打印機(jī)，通過(guò)光固化3D打印機(jī)打印出來(lái)的模型精度較高。3D打印技術(shù)正在融入我們的生活，大量應(yīng)用于建筑、教育、醫(yī)療、服裝等領(lǐng)域，成為生活中的創(chuàng)造工具[5]。

要進(jìn)行3D打印節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，首先需要在Revit,Rhino,SU,3ds Max等三維建模軟件中，精確創(chuàng)建出節(jié)點(diǎn)構(gòu)造三維模型，然后從建模軟件中導(dǎo)出后綴名為.stl格式的模型文件，接著將stl格式模型文件在與3D打印機(jī)配套的切片軟件中打開(kāi)，進(jìn)行切片處理(將模型切成一層一層，3D打印機(jī)程序可以識(shí)別)，形成后綴名為.gcode格式的模型，最后將.gcode格式模型通過(guò)SD卡與3D打印機(jī)連接，可以正式打印出3D節(jié)點(diǎn)構(gòu)造實(shí)物模型。

目前市場(chǎng)上可用于3D打印的耗材種類繁多，其中有一種名為PLA(聚乳酸，polylactic acid)的3D打印耗材，是一種綠色環(huán)保耗材，呈線條狀，常見(jiàn)規(guī)格直徑為1.75 mm，卷成1卷，1卷/1 kg，用真空袋包裝，原材料為玉米、木薯等提取出來(lái)的淀粉，特別適合用于3D打印裝飾節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，體育館琴房地面裝修工程3D打印節(jié)點(diǎn)構(gòu)造采用的耗材，就是PLA耗材。

體育館琴房地面強(qiáng)化復(fù)合地板現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)，發(fā)現(xiàn)離墻邊(或柱邊)的伸縮縫，如采用常規(guī)的小木塊去塞，實(shí)際施工時(shí)很不好操作，后續(xù)安裝踢腳線前還需將小木塊取出，帶來(lái)不少的施工麻煩。為此，為解決這個(gè)“痛點(diǎn)”，對(duì)傳統(tǒng)的強(qiáng)化復(fù)合地板留設(shè)伸縮縫做法做了改進(jìn)，靈活應(yīng)用BIM與3D打印現(xiàn)代信息技術(shù)手段，制作“3D打印彈簧片”(如圖4所示)，實(shí)際使用時(shí)，依據(jù)強(qiáng)化復(fù)合地板的規(guī)格以及準(zhǔn)備預(yù)留的伸縮縫寬度，選擇合適的“3D打印彈簧片”規(guī)格和數(shù)量，將“3D打印彈簧片”放入伸縮縫中，因其具備一定的彈性，為此后續(xù)安裝踢腳線前可以不用再取出，完全滿足強(qiáng)化復(fù)合地板常規(guī)的熱脹冷縮需求，給現(xiàn)場(chǎng)施工帶來(lái)不少便利，提升施工效率，同時(shí)保證現(xiàn)場(chǎng)施工質(zhì)量。

3 結(jié)語(yǔ)

廣東碧桂園職業(yè)學(xué)院體育館琴房在進(jìn)行地面強(qiáng)化復(fù)合地板安裝時(shí)，將BIM與3D打印現(xiàn)代信息技術(shù)手段結(jié)合，在BIM施工模擬、BIM施工技術(shù)交底和3D打印節(jié)點(diǎn)構(gòu)造等方面進(jìn)行靈活應(yīng)用，開(kāi)展實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用實(shí)踐，可以有效提升施工效率，保證工程質(zhì)量，可以為BIM和3D打印技術(shù)在建筑裝飾裝修實(shí)際工程項(xiàng)目中的靈活應(yīng)用，提供一定的參考。