建筑装饰工程施工工序繁多, 较大规模的装饰工程与消防系统、音响系统、保安系统、通讯系统等往往交叉施工严重, 特别是超高层建筑吊顶上方空间的装饰施工一直是问题重重的重灾区。吊顶空间中错综复杂的机电、消防管线等与装饰构件冲突严重, 协调难度极大。引入BIM技术后, 很好地解决了各专业之间的冲突和矛盾, 使相关问题在施工之前即能得到解决。但是, 使用BIM对各专业的协调导致装饰吊顶体系的基层构件基本呈不规则排布, 带来施工的另外一个难题, 即如何将不规则的基层构件进行准确定位。BIM放样机器人的应用, 为解决此项难题提供了一套行之有效的解决途径。

本文就使用BIM放样机器人在某超高层建筑装饰天花吊杆施工中的定位进行论述, 为类似装饰施工应用提供依据。

BIM放样机器人是一种能代替人进行自动搜索、跟踪、辨识和精确找准目标并获取角度、举例、三维坐标以及影像等信息的智能型电子全站仪。这种全站仪是现代多项高端技术集成应用于测量仪器产品的杰出代表。BIM放样机器人通过CCD影像传感器和其他传感器对现实测量世界中的目标点进行识别, 能够迅速做出分析、判断和推理, 实现自我控制, 并自动完成对准、读取等操作, 以完全代替人的手工操作。BIM放样机器人同时可以与制定测量计划、控制测量过程、进行测量数据处理与分析的软件系统相结合, 足以代替人完成测量任务。

BIM放样机器人利用其快速、精确、智能的优势, 可将BIM模型中的数据转变成施工现场精确点位。

采用BIM放样机器人放线定位代替传统的借助CAD图纸、卷尺、红外线及墨斗作业方式能极大地减少工作时间和劳动力。同时, 减少过程中人为操作和设备毫米级的精度也使放线和定位工作更为精准。

某超高层项目核心筒外为开敞办公区域, 面积约2 500m², 采用矿棉板吊顶体系。由于吊顶上方空间存在密集的机电管线、消防水管、钢结构钢梁、集成灯盘, 且吊杆应遵循规范中的约束条件排布, 致使每层2 500多个吊杆存在大部分不规则排布的情况。

项目通过BIM技术在现场实施前逐层建立完整的装饰装修BIM模型, 并将装饰模型与其他各相关专业模型进行碰撞检查, 优化调整。其中吊杆模型经过多轮综合调整后, 最终通过模型导出可实施的吊杆定位施工图纸。

按照传统放线定位操作方法, 一般根据已有图纸及现场条件, 安排2名测量放线人员进行放线定位工作, 步骤如下: (1) 天花吊杆施工前, 按深化图纸以现场轴线为基准利用钢卷尺和经纬仪等工具在地面放出矿棉板主龙骨线; (2) 根据BIM模型导出的吊杆点位图在地面标出吊杆定位点; (3) 将地面上已标明的吊杆定位点利用红外线工具反射到此楼层顶面楼板上, 用颜色鲜艳的油漆进行标识, 以便吊杆可以准确安装。

使用BIM放样机器人进行定位操作, 根据模型及现场总包控制点安排1名项目工程师及1名普通劳务人员即可进行放样工作, 步骤如下: (1) 架设仪器, 根据现场总包控制点调试设备; (2) 利用放样机器人将模型中的点反映到楼层顶板上; (3) 工人使用油漆进行标识。

i CON robot60;莱卡BIM放样机器人;测角精度1″;远程蓝牙通讯350m;超级搜索距离300m;自动目标标准ATR600m;免棱镜测距1 000m;支持U盘及SD卡储存;语言提示功能;照明键盘;EGL导向光;3.5英寸彩色触摸屏, 配备环境光传感器 (ALS) 。

CC55平板;远程遥控仪器作业;工业级防护;128GB硬盘, 4G内存;500万像素相机;7寸高清大屏幕;Win7专业版操作系统;内置无线、长距离蓝牙、3G模块、GPS模块;集成网口、USB口、RS232串口。

i CONstruct外业软件。专注建筑施工的外业软件, 包括设站、测量、放样、检校、体积计算、挖填方测量、边坡测量等应用程序, 具备三维渲染、图层管理、多视图窗口、报告输出等功能。如图2所示。

Leica Building Link软件。实现Revit软件与i CON外业软件之间的数据传输;在Revit中批量创建并导出放样点;将放样后的点再次导入Revit, 与模型作对比 (i CON软件同时输出放样报告) 。如图3所示。

Leica MPR122 360°棱镜、碳纤维对中杆。360°棱镜, 可安装于对中杆顶部或底部;碳纤维对中杆, 做工精良, 质量轻, 正反双水准气泡。

导入仪器的数据文件共有3个模型数据、放样点数据和控制点数据。模型数据为DXF格式, 直接由Revit另存为导出;放样点数据由Leica Building Link插件在Revit中批量创建;控制点数据可以在Revit中创建, 也可以现场直接在仪器中新建。

从Revit导出DXF时只保留放样部分模型, 其他不必要的数据删除;DXF导入平板时, 通过图层设置工具, 设置相应的单位、高程选项、块选项, 选择需要导入的图层。

从Revit中导出的DXF模型数据和放样点数据都是使用Revit中的坐标系, 所以, 设站放样时使用的已知点坐标需要是在Revit模型中的坐标。

现场可通过2种方式进行放样: (1) 第1种通过在i CON中选择要放点的吊杆模型, 机器人将会自动将激光投射在对应位置, 工人只需找到激光点并做标记即可。但此方式容易受到现场钢梁的遮挡影响, 需要频繁搬动放样机器人。 (2) 第2种通过在i CON中选择要放点的吊杆模型, 并将i CON与手持棱镜绑定, 工人手持棱镜和i CON, 放样机器人自动跟踪棱镜, 并将位置信息实时反馈在i CON中, 工人根据i CON的指示移动, 直到找到放样点并做记号。此方式避免了钢梁的遮挡, 一次放样面积大。如图4所示。

将放样机器人和棱镜分别架设在已知的项目控制点上。通过设站程序, 放样机器人自动照准棱镜完成定位工作。

通过免棱镜放样时, 放样机器人可以自动照准放样点, 也可以通过微调仪器照准指定点。通过跟踪棱镜放样时, 操作者将手部设备和棱镜安装固定在对中杆上, 跟随手部上的指示移动, 直到移动到需放样的点上。如图5所示。

通过免棱镜放样时, 操作者用端头涂抹油漆的长杆画点。通过跟踪棱镜放样时, 操作者利用事先固定在对中杆上的油漆笔画点。

采用传统放线定位方法, 定位1层非规则排布的吊杆需要2名放线人员耗时4d, 且精准度严重不足。采用BIM放样机器人定位设备, 定位1层非规则排布吊杆需要1名管理人员、1名放线人员耗时2d, 极大缩短作业时间, 效率提升一倍, 且明显减少人为操作导致的问题, 精准度显著提高。

利用BIM放样机器人, 可以很好地解决天花吊杆定位的难题, 保证前期BIM模型协调成果的顺利落地, 将BIM技术有效转化为先进生产力。

目前, 国内重大项目特别是超高层项目基本全过程、全生命周期应用BIM技术, 旨在发挥其协调性、模拟性、优化性、可控性等诸多特性, 避免出现投资成本增加、工期延误等问题。除了前期的模拟与协调之外, 施工阶段也是将相关成果落地的重要一环。现场点云扫描使我们获取了准确的施工现场信息, 保证了在此基础上所建设模型的准确性, 而BIM放样机器人的利用, 才是将信息模型转化为工程实体的有效途径之一。随着整个建筑业现代化进程的推进和建筑施工精细化管理要求的逐步提高, BIM放样机器人将在未来的装饰施工中发挥重要作用, 特别是在复杂造型繁多的超大型项目中具有广阔的应用前景。