作者：宁波建工建乐工程有限公司   胡正平、徐增建 

【摘  要】：建筑表皮是建筑的外衣，将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来。幕墙虽然依附于建筑业，但它具有天生的机械工业制造基因，是建筑业中专业交叉最多的分支。幕墙在设计，施工过程中多专业深度交叉，尤其是在异型建筑中，建筑造型奇特，材料种类繁多，板块尺寸各不相同，施工放样，安装定位难度大。BIM技术的出现使得幕墙施工行业进行一次真正的参数化，信息化革命。通过三维BIM模型直观、准确地反映出了各构件之间的相对空间位置关系，便于各专业协调优化；利用曲率分析优化立面形体和分格，以平面玻璃拟合双曲造型，降低了工程造价；并通过构件参数化设计，快速、准确地提取构件加工信息，储运信息，控制点定位信息，安装信息，为构件加工、安装提供了依据，缩短了施工周期， 降低了工程成本，取得了较好的效果。

【关键词】：BIM技术、幕墙设计施工、参数化信息化

　　一．引言

随着经济发展水平的提高，建筑设计方法、设计理念的革新以及施工技术的进步，建筑幕墙从单一化、规整化向多元化、复杂化发展，许多建筑表皮呈现为无规则的异形形态。越来越复杂的异型表皮造型给设计、施工带来了一系列难题，传统的二维软件已无法满足此类工程的设计、材料加工、放线定位和现场安装等要求，需要借助三维参数化模型来实现。BIM技术的出现促使了二维图纸转变为三维参数化设计的发展，使得设计、施工、乃至整个建筑工程施工质量和施工效率有了显著提高，对于整个建筑行业来说是一次真正的参数化、信息化革命。

　　二．BIM技术在建筑表皮设计施工过程中的应用

　　在空间异型项目中，传统的二维软件已经无法满足此类项目的设计，加工，定位，安装等要求，通过BIM技术的介入，实现三维可视化建模，指导设计出图。并且在设计阶段进行合理优化，有效降低材料加工以及施工难度，缩短施工周期，节约材料以及施工成本。尤其是异型双曲玻璃幕墙，由于玻璃材质本身特性，给加工施工带来很大难度，双曲玻璃板块加工成本高昂，成品率低，加工精度误差大，运输，安装成本高。并且与板块相关的所有铝合金辅材都需要特殊加工。综合上述所有因素，在双曲幕墙设计阶段就需要对幕墙进行合理优化，降低施工难度，节约材料成本，缩短施工周期，提高施工质量。宁波北仑中国港口博物馆A穹顶，该穹顶面积1411㎡。包含双曲面板415块，796㎡；单曲面板162块，615㎡。对原模型进行翘曲值分析，控制翘曲值范围，通过平面拟合双曲面的方式有效降低加工施工难度，节约材料成本与施工成本。

图1 曲面翘曲分析优化

图2 批量编号以及数据提取

图3 施工照片

2.BIM技术在建筑幕墙工程施工下料中的运用

　　空间异型幕墙施工过程中定位复杂，幕墙立面位置以及角度均在不断变化，立柱与主体结构之间连接点种类繁多，没有规律，测量放样和空间定位难度非常大，难以确定安装，需要借助BIM三维模型提取安装控制点数据通过点位数据进行精确定位放样，在后期施工过程中进行精确安装。在异型幕墙工程中材料种类多，加工数据多，并且同种材料包含多种加工数据，这对下料带了挑战；BIM技术的介入使得下料简单化,批量化，并且准确率得到很大的提升；通过BIM技术进行参数化建模，利用BIM模型批量提取构件编号以及加工参数，在安装过程中通过构件编号进行精确安装。通过BIM技术指导幕墙工程施工下料，有效降低施工难度,缩短施工周期,节约施工成本。

BIM技术在宁波市城市展览馆项目中的应用该工程地下1层，地上4层，建筑面积23622㎡，其中地上建筑面积18687㎡，建筑高度24m。外立面由双层曲面幕墙组成，内层为曲面明框玻璃幕墙和铝板幕墙，外层为环绕玻璃幕墙，疏密不断变化的异形鳞片状彩釉陶土板幕墙，立面轮廓多角度曲面扭曲变换。工程形体复杂，幕墙总面积13315㎡。其中玻璃种类有16种，共1679块，每块玻璃规格尺寸均不相同；异形彩釉陶板规格7459种，27883块，每两块陶板之间通过插芯进行装配组合，形成一个安装单元。 

图4 工程效果图

图5 定位点以及坐标提取

图6 构件参数化

图7 玻璃幕墙构件参数化建模

图8 陶板幕墙构件参数化建模

图9 构件参数提取

异形彩釉陶板规格7459种，27883块。种类多，规格尺寸多，陶板与陶板之间通过铝合金插芯进行规律性装配，插芯通过连接件与横梁进行连接；用常规的方法提取加工信息，将严重影响施工周期，而且工作量大；通过计算机辅助编程处理，用计算机语言驱动软件进行BIM模型的搭建自动判断陶土板以及插芯的尺寸长度，装配类型，连接位置以及安装定位等参数。

图10 计算机编程辅助建模

图11 构件安装

图12 完工效果

3.BIM技术在异型金属屋面工程中的应用

宁波奥体中心综合馆屋面金属板幕墙工程面积约为25859m2；屋面幕墙工程由直立锁边屋面子系统与装饰铝单板子系统组成。屋面工程包含12287块大小不同的多边形组成，曲面造型复杂，定位点多，板块尺寸各不相同。BIM技术的应用有效降低多种类,多规格,定位难度大,尺寸规格多的空间异型幕墙工程的施工，定位，加工难度；有效缩短施工周期，节约施工成本。通过BIM模型提取构件编号信息加工信息,有效的避免数据丢失数据错乱，减少从设计到加工各个环节中的材料浪费。

通过BIM技术按照构造系统对主檩条和次檩条参数化建模，通过BIM模型提取主龙骨关键位置控制点，将控制点转换为空间坐标值，通过全站仪对控制点进行精确放样，保证龙骨安装的准确性，通过BIM模型提取龙骨编号,长度,半径,打孔位置等参数在工厂进行加工，通过定位点在现场进行吊装。通过BIM技术指导加工施工保证了加工,安装准确性，提高了施工效率，有效缩短施工周期，降低施工成本。

图14檩条BIM模型以及定位

利用BIM技术对屋面开放式装饰铝单板系统进行参数化建模。基于屋面主次檩条BIM模型搭建装饰铝单板BIM模型；根据幕墙分割线搭建铝板骨模型，搭建铝板BIM模型；对所有构件进行编号提取加工尺寸进行加工，提取控制点定位数据，根据点位进行放样定位。运输到现场后按照编号信息进行快速安装。

图15铝板编号以及数据提取

图16 龙骨以及板块安装

4.BIM技术在异型清水混凝土结构设计施工过程中的应用

宁波奥体中心游泳馆跳水池拥有9个跳台，其中包括2个1m跳台，3个2.6m板台，1个3m跳台，1个5m跳台，1个7.5m跳台以及1个10m跳台。其中跳台为空间多曲面清水混凝土空腔结构，空间感强，成型要求高，施工难度大。

图17 跳台效果图

利用BIM技术针对设计的空间定位坐标进行三维建模，通过BIM模型提取不同标高位置处的横截面，根据横截面与标高制作相应模板支模。

图18 曲面控制框架

图19 模板内外效果

图20 模型与完工效果对比

三．BIM技术带来的实际效益

　　1、BIM技术在复杂幕墙工程中的应用，进行合理的分格和形体优化，利用平板拟合双曲面造型，明显降低成本材料成本与施工成本；

　　2、BIM技术在复杂幕墙工程中的应用，相比传统方法，减少现场加工量，所有构件均在工厂批量化加工有效缩短施工工期，提高构件成品率；

　　3、BIM技术在复杂幕墙工程中的应用，通过BIM技术指导幕墙工程施工，做到空间定位参数化信息化，批量化，保证了形体造型，幕墙工程构建参数化误差值控制在5mm以内，空间尺寸误差率控制在3%以内；

　　4、BIM技术在复杂幕墙工程中的应用，各成品构件运至直接安装，有效节约人工成本。

　　在幕墙行业，我们需要不断探索新的应用模式，将中国强大的机械工业信息技术，通过BIM技术引入到建筑行业；提高协同效率，减少在幕墙设计，施工过程中的资源浪费；提高幕墙施工质量，缩短施工周期，降低施工成本。

      文章转载自《幕墙世界weekly》

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