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一.引言

隨著經(jīng)濟發(fā)展水平的提高，建筑設計方法、設計理念的革新以及施工技術(shù)的進步，建筑幕墻從單一化、規(guī)整化向多元化、復雜化發(fā)展，許多建筑表皮呈現(xiàn)為無規(guī)則的異形形態(tài)。越來越復雜的異型表皮造型給設計、施工帶來了一系列難題，傳統(tǒng)的二維軟件已無法滿足此類工程的設計、材料加工、放線定位和現(xiàn)場安裝等要求，需要借助三維參數(shù)化模型來實現(xiàn)。BIM技術(shù)的出現(xiàn)促使了二維圖紙轉(zhuǎn)變?yōu)槿S參數(shù)化設計的發(fā)展，使得設計、施工、乃至整個建筑工程施工質(zhì)量和施工效率有了顯著提高，對于整個建筑行業(yè)來說是一次真正的參數(shù)化、信息化革命。

二.BIM技術(shù)在建筑表皮設計施工過程中的應用

1. BIM技術(shù)在異型采光頂設計階段運用

在空間異型項目中，傳統(tǒng)的二維軟件已經(jīng)無法滿足此類項目的設計，加工，定位，安裝等要求，通過BIM技術(shù)的介入，實現(xiàn)三維可視化建模，指導設計出圖。并且在設計階段進行合理優(yōu)化，有效降低材料加工以及施工難度，縮短施工周期，節(jié)約材料以及施工成本。尤其是異型雙曲玻璃幕墻，由于玻璃材質(zhì)本身特性，給加工施工帶來很大難度，雙曲玻璃板塊加工成本高昂，成品率低，加工精度誤差大，運輸，安裝成本高。并且與板塊相關(guān)的所有鋁合金輔材都需要特殊加工。綜合上述所有因素，在雙曲幕墻設計階段就需要對幕墻進行合理優(yōu)化，降低施工難度，節(jié)約材料成本，縮短施工周期，提高施工質(zhì)量。寧波北侖中國港口博物館A穹頂，該穹頂面積1411㎡。包含雙曲面板415塊，796㎡;單曲面板162塊，615㎡。對原模型進行翹曲只分析，控制翹曲值范圍，通過平面擬合雙曲面的方式有效降低加工施工難度，節(jié)約材料成本與施工成本。

圖1 曲面翹曲分析優(yōu)化

圖2 批量編號以及數(shù)據(jù)提取

圖3 施工照片

2. BIM技術(shù)在建筑幕墻工程施工下料中的運用

空間異型幕墻施工過程中定位復雜，幕墻立面位置以及角度均在不段變化，立柱與主體結(jié)構(gòu)之間連接點種類繁多，沒有規(guī)律，測量放樣和空間定位難度非常大，難以確定安裝，需要借助BIM三維模型提取安裝控制點數(shù)據(jù)通過點位數(shù)據(jù)進行精 確定位放樣，在后期施工過程中進行精 確安裝。在異型幕墻工程中材料種類多，加工數(shù)據(jù)多，并且同種材料包含多種加工數(shù)據(jù)，這對下料帶了挑戰(zhàn);BIM技術(shù)的介入使得下料簡單化,批量化，并且準確率得到很大的提升;通過BIM技術(shù)進行參數(shù)化建模，利用BIM模型批量提取構(gòu)件編號以及加工參數(shù)，在安裝過程中通過構(gòu)件編號進行精 確安裝。通過BIM技術(shù)指導幕墻工程施工下料，有效降低施工難度,縮短施工周期,節(jié)約施工成本。

3. BIM技術(shù)在寧波市城市展覽館項目中的應用

該工程地下1層，地上4層，建筑面積23622㎡，其中地上建筑面積18687㎡，建筑高度24m。外立面由雙層曲面幕墻組成，內(nèi)層為曲面明框玻璃幕墻和鋁板幕墻，外層為環(huán)繞玻璃幕墻，疏密不斷變化的異形鱗片狀彩釉陶土板幕墻，立面輪廓多角度曲面扭曲變換。工程形體復雜，幕墻總面積13315㎡。其中玻璃種類有16種，共1679塊，每塊玻璃規(guī)格尺寸均不相同;異形彩釉陶板規(guī)格7459種，27883塊，每兩塊陶板之間通過插芯進行裝配組合，形成一個安裝單元。

圖4 工程效果圖

圖5 定位點以及坐標提取

圖6 構(gòu)件參數(shù)化

圖7 玻璃幕墻構(gòu)件參數(shù)化建模

圖8 陶板幕墻構(gòu)件參數(shù)化建模

圖9 構(gòu)件參數(shù)提取

異形彩釉陶板規(guī)格7459種，27883塊。種類多，規(guī)格尺寸多，陶板與陶板之間通過鋁合金插芯進行規(guī)律性裝配，插芯通過連接件與橫梁進行連接;如果人為手動一個板塊一個板塊進行處理，將嚴重影響施工周期，而且工作量大;通過計算機VB編程處理，用計算機語言驅(qū)動軟件進行BIM模型的搭建自動判斷陶土板以及插芯的尺寸長度，裝配類型，連接位置以及安裝定位等參數(shù)。

圖10 計算機編程輔助建模

圖11 安裝效果圖

4. BIM技術(shù)在異型金屬屋面工程中的應用

寧波奧體中心綜合館屋面金屬板幕墻工程面積約為25859m2;屋面幕墻工程由直立鎖邊屋面子系統(tǒng)與開放式裝飾鋁單板子系統(tǒng)組成。其中屋面工程包含12287塊大小不同的多邊形組成，曲面造型復雜，定位點多，安裝控制點多大2萬多個，板塊尺寸各不相同。BIM技術(shù)的應用使得多種類,多規(guī)格,定位難度大,下料尺寸多的空間異型項目的施工，定位，加工難度大大降低，大大縮短施工周期，有效節(jié)約施工成本。通過BIM模型提取構(gòu)件編號信息加工信息,有效的避免數(shù)據(jù)丟失數(shù)據(jù)錯亂，減少從設計到加工各個環(huán)節(jié)中的材料浪費。

圖12 效果圖

圖13 屋面系統(tǒng)效果圖

通過BIM技術(shù)按照構(gòu)造系統(tǒng)對主檁條和次檁條參數(shù)化建模，通過BIM模型提取主龍骨關(guān)鍵位置控制點，將控制點轉(zhuǎn)換為空間坐標值，通過全站儀對控制點進行精 確放樣，保證龍骨安裝的準確性，通過BIM模型提取龍骨編號,長度,半徑,打孔位置等參數(shù)在工廠進行加工，通過定位點在現(xiàn)場進行吊裝。通過BIM技術(shù)指導加工施工保證了加工,安裝準確性，提高了施工效率，有效縮短施工周期，降低施工成本。

圖14檁條BIM模型以及定位

利用BIM技術(shù)對屋面開放式裝飾鋁單板系統(tǒng)進行參數(shù)化建模。基于屋面主次檁條BIM模型搭建裝飾鋁單板BIM模型;根據(jù)幕墻分割線搭建鋁板骨模型，搭建鋁板BIM模型;對所有構(gòu)件進行編號提取加工尺寸進行加工，提取控制點定位數(shù)據(jù)，根據(jù)點位進行放樣定位。運輸?shù)浆F(xiàn)場后按照編號進行快速安裝。

圖15鋁板BIM模型

圖16編號以及數(shù)據(jù)提取

圖17施工效果

5. BIM技術(shù)在異型清水混凝土結(jié)構(gòu)設計施工過程中的應用

寧波奧體中心游泳館跳水池擁有9個跳臺，其中包括2個1m跳臺，3個2.6m板臺，1個3m跳臺，1個5m跳臺，1個7.5m跳臺以及1個10m跳臺。其中跳臺為空間多曲面清水混凝土空腔結(jié)構(gòu)，空間感強，成型要求高，施工難度大。

圖18 跳臺BIM模型

利用BIM技術(shù)針對設計的空間定位坐標進行三維建模，通過BIM模型提取不同標高位置處的橫截面，根據(jù)橫截面與標高制作相應模板支模。

圖19 橫截面控制框架

圖20 曲面控制框架

圖21 現(xiàn)場支模

圖22 模板內(nèi)外效果

圖23 模型與完工效果對比

三.BIM技術(shù)帶來的實際效益

1、BIM技術(shù)在復雜幕墻工程中的應用，進行合理的分格和形體優(yōu)化，利用平板擬合雙曲面造型，明顯降低成本材料成本與施工成本;

2、BIM技術(shù)在復雜幕墻工程中的應用，相比傳統(tǒng)方法，減少現(xiàn)場加工量，所有構(gòu)件均在工廠批量化加工有效縮短施工工期，提高構(gòu)件成品率;

3、BIM技術(shù)在復雜幕墻工程中的應用，通過BIM技術(shù)指導幕墻工程施工，做到空間定位參數(shù)化信息化，批量化，保證了形體造型，幕墻工程構(gòu)建參數(shù)化誤差值控制在5mm以內(nèi)，空間尺寸誤差率控制在3%以內(nèi);

4、BIM技術(shù)在復雜幕墻工程中的應用，各成品構(gòu)件運至直接安裝，有效節(jié)約人工成本。

5、BIM技術(shù)在復雜幕墻工程中的應用，設計階段與結(jié)構(gòu)、安裝、暖通、景觀設計協(xié)調(diào)，杜絕了不同專業(yè)之間的沖突，將可能發(fā)生的為題在設計階段提前解決，基本上消 除了施工過程中的設計變更，減少材料浪費;

在幕墻行業(yè)，我們需要不斷探索新的應用模式，將中國強大的機械工業(yè)信息技術(shù)，通過BIM技術(shù)引入到建筑行業(yè);提高協(xié)同效率，減少在幕墻設計，施工過程中的資源浪費;提高幕墻施工質(zhì)量，縮短施工周期，降低施工成本;在基建狂魔的道路上探索出一條低成本，高 效率，高質(zhì)量具有中國特色的光明大道。

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作者：胡正平　徐增建來源：中國幕墻網(wǎng)2019年會論文集

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