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一.引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高，建筑設(shè)計(jì)方法、設(shè)計(jì)理念的革新以及施工技術(shù)的進(jìn)步，建筑幕墻從單一化、規(guī)整化向多元化、復(fù)雜化發(fā)展，許多建筑表皮呈現(xiàn)為無(wú)規(guī)則的異形形態(tài)。越來(lái)越復(fù)雜的異型表皮造型給設(shè)計(jì)、施工帶來(lái)了一系列難題，傳統(tǒng)的二維軟件已無(wú)法滿(mǎn)足此類(lèi)工程的設(shè)計(jì)、材料加工、放線定位和現(xiàn)場(chǎng)安裝等要求，需要借助三維參數(shù)化模型來(lái)實(shí)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(shè)計(jì)的發(fā)展，使得設(shè)計(jì)、施工、乃至整個(gè)建筑工程施工質(zhì)量和施工效率有了顯著提高，對(duì)于整個(gè)建筑行業(yè)來(lái)說(shuō)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(shè)計(jì)施工過(guò)程中的應(yīng)用

1. BIM技術(shù)在異型采光頂設(shè)計(jì)階段運(yùn)用

在空間異型項(xiàng)目中，傳統(tǒng)的二維軟件已經(jīng)無(wú)法滿(mǎn)足此類(lèi)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，加工，定位，安裝等要求，通過(guò)BIM技術(shù)的介入，實(shí)現(xiàn)三維可視化建模，指導(dǎo)設(shè)計(jì)出圖。并且在設(shè)計(jì)階段進(jìn)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(lái)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(yùn)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(shè)計(jì)階段就需要對(duì)幕墻進(jìn)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(guó)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(duì)原模型進(jìn)行翹曲只分析，控制翹曲值范圍，通過(guò)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(hào)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(yùn)用

空間異型幕墻施工過(guò)程中定位復(fù)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(diǎn)種類(lèi)繁多，沒(méi)有規(guī)律，測(cè)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(diǎn)數(shù)據(jù)通過(guò)點(diǎn)位數(shù)據(jù)進(jìn)行精 確定位放樣，在后期施工過(guò)程中進(jìn)行精 確安裝。在異型幕墻工程中材料種類(lèi)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(duì)下料帶了挑戰(zhàn);BIM技術(shù)的介入使得下料簡(jiǎn)單化,批量化，并且準(zhǔn)確率得到很大的提升;通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行參數(shù)化建模，利用BIM模型批量提取構(gòu)件編號(hào)以及加工參數(shù)，在安裝過(guò)程中通過(guò)構(gòu)件編號(hào)進(jìn)行精 確安裝。通過(guò)BIM技術(shù)指導(dǎo)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(xiàng)目中的應(yīng)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(fù)雜，幕墻總面積13315㎡。其中玻璃種類(lèi)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?jī)蓧K陶板之間通過(guò)插芯進(jìn)行裝配組合，形成一個(gè)安裝單元。

圖4 工程效果圖

圖5 定位點(diǎn)以及坐標(biāo)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(lèi)多，規(guī)格尺寸多，陶板與陶板之間通過(guò)鋁合金插芯進(jìn)行規(guī)律性裝配，插芯通過(guò)連接件與橫梁進(jìn)行連接;如果人為手動(dòng)一個(gè)板塊一個(gè)板塊進(jìn)行處理，將嚴(yán)重影響施工周期，而且工作量大;通過(guò)計(jì)算機(jī)VB編程處理，用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言驅(qū)動(dòng)軟件進(jìn)行BIM模型的搭建自動(dòng)判斷陶土板以及插芯的尺寸長(zhǎng)度，裝配類(lèi)型，連接位置以及安裝定位等參數(shù)。

圖10 計(jì)算機(jī)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(yīng)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(kāi)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(fù)雜，定位點(diǎn)多，安裝控制點(diǎn)多大2萬(wàn)多個(gè)，板塊尺寸各不相同。BIM技術(shù)的應(yīng)用使得多種類(lèi),多規(guī)格,定位難度大,下料尺寸多的空間異型項(xiàng)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(guò)BIM模型提取構(gòu)件編號(hào)信息加工信息,有效的避免數(shù)據(jù)丟失數(shù)據(jù)錯(cuò)亂，減少?gòu)脑O(shè)計(jì)到加工各個(gè)環(huán)節(jié)中的材料浪費(fèi)。

圖12 效果圖

圖13 屋面系統(tǒng)效果圖

通過(guò)BIM技術(shù)按照構(gòu)造系統(tǒng)對(duì)主檁條和次檁條參數(shù)化建模，通過(guò)BIM模型提取主龍骨關(guān)鍵位置控制點(diǎn)，將控制點(diǎn)轉(zhuǎn)換為空間坐標(biāo)值，通過(guò)全站儀對(duì)控制點(diǎn)進(jìn)行精 確放樣，保證龍骨安裝的準(zhǔn)確性，通過(guò)BIM模型提取龍骨編號(hào),長(zhǎng)度,半徑,打孔位置等參數(shù)在工廠進(jìn)行加工，通過(guò)定位點(diǎn)在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行吊裝。通過(guò)BIM技術(shù)指導(dǎo)加工施工保證了加工,安裝準(zhǔn)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(duì)屋面開(kāi)放式裝飾鋁單板系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)化建模?；谖菝嬷鞔螜_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(duì)所有構(gòu)件進(jìn)行編號(hào)提取加工尺寸進(jìn)行加工，提取控制點(diǎn)定位數(shù)據(jù)，根據(jù)點(diǎn)位進(jìn)行放樣定位。運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場(chǎng)后按照編號(hào)進(jìn)行快速安裝。

圖15鋁板BIM模型

圖16編號(hào)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(shè)計(jì)施工過(guò)程中的應(yīng)用

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

圖18 跳臺(tái)BIM模型

利用BIM技術(shù)針對(duì)設(shè)計(jì)的空間定位坐標(biāo)進(jìn)行三維建模，通過(guò)BIM模型提取不同標(biāo)高位置處的橫截面，根據(jù)橫截面與標(biāo)高制作相應(yīng)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(chǎng)支模

圖22 模板內(nèi)外效果

圖23 模型與完工效果對(duì)比

三.BIM技術(shù)帶來(lái)的實(shí)際效益

1、BIM技術(shù)在復(fù)雜幕墻工程中的應(yīng)用，進(jìn)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(fù)雜幕墻工程中的應(yīng)用，相比傳統(tǒng)方法，減少現(xiàn)場(chǎng)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(fù)雜幕墻工程中的應(yīng)用，通過(guò)BIM技術(shù)指導(dǎo)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?xún)?nèi)，空間尺寸誤差率控制在3%以?xún)?nèi);

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

5、BIM技術(shù)在復(fù)雜幕墻工程中的應(yīng)用，設(shè)計(jì)階段與結(jié)構(gòu)、安裝、暖通、景觀設(shè)計(jì)協(xié)調(diào)，杜絕了不同專(zhuān)業(yè)之間的沖突，將可能發(fā)生的為題在設(shè)計(jì)階段提前解決，基本上消 除了施工過(guò)程中的設(shè)計(jì)變更，減少材料浪費(fèi);

在幕墻行業(yè)，我們需要不斷探索新的應(yīng)用模式，將中國(guó)強(qiáng)大的機(jī)械工業(yè)信息技術(shù)，通過(guò)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(shè)計(jì)，施工過(guò)程中的資源浪費(fèi);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(guó)特色的光明大道。

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作者：胡正平　徐增建來(lái)源：中國(guó)幕墻網(wǎng)2019年會(huì)論文集

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