BIM在復(fù)雜異形金屬屋面工程中的應(yīng)用探究

陳慧

（上海藍(lán)天房屋裝飾工程有限公司 上海 200000）

1 BIM在金屬屋面工程與應(yīng)用中需要解決的問(wèn)題

1.1 深化CAD過(guò)程

在復(fù)雜異形金屬屋面的施工工程中應(yīng)用BIM技術(shù)，可以清晰了解屋面結(jié)構(gòu)的各個(gè)構(gòu)造，及時(shí)發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題。例如施工人員在設(shè)計(jì)CAD圖紙中，比如弧形天溝的底部便處于變化的過(guò)程中，此時(shí)施工人員應(yīng)找到天溝各點(diǎn)的高度變化情況，而引入BIM技術(shù)則可以更好的解決此問(wèn)題。

1.2 概念方案轉(zhuǎn)化為實(shí)施方案

施工期間，工作人員應(yīng)將概念設(shè)計(jì)階段的模型轉(zhuǎn)化為實(shí)際實(shí)施的方案，但在擴(kuò)初設(shè)計(jì)階段，設(shè)計(jì)師會(huì)發(fā)現(xiàn)上述操作存在較大難度。對(duì)此，在細(xì)化模型過(guò)程中應(yīng)考慮調(diào)整概念模型，在充分的溝通后了解具體做法并實(shí)施。

1.3 保證協(xié)作效果

屋面主要在鋼結(jié)構(gòu)上鋪設(shè)，但實(shí)際施工過(guò)程中，鋼結(jié)構(gòu)會(huì)占用屋面結(jié)構(gòu)的位置，當(dāng)需要控制整體輪廓時(shí)，若施工人員沒(méi)有做好屋面施工與鋼結(jié)構(gòu)的協(xié)作工作，則無(wú)法保證鋼結(jié)構(gòu)模型、屋面構(gòu)造模型以及概念模型的有效結(jié)合，此時(shí)便應(yīng)引入BIM技術(shù)，確認(rèn)實(shí)施方案。

1.4 軟硬件

如8萬(wàn)m2的屋面固定支座會(huì)具有16萬(wàn)個(gè)。在此方面，軟件使用無(wú)法滿足顯示效果，即便配備在高端的硬件設(shè)施，效果也十分有限。對(duì)此，應(yīng)有效引入BIM技術(shù)，利用后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)完全顯現(xiàn)模型細(xì)部情況，并保存于后臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)中，當(dāng)查看復(fù)雜位置時(shí)進(jìn)行局部顯示，提升運(yùn)行效果。

1.5 流程與方法

將BIM技術(shù)引入復(fù)雜異形金屬屋面施工過(guò)程中，施工人員應(yīng)由設(shè)計(jì)階段開(kāi)始，嚴(yán)格遵循相關(guān)流程，包括應(yīng)在屋面覆蓋等分包項(xiàng)目中顯示設(shè)計(jì)問(wèn)題。以往采用2D模型設(shè)計(jì)施工圖，之后在建模檢查問(wèn)題，無(wú)法獲得預(yù)期的修補(bǔ)效果。而通過(guò)引入BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員可以利用3D概念與擴(kuò)初設(shè)計(jì)成果實(shí)現(xiàn)多方協(xié)調(diào)與施工，在解決問(wèn)題的過(guò)程中，延續(xù)良好的設(shè)計(jì)與施工效果。

2 深化設(shè)計(jì)流程

施工期間，工作人員應(yīng)格局施工圖與可實(shí)施的施工方案完成深化設(shè)計(jì)工作，在綜合分析的基礎(chǔ)上應(yīng)用BIM技術(shù)，完善設(shè)計(jì)流程。實(shí)際施工期間，工作人員應(yīng)結(jié)合異形金屬屋面的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)詳細(xì)的施工流程，以保證施工效果。

3 BIM技術(shù)的應(yīng)用

3.1 深化設(shè)計(jì)

施工人員應(yīng)在深化設(shè)計(jì)階段建立BIM深化模型，通過(guò)模型及時(shí)發(fā)現(xiàn)深化設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題，引入模型工具，并結(jié)合各方溝通意見(jiàn)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行解決，充分保證施工效率與屋面的施工效果。

3.2 優(yōu)化金屬屋面施工方案

建筑金屬屋面的施工方案會(huì)直接影響后期施工造價(jià)與施工技術(shù)，尤其是表皮分割方式與嵌板的平直度還會(huì)影響整體的施工成本。在設(shè)計(jì)施工方案時(shí)，工作人員應(yīng)確定表皮嵌板需要使用的施工材料，比如本次工程應(yīng)使用金屬鋁板，設(shè)計(jì)曲面造型，并預(yù)測(cè)會(huì)對(duì)后期產(chǎn)生的具體影響。

3.3 三維協(xié)同作業(yè)

結(jié)構(gòu)深化后的結(jié)構(gòu)構(gòu)件將直接影響屋面覆蓋件的工程質(zhì)量，因此在設(shè)計(jì)屋面造型時(shí)，施工人員應(yīng)與建筑表皮專業(yè)工作人員進(jìn)行充分的交流與溝通，期間表皮專業(yè)人員會(huì)指出具體的支撐點(diǎn)與吊點(diǎn)，確定預(yù)設(shè)埋件的數(shù)量與位置。最為關(guān)鍵的則是中間的協(xié)調(diào)工作，一旦出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)直接導(dǎo)致無(wú)法順利安裝表皮覆蓋件，或者無(wú)法保證覆蓋件的安裝精確性，加大了后期的修改難度，甚至還會(huì)違反最初的設(shè)計(jì)意圖，與原有設(shè)計(jì)理念存在較大偏差，降低了方案審圖效率。對(duì)此，協(xié)作期間應(yīng)充分了利用結(jié)構(gòu)深化模型或者建筑表皮深化模型，在保證數(shù)據(jù)信息準(zhǔn)確性與正確性的基礎(chǔ)上，統(tǒng)一模型設(shè)計(jì)方法。尤其在設(shè)計(jì)屋面鋼格柵時(shí)，當(dāng)鋼結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)高度超出標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，在施工人員應(yīng)在深化屋面時(shí)調(diào)整鋼格柵的安裝位置，利用Tekla軟件進(jìn)行結(jié)構(gòu)深化，或者利用Rhino或Revit軟件進(jìn)行協(xié)同工作。

3.4 統(tǒng)計(jì)金屬屋面構(gòu)件工程量

施工人員應(yīng)根據(jù)金屬屋面的實(shí)際構(gòu)造進(jìn)行建模，不同于常規(guī)的三維設(shè)計(jì)模式，BIM模型結(jié)合了管理思維，利用模型標(biāo)準(zhǔn)與編碼規(guī)則完成模型設(shè)計(jì)，并據(jù)此得到更多施工材料的工程量，準(zhǔn)確得到曲面部位的材料使用量。但這些均需要施工人員有效執(zhí)行建模工作，確保施工人員在內(nèi)部控制時(shí)準(zhǔn)確了解屋面構(gòu)造中大宗材料的使用工程量，以據(jù)此及時(shí)安排進(jìn)場(chǎng)材料與施工人員的調(diào)度工作。比如某工程在進(jìn)行屋面二次防水時(shí)，初步使用的二次防水板設(shè)計(jì)方案在折彎加工時(shí)并未考慮防水板的加工過(guò)程，分五步完成初步設(shè)計(jì)。但實(shí)際建模期間發(fā)現(xiàn)可以分三步完成建模，可以利用折彎邊與立邊的搭接安裝二次防水板，這樣便可以通過(guò)簡(jiǎn)化安裝流程為企業(yè)節(jié)省大量的人力與物力成本，提升了經(jīng)濟(jì)效益。

3.5 控制屋面輪廓

在表皮設(shè)計(jì)階段需要綜合使用建筑專業(yè)與結(jié)構(gòu)專業(yè)的相關(guān)知識(shí)，結(jié)構(gòu)工程師需要了解每塊平直嵌板的定位點(diǎn)與具體的數(shù)據(jù)信息。在利用有限元分析網(wǎng)架節(jié)點(diǎn)與節(jié)桿信息的結(jié)構(gòu)時(shí)，也可以采用導(dǎo)出信息的方法，比如在優(yōu)化調(diào)整建筑結(jié)構(gòu)時(shí)，可以為建筑師提供返回的節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)，重新生成表皮嵌板，在結(jié)構(gòu)師與建筑師的多次修改后，最終達(dá)到力學(xué)與美學(xué)的有效統(tǒng)一。在經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)與咨詢顧問(wèn)分析后，確定最終的設(shè)計(jì)方案，并分包至各個(gè)單位進(jìn)行深化實(shí)施，盡可能的執(zhí)行設(shè)計(jì)意圖，并確定實(shí)施方案，充分保證屋面結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)的協(xié)作性。除此之外，在金屬屋面工程施工期間引入BIM技術(shù)還可以解決成本高問(wèn)題，保證預(yù)算的合理性，為企業(yè)贏得更大的經(jīng)濟(jì)效益。

4 BIM在復(fù)雜異形金屬屋面工程中的應(yīng)用實(shí)例

4.1 項(xiàng)目背景

此項(xiàng)目為銅仁機(jī)場(chǎng)航站樓改擴(kuò)建工程，規(guī)劃建設(shè)用地面積為58000m2，總建筑面積11887.35m2，總高度為19.9m，地上二層，設(shè)計(jì)使用年限為50年。項(xiàng)目設(shè)計(jì)人員采用鳳凰轉(zhuǎn)世主題，機(jī)場(chǎng)曲面采用鋁板材料，翻轉(zhuǎn)曲面類似于佛教中的法螺，寓意生生不息。

4.2 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

①發(fā)現(xiàn)12處屋面天溝高度與結(jié)構(gòu)柱的干涉問(wèn)題；②檐口存在18處鋁復(fù)合板龍骨無(wú)法在結(jié)構(gòu)主體生根問(wèn)題；③屋面鋼格柵存在2處與主體鋼結(jié)構(gòu)的干涉問(wèn)題。

4.3 解決措施

通過(guò)BIM技術(shù)還原結(jié)構(gòu)網(wǎng)架模型，保證每個(gè)結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)的精確化。在建立結(jié)構(gòu)模型后，利用Grasshopper的數(shù)據(jù)控制功能初次排布固定尺寸的幕墻嵌板，確保擬合嵌板的固定點(diǎn)與結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)。之后二次優(yōu)化幕墻結(jié)構(gòu)，二次編寫Grasshopper源代碼，優(yōu)化幕墻與細(xì)部構(gòu)造中鋁單板的連接工作，保證鋁單板角點(diǎn)指向龍骨交點(diǎn)，保證邊緣與龍骨走向吻合，以確保連接構(gòu)件順利連接至龍骨。同時(shí)，利用Autodcsk360深化設(shè)計(jì)異形曲面檐口，定位檐口版的坐標(biāo)，并統(tǒng)計(jì)屋面底板、二次防水板以及面板材料的使用量，保證合理的勞動(dòng)力配置與工序安排，做好施工成品的檢測(cè)工作。

4.4 實(shí)施效果

通過(guò)引入BIM技術(shù)有效解決了工程問(wèn)題，并為企業(yè)節(jié)省約28萬(wàn)元，降低了施工成本。

5 結(jié)束語(yǔ)

金屬屋面工程應(yīng)用BIM技術(shù)時(shí)，應(yīng)由設(shè)計(jì)階段開(kāi)始，多個(gè)角度制造精細(xì)化的建筑表皮，并具體確認(rèn)檐口鋁板、鋼格柵、鋼結(jié)構(gòu)等部分的關(guān)系，明確每個(gè)構(gòu)件的精確尺寸與位置，從而最大程度實(shí)現(xiàn)精確控制，保證建筑工程效益的最大化。除此之外，還可以通過(guò)引入BIM技術(shù)模擬復(fù)雜曲線施工情況，以細(xì)部處理特殊節(jié)點(diǎn)，避免施工期間出現(xiàn)安裝與放樣問(wèn)題。