BIM技術(shù)在幕墻工程中的應(yīng)用

蔡金生 王旭東 彭 镈 李冰川 五冶集團(tuán)裝飾工程有限公司

1 工程概況

成都露天音樂公園項目具有目前國內(nèi)同類型已建成的最大的穹頂天幕。項目包含5個主題音樂劇場，主舞臺建筑面積14400m2，建筑最高處達(dá)52m，跨度180m，可同時容納4.7萬人觀演。幕墻工程主要由四棱錐體雙曲面鋁板幕墻（圖1）和魚鱗疊加鋁板屋面（圖2）兩個獨立的幕墻單元組成。

圖1 四棱錐雙曲面鋁板幕墻

圖2 魚鱗疊加鋁板屋面

2 BIM應(yīng)用背景

本工程的鋁板幕墻為倒置四棱錐雙曲面幕墻系統(tǒng)，有別于一般的平面幕墻和單曲面幕墻。每個單元板塊均由兩個半錐體組成，每個半錐體的尺寸大小、彎折角度均為變值，加工、安裝易出現(xiàn)錯誤，導(dǎo)致返工的情況發(fā)生，工程的成本目標(biāo)、質(zhì)量目標(biāo)無法保證。同時，在傳統(tǒng)的幕墻施工中，幕墻板塊的下料加工需在建筑結(jié)構(gòu)或鋼結(jié)構(gòu)等支撐體系完成后現(xiàn)場實際測量才可進(jìn)行組織，無法滿足工程的進(jìn)度目標(biāo)。

3 Rhino+Grasshopper在項目施工階段中的應(yīng)用

在設(shè)計模型基礎(chǔ)上，深化設(shè)計運(yùn)用Rhino+Grasshopper可視化設(shè)計、參數(shù)化調(diào)整，對幕墻連接構(gòu)件模型進(jìn)行了兩次深化，最終將連接構(gòu)件深化為萬向調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)盤，將雙曲面上的四棱錐幕墻板塊四個腳點優(yōu)化為共面，保證了四棱錐鋁板幕墻的安裝和調(diào)節(jié)，大大減小了施工難度，提高了現(xiàn)場安裝效率。

幕墻連接構(gòu)件初始深化方案（圖3）為方形鋼板，采用350mm×350mm×10mm的方形鋼板組成，加工成型的方形鋼板與鋁合金連接件拴接后進(jìn)行鋁板安裝。初始方案的優(yōu)點是加工簡單，安裝方便，施工速度快。通過現(xiàn)場打樣后發(fā)現(xiàn)該方案的缺點為現(xiàn)場加工質(zhì)量難把控，可調(diào)節(jié)性較小，較難滿足現(xiàn)場施工需求，外觀效果較差。

圖3 幕墻連接構(gòu)件初始深化方案

通過運(yùn)用Rhino+Grasshopper可視化參數(shù)控制對幕墻連接構(gòu)件模型進(jìn)行再次深化結(jié)合現(xiàn)場打樣，將幕墻連接構(gòu)件深化為橢圓形鋼板，采用10mm厚鋼板為基礎(chǔ)板+調(diào)節(jié)柱￠102mm和￠114mm圓管+10mm厚橢圓形組成，加工成型的橢圓形鋼板與駁接支座拴接后進(jìn)行鋁板安裝。該方案（圖4）相比初始方案更能滿足駁接支座萬向調(diào)節(jié)的特點，便于把控鋁板安裝精度，且滿足現(xiàn)場施工需求，外觀效果好。

圖4 幕墻連接構(gòu)件最終深化方案

4 Revit+Dynamo在項目施工階段中的應(yīng)用

4.1 利用Revit+Dynamo在幕墻工程施工中的應(yīng)用

4.1.1 鋁板幕墻的加工

鋁板幕墻系統(tǒng)總體造型為雙曲面，由1743塊大小、角點定位都是變值的四棱錐鋁板單元組成。深化設(shè)計人員首先對Rhino+Grsshopper劃分好的網(wǎng)格模型進(jìn)行空間參數(shù)提取，將空間參數(shù)導(dǎo)出至Excle文件，然后利用Dynamo的Excle數(shù)據(jù)導(dǎo)入節(jié)點進(jìn)行參數(shù)化建模，在Revit中生成與Rhino模型一致的網(wǎng)格模型（圖5），再通過創(chuàng)建可以精確控制四棱錐中心突起高度、尺寸等一系列空間定位參數(shù)的Revit自適應(yīng)參數(shù)化四棱錐鋁板族（圖6），將四棱錐鋁板族利用Dynamo放置在網(wǎng)格模型中（圖7），經(jīng)設(shè)計、現(xiàn)場技術(shù)人員共同核對無誤后，生成每個板塊的加工圖（圖8），同時將四棱錐鋁板加工單移交至鋁板加工廠家進(jìn)行鋁板加工（圖9）。

圖5 Dynamo生成網(wǎng)格模型

圖6 Revit創(chuàng)建參數(shù)化四棱錐鋁板族

圖7 Dynamo布置四棱錐鋁板模型

圖8 Revit生成四棱錐鋁板加工圖紙

圖9 四棱錐鋁板加工

4.1.2 鋁板幕墻的安裝

在四棱錐鋁板幕墻安裝前，技術(shù)人員利用Revit+Dynamo對1743塊四棱錐鋁板幕墻的每個安裝節(jié)點進(jìn)行三維模擬定位，從模型提取坐標(biāo)點位（圖10），現(xiàn)場測量人員將得到的安裝點位導(dǎo)入全站儀，確定骨架安裝起點，指導(dǎo)現(xiàn)場安裝工作（圖11），提高其準(zhǔn)確性和施工效率。

圖10 四棱錐鋁板安裝點位

圖11 現(xiàn)場安裝情況

4.2 利用Revit+Dynamo在屋面魚鱗疊加鋁板工程施工中的應(yīng)用

成都露天音樂公園項目幕墻工程中，屋面魚鱗疊加鋁板系統(tǒng)由3340塊四個角點距離鋼結(jié)構(gòu)高度均為變值的鋁板組成，同時鋁板之間的排布方式為雙向瓦片疊加，總體造型為雙曲面。運(yùn)用Revit+Dynamo創(chuàng)建每塊鋁板并精確排版（圖12），統(tǒng)計鋁板工程量，生成鋁板加工圖，供工廠預(yù)制加工。

圖12 Revit+Dynamo快速排版

5 結(jié)束語

基于“倒置四棱錐雙曲面鋁板”幕墻系統(tǒng)，通過BIM技術(shù)應(yīng)用，可以更好地理解設(shè)計意圖，能快速地進(jìn)行幕墻深化設(shè)計、構(gòu)件出圖。通過制作安裝模擬動畫可準(zhǔn)確地進(jìn)行可視化技術(shù)交底，通過提取相應(yīng)的定位點來輔助幕墻安裝，極大程度地滿足了該幕墻系統(tǒng)的施工需求，取得了良好的施工效果、提高了施工效率。BIM技術(shù)與幕墻施工技術(shù)結(jié)合在成都露天音樂公園項目取得了較好的經(jīng)濟(jì)效益和社會影響力，該技術(shù)可以進(jìn)一步推廣到各種異形建筑幕墻系統(tǒng)施工之中。