建筑BIM參數化技術在異形曲面幕墻設計與施工中的應用

陳舜飛

摘 要 異形曲面幕墻具有現代抽象感與外觀新穎感，給人一種身處奇幻境界的感覺。同時建筑BIM技術出現和發展也為建筑師的各種建筑構想提供了行業實踐，使異形建筑幕墻的建筑物能夠更好發揮最佳的藝術效果，是現代抽象主義異形曲面建筑的顯著特征。異形曲面幕墻的特點是工程存在較多角度旋轉，整體結構特殊，造型復雜無規律，并且建筑截面尺寸大小不一，造就建筑空間高度各不相同。建筑整體造型由多個曲面層疊組合而成，形成大量交接弧曲部位，而這些部位為異形曲面建筑幕墻特點。

關鍵詞 建筑;BIM參數;曲面;幕墻

引言

參數化是 BIM 特點之一，通過參數化，設計師能夠運用參數有效地完成建筑幕墻設計，同時也能夠為用戶直接獲取項目信息，減小了業主與設計師間的交流障礙。歐洲城商業體幕墻工程設計和施工階段，利用 BIM 模型參數化技術，通過幕墻、土建、鋼結構和施工在模型中的整合，進行各專業協調設計，大大減少了材料加工和施工安裝過程中的變更返工。

1建筑異形曲面幕墻總體分析

異形曲面構件式幕墻模型深化設計異形曲面構件式幕墻系統，其外觀裝飾線條造型獨特，內部結構構造復雜，需要復雜內部空間結構支撐。龍骨作為空間結構的主要支撐構件，同時也是幕墻系統最主要的受力構件，龍骨安裝定位的精準度決定了整個幕墻質量的優劣。將幕墻龍骨通過BIM建模，可直觀地展示幕墻龍骨整體造型，異形部位變化趨勢，體現龍骨之間的搭接配合，幕墻龍骨與主體鋼結構之間的定位關系，轉角交界部位處理等信息。對系統節點進行可視化模擬，可視化是BIM應用的一種有效方式，不僅能夠進行幕墻系統的三維模擬，實現轉折交接部位的可視化，還可以模擬各材料的安裝過程和邏輯配合順序，從而對幕墻系統設計進行反饋優化。因此，異形曲面構件式幕墻的深化設計常采用GH。GH不僅具有參數化及強大的曲面建模功能，還可以快速地完成模型創建并能夠導出材料信息[1]。

2建筑幕墻模型創建

在構建建筑模型時，為了能夠最大限度地貼合建筑效果且滿足幕墻設計施工及其加工要求，全過程采用 Rhino參數化設計。以兩根建筑輪廓控制線為基準，此設計分格原則為美學要求，也符合建筑原生板材規則。在建模過程中經過多次調整達到比較完美的效果。根據設計要求，利用Rhino&GH參數化對立面進行分格劃分，盡量控制板塊的模數，使每個板塊都能滿足設計及加工要求。通過BIM軟件對建筑外立面進行模數化分格劃分是BIM最常用的技術之一，建筑表皮分格劃分也是為建筑表皮曲率分析確定依據。犀牛Rhino的優點在于強大的曲面建模能力和準確的數據計算功能，有利于異形曲面建筑幕墻的建立，是實現幕墻參數化設計的手段之一[2]。

3參數化加工、施工數據

實體模型的建立，并不僅僅是如效果圖般給人一種直觀的視覺效果，更重要的是實體模型中需要含有大量的數據信息。 這種數據可以涵蓋設計、加工、檢驗、施工、驗收等全過程。

（1）材料加工數據的提取。由于歐洲城表皮空間扭曲的原因，再加上鋁板表皮“以折線代替曲線”的實現方式，基本每塊鋁板都會有很小的尺寸和角度偏差。如果按照普通的材料提取方式，現場需要測量多個控制尺寸，無疑會浪費大量的精力。 實體模型中自帶的數據信息，可以讓材料加工尺寸按照實體模型中的編號順序實現Excel表格形式的導出。

（2）現場測量、安裝定位的依據。根據信息化數據模型，設計人員提供幕墻主龍骨的理論三維坐標點，根據現場放樣反饋土建的偏差，通過偏差值重新對土建結構進行建模以及龍骨的二次定位，依此達到精確安裝。

（3）工廠化制作、現場安裝的基礎。通過參數化的 BIM 模型， 批量提取加工數據，并對構件進行編號， 最終生成一張加工圖對應一批加工數據的形式， 為車間加工及現場安裝提供了數據基礎。 這種方式簡單、高效、快捷、準確，對異形空間幕墻數據的提取提供了極大的幫助.

4建筑幕墻模型指導施工

4.1 材料信息提取及材料提取加工

異形幕墻折線多，交接部位多且復雜，故采用參數化方法對材料信息進行批量提取，保證交接部位準確吻合。具體實際設計過程中是通過犀牛Rhino創建幕墻模型，生成建筑幕墻實體模型。在Rhino中將三維模型設置在 Perspective 視圖中，采用 Orient3Pt 命令，通過三點定位方式，定位到基準平面;在TOP視圖中采用Make2D，生成三視圖，導出DWG文件，從而生成加工圖。建模過程中生成的參數和構件實體模型都可用于生成數控加工的型材模型（STP文件），此模型可以通過“導出幾何體”程序直接獲得，也可以先導出Catia文件，然后用“格式轉換”程序轉換成STP文件。幕墻生產車間根據型材模型利用數控機床加工型材，大大減輕了工藝圖出圖工作量，提高了加工效率及準確性。

4.2 材料跟蹤管理

異形曲面幕墻的遞進式倒退造型決定了工程中沒有相同的板塊，面對數以萬計的面板材料，材料管理成了難題。基于材料跟蹤管理系統結合BIM軟件形成“互聯網+BIM”的技術，實時更新各個環節的材料狀態，根據材料的安裝信息，將現場進度實時反映在BIM模型中。利用無人機進行空中航拍形成全景影音資料，方便與BIM模型進行比對，以便確定模型與現場進度絕對統一，對工程進度有更為直觀的了解，對項目設計與施工實施動態調整。采用這種管理方式實現了對材料高效化、科學化、智能化的管理。

5結束語

為了適應新的國家戰略形勢，是配合地區新舊動能轉換，促進構建技術升級，推動建筑行業快速發展，相關從業人員要主動積極推廣建筑BIM參數化技術，把BIM參數化技術更多的應用于實際復雜工程之中。積極探索主動拓展積極配合使用三維激光掃描儀、VR技術、3D打印等先進儀器設備;完善并加強“互聯網+BIM參數化技術”，逐步搭建適合幕墻工程的BIM構建平臺。實現協同的項目管理和全生命周期的數據信息管理;打造“BIM+智慧工廠”，實現模擬設計與智能工廠的無縫對接，提高異形曲面幕墻設計、施工及其各種材料構配件生產效率和整體質量，最終建造出完美的異形曲面建筑幕墻產品。

參考文獻

[1] 雷淵.BIM在建筑工程管理中的應用實踐[J].建筑學研究前沿，2018，（33）：356.

[2] 任江，王嘯波，郭娜.BIM在建筑工程生命周期的理論研究[C].BIM與工程建設信息化——第三屆工程建設計算機應用創新論壇.BIM與工程建設信息化——第三屆工程建設計算機應用創新論壇論文集.北京：中國航空規劃建設發展有限公司，2011：237-243.