基于BIM 技術的曲面幕墻施工研究

王春暉 張海軒 王有為

中國建筑第七工程局有限公司（450000）

現階段國內的幕墻設計以AutoCAD 二維平面設計方法為主， 面對建筑藝術性要求的不斷提高，二維平面設計面臨效率低下、質量不達標、工期不滿足等多重困難。 很多項目的設計構思也較為奇特，展現了百花齊放的建筑造型，這種項目的設計造型復雜多變、設計難度大，對施工質量的要求更加嚴格，傳統的二維平面設計方法已不能滿足此類項目的設計及施工要求。 通過分析研究，利用三維掃描技術復核現場，采用BIM 技術建模、模擬和實現材料快速下單、批量生成施工圖紙，利用全站儀定位、安裝幕墻基層龍骨及面板，既滿足了設計復雜造型的要求，又可縮短工期，提高工效，提高企業在異形幕墻項目建設中的影響力。

1 曲面幕墻的現場復核

幕墻是一種依附于主體結構上的圍護結構，曲面藝術的表達對施工精度要求較高，這就需要幕墻專業對建筑結構主體進行現場復核。傳統的測量工藝很難實現這一需求，而BIM 技術可通過三維掃描建筑主體獲得工程信息。

三維激光掃描儀是光、電結合的快速測量儀器。儀器通過發射激光和接收反射回來的激光，形成點云文件，通過BIM 技術的處理，可以迅速地形成模型。三維激光掃描儀還能快速測量現場結構施工尺寸， 在Rhino 等BIM 軟件中剖切點云及逆向生成幾何圖形，快速復核現場施工偏差，形成相應的校核報告，準確地還原現場實際尺寸，更好地指導現場施工，有效地縮短了復核現場的時間，極大地提高了復核的準確性。

曲面幕墻工程在深化設計前需開展三維激光掃描工作，以快速地獲取現場結構施工尺寸，對比理論模型，校核前期施工誤差，為深化設計提供基準。 在項目施工過程中，對重要幕墻構件（龍骨、面板）進行三維掃描，快速校核施工偏差，對不滿足施工偏差的部分進行反饋并及時整改， 從而保證整個項目的施工質量[1]。

2 曲面幕墻的生產加工

曲面幕墻的面板均依賴于工廠化生產， 板塊的分割、加工都需要實現可視化，更要實現成果的共享，以使設計方、業主方及生產廠商都能夠很好地理解和溝通。 通過BIM 模型的深化可以實現立體圖的展現，便于各方的討論和決策。 施工單位也可通過BIM 模型實現材料快速下單、批量導出施工圖紙，相對于傳統方式，縮短了下單周期，提高了下單的準確性，實現了BIM 的價值最大化。

Rhino 是一款超強的多維BIM 建模軟件，更是一款高精度、 高效率的信息處理軟件。 Grasshopper是基于Rhino 軟件平臺開發的參數化建模軟件，具有模塊化編程、參數化、超強數據處理能力的特點。曲面幕墻的BIM 建模可基于這兩款軟件進行參數快速搭建，包括龍骨、主要連接構件、面板等，精細的幕墻模型可以作為后期下單和出圖的依據。

在設計和深化階段， 主要使用 Rhino 及Grasshopper 快速搭建幕墻精細化模型，包括基層龍骨、轉接結構、主要連接構件以及面板，必要時對曲面進行優化， 以節省幕墻面板的加工費用。 基于Rhino 及Grasshopper 搭建的精細化模型，是幕墻構件1∶1 的數字化建造， 且通過三維掃描與現場結構相匹配， 故具有直接可施工的特性。 使用Grasshopper 模塊化編程，快速導出面板、龍骨的加工數據及下單圖紙、構件安裝定位圖紙，指導工廠生產及現場施工。

3 曲面幕墻的排版編碼

要確保曲面幕墻實現預期的效果，就要對每一個板塊進行定尺、定形加工，并科學地進行編碼，合理地安排加工批次，以滿足現場施工進度要求。 使用EBIM 平臺進行模型下單， 可實現二維碼物料跟蹤、現場問題實時反饋，極大提高了現場問題處理效率。 EBIM 是一個BIM 平臺，可以將各專業的模型整合到平臺中，實現模型輕量化、多平臺查看模型、全員使用BIM 模型、二維碼物料追蹤、現場施工問題及時反饋和跟蹤等功能。

基于全員全過程運用BIM 的理念，將幕墻模型導入EBIM 平臺中，將模型輕量化的同時保留了幕墻構件的幾何與非幾何信息（尺寸定位、配置等）。施工項目團隊使用低配置電腦、手機App 便可以查看模型，同時，基于二維碼技術的物料跟蹤可以快速反映材料的下單、加工、到場、安裝及驗收狀態，施工管理人員可更好地對現場材料進行部署。

4 曲面幕墻的施工定位

現場施工中，很容易出現各專業“不兼容”的現象，如幕墻預埋件與結構沖突、機電通風口的位置與幕墻百葉的定位不一致，這些都需要各專業采用共同的一個標準，確保各自的施工測量精度。 一個工程一個BIM 模型，設計過程中就可模擬碰撞。 施工中通過共同的模型導出準確的施工定位坐標，使用全站儀精準定位，可確保幕墻面板的安裝位置準確、造型流暢。

基于精細化的BIM 模型，通過Grasshopper 編程的手段， 從模型導出數據表格及生成圖紙與標注，按照下單規范對數據和圖紙進行簡單整理后即可實現快速下單及交付現場施工。

幕墻的造型復雜，各專業、各系統間的交接及空間關系錯綜復雜，必然存在一定的錯漏碰缺。 將幕墻模型與建筑、結構、機電等專業的模型整合到一起，使用Navisworks 快速檢查碰撞問題并導出相應的圖紙與報告，與相關單位共同協調處理，避免了大量的現場整改。

5 BIM 技術的應用效益

1）質量效益:基于BIM 精細化模型，幕墻構件的加工、安裝定位數據精準，加工和安裝都保持極高的精度，相比于傳統的CAD 模式，施工精度與質量都得到極大的保證。

2）工期效益:BIM 技術具備高效性的優勢，以最短的時間獲取極高的效率，在快速下單、批量出圖以及現場高效校核等技術的運用，縮短了復核現場、幕墻系統下單的時間，提高了曲面幕墻的加工與安裝精度，減少了現場的變更。

3）環保效益:基于BIM 模型導出的幕墻構件具有準確性的特點，設計下單時對相應的材料進行策劃和方案優化， 配以準確的加工數據進行加工；在施工安裝中， 同樣以準確的定位數據和圖紙為參照，整個下單、加工、生產安裝的流程中最大限度地避免了材料浪費。

4）社會效益:通過運用三維掃描、參數化下單及出圖、二維碼物料追蹤、EBIM 平臺現場智能化管理，可取得較大的經濟效益，很好地完成復雜造型面板的設計及施工，獲得建設單位的肯定，提高企業在異形幕墻項目建設中的競爭力，對類似項目具有借鑒作用。

5）經濟效益:常規項目中，幕墻專業在材料下單、施工圖深化階段，若采用傳統平面CAD 的設計辦法，至少需要6 名幕墻設計人員才能滿足施工要求，且并很難達到協同工作的狀態；而采用BIM 設計方法，只需要1 名幕墻設計人員、1 名BIM 技術負責人和1 名BIM 工程師。 采用BIM 技術導出龍骨定位坐標圖，優化了原有定位方案，在安裝龍骨時每組人員可以減少2 個輔助定位工人。從BIM 模型中導出基層龍骨的詳細尺寸， 優化材料長度規格，最大限度減少余料廢料，至少節省2%龍骨提料。

6 BIM 技術在幕墻施工領域的發展趨勢

信息技術的快速發展，使得BIM 技術給建筑業帶來了新的革命， 未來將實現高水平的虛擬建造，以滿足建筑全生命周期的維護管理。 幕墻作為建筑遮風擋雨的外衣，必然要給物業管理提供建筑物的綜合情況，從而實現智慧化管理。

未來，基于云網絡的無線傳感技術將在幕墻上普及。 將監控、電子傳感器等電子設備內置于幕墻上，對幕墻的熱傳遞、使用壽命等情況進行監控，以便于工程師及時了解情況。 單元式幕墻將進一步得到完善，BIM 技術推動工廠化定制生產。

在建筑領域的幾大專業中，幕墻的機械化程度將會更高，虛擬建造技術將會得到更好的應用。 未來的設計必然是三維的天下，BIM 技術也將會與時間等維度深入結合，在模擬建造、能耗分析等領域再做突破。 而曲面幕墻由于其本身的特點，需要在設計單位、建設單位、施工單位和生產加工商之間形成一種有效的展示交流平臺，BIM 技術的應用也會成為一種必然。