BIM技術在建筑幕墻施工中的應用研究

2021-03-30 23:41:35曾金竹

居業 2021年9期

曾金竹

(中建中新建設工程有限公司，北京 100000)

建筑幕墻由橫梁、立柱、鋼結構等支撐結構體系與玻璃、石材、金屬板等面材組成，與主體結構相比，其不發揮主體結構的作用，屬于建筑結構中的裝飾性結構。幕墻行業的發展，在世界上已經有數百年的歷史，與國外發達國家相比，我國建筑幕墻行業起步較晚，但好在起點高；通過引入國外先進技術裝備、加大自主研發力度、開發新產品、積極優化產業結構等措施，我國幕墻技術逐漸提升至行業領先水平發展。1984年，隨著北京長城飯店幕墻工程的落地，國內首次真正意義上接觸到幕墻設計施工技術，經過30多年的發展，我國的幕墻工程技術正穩步提升。現階段，由于城市化進程的快速發展，人們對居住環境的要求越來越高；且隨著土地面積銳減、人口日益遞增、社會產業多樣化的不斷發展，原有的建筑已無法滿足使用需求。為了滿足人們日益增長的生活，建筑行業需要在固有的土地上建設更多的建筑空間供人們使用，于是高層建筑由此誕生。為確保高層建筑的結構穩定性、延長其使用壽命、節約建設成本，現高層建筑多以框架結構、框剪結構、筒體結構為主，高層建筑中除居住建筑外的公共建筑多使用幕墻作為其外部圍護結構。

1 國內外研究現狀

1975年喬治亞理工學院的張克曼教授提出了BIM概念，作為一項新技術，BIM技術在建設項目的整體生命起著重要的作用，為建設單位、設計單位、施工單位等項目參與方帶來巨大的價值。它突破了專業、行業壁壘，意在打造協同與系統作業模式，促進項目管理思路多樣化、管理信息集成化、管理模式系統化。雖然目前我國建筑行業內，對BIM技術的二次開發及價值挖掘方面仍存在很多問題，但是在政府政策及行業主管部門的引導和支持下，BIM技術正在穩步向上發展著，并逐漸得到行業認可與推廣。

2 基于BIM模型的深化研究

幕墻工程中，設計階段幕墻結構配置材料的計算與施工階段加工圖的輸出尤為重要，施工單位需根據設計圖紙進行圖紙深化，輸出加工圖、施工圖、竣工圖等工程資料。傳統模式下所有涉及變更的信息均需通過二維圖紙進行表現，一旦發生變更，勢必會對工程周期造成影響，導致項目成本增加。

受傳統二維設計思維的制約，幕墻工程在施工過程中，會面臨諸多問題，其中少部分是由于施工現場不可預期因素導致的，大部分則是設計階段遺留至施工階段的，設計階段未發現或未解決的問題，輾轉至施工階段，從而增加施工難度，對項目整體工期造成影響。

施工階段，需結合現場實況對幕墻圖紙進行深化，使用SAP2000、Ansys等分析軟件對幕墻結構進行二次驗算。使用Rhino軟件對斜傾、雙曲、多曲等異形幕墻工程進行全系統建模，對幕墻表皮進行分析，針對復雜空間導出三維坐標數據，結合三維掃描儀輔助現場施工放線；同時，在Rhino軟件中對BIM模型進行面材編號，導出面材加工圖與三維數據，將三維數據導入DP中，輸出加工數據；使用Inventor軟件創建模具模型，輸出主材、特殊構件、面材開模圖；利用Revit軟件對二維圖紙未準確表達的復雜工藝節點或施工方案進行深化建模，通過Navisworks軟件進行模型輕量化，輸出三維動畫進行可視化交底，避免因交底不到位引發施工安全質量問題的出現。

通過對幕墻設計及這一系列BIM軟件的分析研究，結合工程實例進行應用，在幕墻工程施工階段推廣應用BIM技術，利用BIM系列的軟件與加大對BIM技術的二次開發。對幕墻工程施工企業而言，項目推廣應用BIM技術，能夠輸出一套完整全面且成系統的過程問題解決方案與工程資料，對降低深化成本，提高深化及施工效率，輔助開展項目竣工驗收、結算等工作都有很大幫助。此外，施工階段BIM技術所輸出的模型及各類數據信息除供施工階段使用外，還可導入建筑管理平臺留存，供建筑后期運營維護使用。

3 幕墻三維設計分析

在傳統的工程方案設計中，建筑主體結構圖紙繪制完成后，才可進入機電、給排水、幕墻裝飾等專業的設計，設計周期較長，過程中需面對面進行溝通的內容較多、專業涉及范圍廣、易存在溝通不及時表達不準確等問題。隨著時代的發展，傳統的設計工作運行速度深度均已無法滿足項目需求，在工程項目設計階段推廣使用BIM技術，刻不容緩。利用BIM模型，將設計階段中的各專業設計信息和關鍵節點信息進行匯總，最大限度的將設計信息傳遞至施工階段，以三維信息模型的方式移交至施工階段，由施工單位結合現場實際情況，收集現場實際數據，在設計模型的基礎上開展施工階段的深化設計工作。隨著現場土建結構的進度，在設計的基礎上，結合現場實測實量數據，在正式施工之前，在BIM模型上開展幕墻深化設計工作。隨著現場土建結構的進度，在設計的基礎上，結合現場實測實量數據，在正式施工之前，在BIM模型上開展幕墻深化設計工作，在BIM模型中進行施工演示、預施工及施工模擬。前期與土建結構專業協調，進行前期埋板預埋工作。

4 BIM在幕墻施工階段的應用——以東方市文化廣場為例

施工質量是對設計方案和深化設計工作的檢測，東方市文化廣場項目幕墻工程，在深化初期，面臨最大的問題就是工期緊張、深化范圍大、深化任務繁重。

本項目由一座綜合館和一座劇院兩座場館組成，整體造型取“日月同輝”之意，其中綜合館為月牙造型，大部為單元幕墻。劇院場館造型尤為復雜：頂部為雙曲多圓心半橢圓造型，底部為上斜下傾、腰部標高不等高大斜傾造型，且幕墻外部被一圈鋼結構框架包圍，鋼結構與幕墻安裝完成面最窄處僅有1.1m可操作空間。幕墻專業施工面臨交叉施工嚴重、工人夜間搶工作業危險系數大、幕墻面板水平垂直運輸困難等問題。

如何在不改變項目整體造型的基礎上，確保幕墻施工的安全與施工質量不受影響成了深化設計工作的重中之重。在此背景下，幕墻專業經過與業主、設計單位開展多次討論分析，最終幕墻專業在原設計方案的基礎上，利用BIM模型開展設計深化論證、設計優化工作，最終輸出了一套完整的方案。在保證項目造型不發生改變的基礎上，對幕墻局部設計進行調整，頂部雙曲造型優化為單曲造型、腰部斜傾標高調整為同一標高，經BIM技術輔助深化設計和設計優化后的幕墻方案與原方案相比，主材模具由原方案中的80種優化為不足60種，縮短有效工期107d，優化后的面材規格減少至20種，出材率提高了80%，安裝效率提升30%，工程量降低25%。

5 結語