BIM軟件在幕墻加工下料中的應用
————以上海大中里天幕項目為例

嚴志偉 格構建筑幕墻設計 （上海） 有限公司工程師

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）以往在幕墻工程中的應用偏向于可視化、碰撞檢測等方面，有關異形項目中加工下料環(huán)節(jié)的應用較少。近年來，在建筑幕墻設計中對BIM 軟件的運用越來越廣泛，有效保障了人們對現代建筑外立面造型、外觀品質等方面的設計需求[1]。加強對BIM 軟件在異形建筑幕墻加工下料環(huán)節(jié)中的應用研究，對于提高效率、降低人工成本、提高準確率具有重要的意義[2]。

1 項目概況

本項目為上海大中里綜合發(fā)展項目的商業(yè)天幕下方吊頂格柵部分，平面輪廓為不規(guī)則的長條橢圓狀，分為中間大截面格柵（50×250 梭形）及兩側小截面格柵（50×150 梭形），中間大截面格柵相對兩側小截面格柵間隔300 mm。中間及兩側格柵均采用球鉸連接鋼件固定在與格柵垂直設置的鋼圓管上，鋼圓管預先設置帶螺紋的圓形固定基座用于連接。

大截面裝飾條及小截面裝飾條共2442根，且半徑、長度均不相同，因為是不規(guī)則長條橢圓狀，因此所有的裝飾條的定位均需要通過三維坐標進行明確。同時，垂直設置的鋼圓管需預先設置固定基座，而固定基座在鋼圓管上的定位也隨著格柵的長度、半徑及位置不同而不同。綜上可知，2442 根大、小鋁合金格柵各不相同，支撐鋼圓鋼的長度及其上的固定基座定位也各不相同。如果采用傳統(tǒng)的二維方式，無法準確得到各構件的詳細參數；設計、加工、現場安裝等工序工作量巨大，而且無法在項目要求的工期內按時完成，將嚴重影響整個項目的順利推進。鋁合金格柵標準剖面效果如圖1 所示。

2 BIM技術應用目標及路徑分析

在本項目中，項目部的需求有以下幾點：①對天幕吊頂格柵的彎弧半徑進行優(yōu)化，階差范圍在建筑師及業(yè)主可接受的情況下盡量減少彎弧構件的半徑種類；②提交定案版的天幕吊頂裝飾條格柵實體模型供建筑師及業(yè)主審核效果；③對材料進行快速統(tǒng)計、編號，在有限的工期內精確完成材料的提料、加工項目的深化設計工作[3]④輔助提供現場安裝用的定位坐標數據，確保現場安裝與理論模型保持一致。

針對以上4 點應用目標，可應用的軟件包括犀牛+Grasshopper、Digital Project、Revit、CAD（計算機輔助設計，Computer Aided Design）。

圖1 鋁合金格柵標準剖面效果圖

犀牛+Grasshopper 可以通過編制針對裝飾格柵控制線的參數提取程序，得到原始模型中所有格柵的半徑、線長等參數，進而可以判斷彎弧半徑的優(yōu)化方式；進一步編制通過控制點、彎弧半徑生成新的裝飾格柵控制線的程序，可實現快速、批量生成控制線的目標。Digital Project 有超級副本，可以通過拾取控制線和格柵截面，快速生成裝飾條格柵的實體模型。Revit 適合創(chuàng)建信息化模型，對本項目的彎弧構件和需要批量提取數據的需求并不適用。

通過充分評估項目及各個軟件的特點后，最終選定利用犀牛+Grasshopper進行參數化分析及提取數據、Digital Project 進行實體建模、綜合應用CAD 繪制帶參數的加工圖的實施路徑。

使用犀牛+Grasshopper 對2442 根格柵的控制線進行數據分析，并將其數據進行提取，通過對比分析后進行半徑的合并簡化，優(yōu)化半徑規(guī)格種類數量，并在優(yōu)化過程中選取不同梯度的半徑值生成新的控制線，用新的控制線與原控制線進行階差分析，得出不同梯度簡化半徑情況下的階差，提交建造師及業(yè)主審核后得到最終的優(yōu)化方案。

3 關鍵應用項及成果

在本項目設計中，通過綜合運用犀牛+Grasshopper 及Digital Project 這兩個三維建模軟件，實現了快速、精準的數據提取、優(yōu)化重生成、實體建模、加工料單制作及現場安裝定位等預設目標，在保證準確率的前提下按時、按質完成相關任務，主要有以下幾項應用及成果。

3.1 原始輸入裝飾條控制線幾何參數的數據提取及分析

通過犀牛+Grasshopper 的編程，編制了一個可以通過拾取線輸出該線長度、半徑的程序，并在程序中加入了編號原則。通過這個程序，快速獲取了原始格柵裝飾條的關鍵參數數據，并按編號、按順序輸出到Excel 表格中進行了進一步分析對比，為后續(xù)的優(yōu)化半徑種類提供數據支持。

3.2 優(yōu)化后的數據對比、定案版裝飾條控制線輸出及定案版實體效果模型

獲得原始裝飾條的數據列表后，通過數據整合及分段優(yōu)化，先后設置了半徑差值100 mm、差值200 mm 以內進行統(tǒng)一的2 種優(yōu)化方案。通過犀牛+Grasshopper編程，分別生成了優(yōu)化后的裝飾條控制線，并在程序中生成了與原始裝飾條控制線的階差數據。通過對比，得到差值200 mm以內進行統(tǒng)一，優(yōu)化后的裝飾條控制線與原始控制線階差在8 mm 以內，此階差數值獲得了建筑師及業(yè)主的認可，因此后續(xù)的裝飾條控制線均按此半徑差值進行了合并優(yōu)化。在生成的定案版控制線基礎上，運用Digital Project 快速批量生成了裝飾條的實體效果模型，效果獲得了建筑師及業(yè)主的認可[4]。

3.3 裝飾條、吊桿及其支撐圓管加工參數提取

需要加工的構件共4 種：大裝飾條、小裝飾條、吊桿及支撐鋼圓管，大、小裝飾條的加工參數主要為長度及半徑，吊桿的加工參數為長度，在優(yōu)化程序中已經按編號按順序進行了提取。通過犀牛+Grasshopper編程，在程序中生成了支撐圓管與裝飾條控制線之間的交點，并將交點在支撐圓管上的定位數據在犀牛+Grasshopper 程序中快速生成出來，再按照編號順序將支撐圓管的長度、固定基座定位數據導出到表格中，配合CAD 中繪制的帶參數的加工圖，完成了支撐圓管的加工細目。

4 項目經驗總結及延展

本項目通過犀牛+Grasshopper 及Digital Project 的配合應用，在規(guī)定工期內精確地完成了實體模型創(chuàng)建、提料、加工細目及現場安裝定位數據的工作。在這個過程中，以下幾點是可以在其他項目中傳承并借鑒的。

4.1 提前研究分析及策劃

正式開展工作之前，針對項目特點及后續(xù)可能遇到的問題進行了詳細的分析，并對后續(xù)的實施路徑進行了詳細的策劃和驗證，因此實施過程比較順暢。

4.2 加工圖紙的參數化設置

制作加工圖時， 結合了犀牛+Grasshopper 提取數據的特點，匹配了相應的控制參數，使得程序導出的數據能直接應用于加工細目的相應參數表，在快速制作加工細目單的同時避免了手填或對數據進行調整導致出錯。

4.3 組合應用不同軟件

制作實體模型時，沒有一味采用犀牛+Grasshopper 進行裝飾條的模型創(chuàng)建，因為裝飾條端部需要進行彎弧蓋板造型建模，如果采用犀牛+Grasshopper 進行建模，需要的工期將大大增加，而且出現調整時返工時間與重新建模時間相當。充分利用Digital Project 的超級副本功能，創(chuàng)建一個裝飾條模型后就可以通過批量拾取控制線快速生成其余裝飾條的實體模型[5]。本項目正是充分發(fā)揮了不同軟件的優(yōu)點，使得各項任務均能較快完成。

5 結語

通過本項目的實施， 認為犀牛+Grasshopper 比較適合用來處理點、線的數據分析和數據輸出，在處理大量有規(guī)律的數據時更能發(fā)揮其優(yōu)越性。如何應對沒有規(guī)律、非標準的構件，還需要進一步進行研究。

而Digital Project 比較適合用來生成實體模型，通過其超級副本的功能，可以在明確建模原則的前提下，將建模路徑程序化，批量拾取批量生成。而且在建模原則有所調整的情況下，只需要對超級副本進行相應的調整，就可以重新批量生成新的模型，對創(chuàng)建實體模型效率提升大有幫助。