BIM技術在復雜幕墻工程設計中的應用研究

王希偉 朱琳琳 曹洋

摘 要：幕墻設計是現代建筑重要組成部分，在復雜幕墻工程設計中需要借助BIM工具實現，利用BIM技術的可視化、協同化以及虛擬化等優勢技術完成復雜幕墻設計。文章首先分析BIM技術的概念，然后探析BIM技術在復雜幕墻工程設計中的應用優勢，最后提出BIM技術在幕墻設計中的應用方案。

關鍵詞：BIM技術;幕墻設計;應用

0 ? 引言

幕墻是現代建筑空間及表皮特征的重要表現方式，隨著高層建筑的普及，幕墻工程越來越復雜。傳統的幕墻工程設計模式難以滿足現代工程設計的要求，實踐證明利用BIM技術能夠有效促進幕墻工程設計質量。本文結合多年工作實踐，詳細分析BIM技術在復雜幕墻工程設計中的應用方案。

1 BIM技術的概念及特征

BIM最早是由Autodesk公司提出的，其主要是指在建筑工程及設施全生命周期內，對其物理和功能特性進行數字化表達，并依此設計、施工、運營的過程和結果的總稱[1]。隨著建筑技術的發展，BIM具有以下特征：一是可視化。BIM技術利用大數據技術可以實現對項目工程信息的可視化操作，例如在施工階段可以通過BIM技術創建設備模型，通過虛擬施工環境完成并且組織施工，以此檢驗施工方案的可行性;二是參數化。通過參數構建數據模型，通過對BIM模型中的參數設計調整等實現對項目工程的自動化控制;三是協調性。協調性包括設計協調、整體進度協調以及成本預算協調等等。BIM模型可以完成對整個工程的協調設計。

2 BIM技術在復雜幕墻工程設計中應用的優勢

根據國家相關標準規范要求，建筑幕墻是由面板與支撐結構體系組成的。其主要是懸掛在主體結構上的建筑物外圍結構，不承擔主體結構的荷載。建筑幕墻的種類很多，例如按照主要支撐結構形式可以分為構件式、單元式、點支承、全玻、雙層。隨著現代建筑工程性能的不斷完善，建筑工程幕墻越來越復雜，傳統的二維圖紙為基礎的設計模式難以適應現代建筑幕墻工程設計的要求，因此急需利用BIM技術實現復雜幕墻工程設計。結合實踐調查，BIM技術在復雜幕墻工程設計中的應用優勢主要體現在以下方面。

（1）能夠很好地將設計理念體現到模型中，及時檢驗設計理念的完善程度。對于復雜的幕墻工程設計方案而言，其在幕墻設計中會參雜更多的元素。尤其是設計人員在設計的時候會融入更多的理論元素，這些元素無法直接通過圖紙體現出來。而BIM模型則可以很好地將設計師的理念轉化到模型中，通過BIM模型檢驗設計師的設計方案是否具有可行性。例如通過BIM模型可以及時發現幕墻工程設計方案所存在的問題，并且結合后續的施工等及時進行設計方案的調整，以此提升設計方案的可行性。

（2）通過BIM模型可以將幕墻設計與后續的安裝、施工等環節進行統一管理，實現幕墻工程的整體質量。幕墻工程設計是一項復雜的工作，尤其是在現代建筑格局下，一體化施工特征更為明顯，通過BIM模型可以將設計、安裝、施工以及后期維護等融為一體，這樣有助于提升工程的整體質量。例如在傳統的幕墻安裝的過程中可能會發生因安裝環境的因素而出現安裝工程變更現象，但是利用BIM模型則可以將安裝環境融入模型，這樣在設計階段就考慮了相關因素，有效地避免了后期出現施工變更問題。

（3）BIM技術能夠提升幕墻的環保性，達到綠色施工的要求。利用BIM技術可以準確地計算出工程相關的數據，有效地對幕墻的保溫效果、室內外環境等進行虛擬環境構建，以此達到節能的效果。例如在進行玻璃幕墻設計時，可以通過BIM模型將當地的光照時間、周圍建筑、建筑層高等數據統一輸入到BIM模型中，這樣能夠準確地計算出幕墻的環保參數，從而達到節約資源的目的。例如在北京文化中心建筑幕墻設計中，設計人員通過利用 Digtal Project發現幕墻表層存在大量的鋁板，造成建筑成本增加，經過與幕墻設計人員溝通，利用BIM模型采取參數化、語言編程對幕墻基礎建模進行分析，實現了項目的設計要求。

3 ? BIM技術在復雜幕墻工程設計中的應用方案

實踐證證明將BIM技術應用到幕墻工程設計中具有巨大的作用，例如Revit系列的軟件能夠幫助設計師可以更好地創建幕墻結構，提升幕墻設計的準確性，解決工程施工中的各種沖突問題。

3.1? BIM技術在復雜幕墻工程設計中應用的思路

設計人員在利用BIM技術進行復雜幕墻工程設計時需要考慮幕墻立面效果、室內使用功能需求、幕墻材料性能以及施工成本等諸多宏觀層面的設計內容。

（1）外立面效果。由于幕墻屬于建筑外層結構，尤其是幕墻板塊所產生的線條需要設計人員經過認真的設計，通過設計達到既能體現出立面效果的設計意圖，也要滿足建設單位的質量要求，保證其具有相應的美觀要求。

（2）室內使用功能需求。基于綠色施工方案的實施，在幕墻工程設計中必須要突出幕墻的節能性。例如在玻璃幕墻設計中應該劃分與室內空間分割相協調，立柱的布置應考慮土建結構位置。如果沒有做好立柱的區分，則會形成一塊玻璃跨越兩個房間的現象，這樣不利于節能環保。

（3）對幕墻施工材料進行優化設計。在復雜幕墻設計中需要重點關注幕墻構建的加工和制件的質量，只有加強對這些因素的控制，才能保證幕墻施工質量。幕墻設計人員要利用BIM平臺對鋼結構設計的每個構件加工和制作環節進行可視化處理，比如材料的選擇、螺栓型號的確定等[2]。

3.2? BIM技術在復雜幕墻工程設計中的具體應用方案

將BIM技術應用到幕墻工程設計中的具體方案流程為以下幾個方面。

3.2.1 曲面設計

由于在復雜幕墻設計中會涉及諸多復雜的理論知識，設計理念難以通過二維圖紙進行設計，尤其隨著高層建筑結構的復雜性，使得工程曲面為參數化或者無規則，因此需要利用BIM模型的三維模型，尤其是可視化功能結合相關的設計參數構建虛擬模型，以此構建復雜幕墻的曲面設計模型[3]。

3.2.2? 論證曲面設計方案

完成曲面模型方案之后需要結合相關數據對BIM模型進行細化，利用幕墻面板材質的不同對外立面進行分格作業。例如設計人員根據BIM模型對幕墻分割進行參數化控制，可以在保證設計理念的基礎上對幕墻平面進行優化設計，以此降低建設成本。

3.2.3 幕墻系統建模

由于幕墻工程的設計需要考慮未來安裝后期與相關電路管線的碰撞問題，因此通過BIM模型可以通過可視化功能對幕墻工程、機電工程、管道工程等進行碰撞試驗，這樣可以及時發現問題并及時解決。

3.2.4 深度建模

完成上述操作要求之后，需要按照相關的數據完成深度建模的要求，通過深度模型確保幕墻工程設計的準確性。

3.2.5? 創建信息模型

在確定BIM模型后需要創建族文件，例如在Revit系統中所有圖元都是以組為基本單位的，因此需要在系統內導入單元節點圖，并且按照相關的技術規范要求調整尺寸后創建模型。之后在對明細表和板塊進行優化，具體就是通過利用明細表對相關數據進行修改，確保數據的準確性。設計師要根據BIM模型計算工程量，確定幕墻施工材料的明細表。

最后基于BIM模型對其進行加工組裝作業，通過應用相關軟件進行加工圖紙的科學構建，同時動畫形式進行科學展現[4]。

3.3 BIM技術在復雜幕墻工程設計中應用的保障對策

基于BIM技術在復雜幕墻工程設計中的應用，為了保證應用效果，需要做好以下工作：

一是要加強BIM技術人才培養，尤其是培養復合型專業人才。將BIM技術融入到幕墻工程設計中離不開優秀的人才，因此在幕墻設計人才培養方面要加大BIM技術的融入，以此增強幕墻設計人員操作BIM技術的能力。幕墻設計公司要定期組織設計人員學習BIM技術的相關知識，通過校企合作的方式引進高素質的幕墻設計人才。

二是不斷完善幕墻BIM工具軟件。雖然BIM軟件在復雜幕墻設計中發揮巨大的作用，但是根據調查目前BIM模型所提供的功能還難以全面滿足復雜的幕墻設計要求，例如在幕墻收口部位其設計比較繁瑣，目前我國的BIM模型還不能為其提供精準的設計輔助，所以我國要加大完善幕墻BIM工具軟件的設計研發力度。

三是要加強宣傳，提高BIM技術在幕墻工程設計中的應用。雖然我國一直強調應用BIM技術，但是畢竟其屬于新興事物，相關方面的人才數量不足，導致BIM技術在幕墻設計中的應用比例還不高，所以我國要加強宣傳，提高幕墻設計單位應用BIM技術的積極性。

4 結語

總之，隨著BIM技術的不斷發展，在復雜幕墻工程設計中引入BIM技術不僅有助于提升幕墻工程設計方案的質量，而且還有助于推動綠色施工的實施。因此在復雜幕墻設計中要積極推廣BIM技術，提升我國幕墻工程設計、施工的整體質量。

[參考文獻]

[1]匡月.BIM技術在復雜幕墻工程設計中的應用[J].無線互聯科技，2020（5）：150-151.

[2]譚玉璽.基于BIM技術的施工場地可視化布置與優化[J].中小企業管理與科技，2020（4）：189-190.

[3]朱衛.高層建筑幕墻工程中節能技術的應用[J].中小企業管理與科技，2018（2）：131-132.

[4]林銳彬.BIM 技術在幕墻設計中的應用[J].住宅與房地產，2019（8）：162.

（編輯 傅金睿）