BIM 技術在建筑幕墻施工全生命周期管理中的應用

劉偉

（1.北京建筑大學城市與經濟管理學院，北京 100044；2.北京中信渤海鋁幕墻裝飾工程有限公司，北京 100027）

1 引言

BIM——以建筑工程項目的信息數據（幾何信息和非幾何信息）為基礎創建的計算機虛擬三維模型，即通過數字信息仿真技術模擬建筑物所具有的真實信息。中文名：建筑信息模型。英文名：Building Information Modeling，簡稱BIM。隨著國家經濟的不斷發展，對建筑外立面（幕墻）造型及功能提出了更豐富、更高的要求，從最初的關注功能和實用性的基礎上向節能環保和藝術審美等方向發展，同時不斷滿足人們的各種個性化的需求。BIM 對于建筑幕墻行業而言，不限于二維圖形到三維的轉換，即大家理解的設計人員運用各種軟件利用3D繪圖，讓幕墻施工達到“所看即所得”，更多的是一種全過程管理手段或模式，即通過BIM 技術將設計、施工、運營、維護等各階段協同作業，把工程團隊將不同階段的信息串聯起來，有效減少各階段信息轉換產生的誤差，達到建筑幕墻施工全生命周期的科學管理。

2 方案比選及概算確定階段

2.1 建筑外立面（幕墻）方案展示及比選

2.1.1 幕墻方案比選

依據建筑設計理念創建建筑外立面方案（幕墻）數字化可視模型圖。

2.1.2 動態聯動邏輯

將圖形與數字化進行聯動邏輯的參數化設計，用以在方案比選階段實時進行動態必選分析。

2.1.3 動態優化平衡

幕墻設計方案比選的主要目的是選出最佳的幕墻設計方案，進而確定整體建筑設計方案，為建筑初步設計階段提供對應的幕墻設計方案模型。基于BIM 技術的方案設計是利用BIM 的SketchUp、Revit 或Rhino 軟件，通過3D 可視化的方式直觀觀察，進行比選，使建筑外立面（幕墻）方案的溝通、討論、決策可以更容易的進行，實現項目整體建筑設計方案決策的直觀和高效。

2.2 方案概算的確定

運用BIM 軟件對幕墻方案進行精確的表皮工程量統計，有助于建筑設計針對比選確定的幕墻方案做出更準確的方案概算，提供給建設投資方做最終的準確投資決策[1，2]。

3 招投標及合同簽訂階段

3.1 明確幕墻技術方案可實施性

招標方通過運用BIM 技術編制招標文件，可以更準確地確定項目招標控制限價，并通過BIM 技術對投標人進行準確、快捷的比選，最終確定中標人并簽訂合同。投標人針對招標文件，運用BIM 技術在投標階段可以精準地確定投標策略和投標報價，大大提高了投標人的中標概率，同時避免了投標時間不足憑借經驗估計帶來的風險。

3.2 明確幕墻施工的準確工期

通過運用BIM 技術，可以響應招標文件對幕墻項目施工方案進行3D 可視動畫制作，模擬實際幕墻施工過程，既能做出針對性的可實施的優化施工組織設計，又能動態直觀地展示幕墻施工過程，確定合理準確的施工工期。同時也在投標過程中更系統、更準確、更直觀地展示投標人實力，進而更有利于中標并簽訂合同。

4 幕墻現場施工階段

北京2022 年冬季奧運會配套項目崇禮太子城冰雪小鎮幕墻及屋面工程，項目總占地面積2.89 km2，總建設規模達到1.34×106m2，包括2022 年冬奧會頒獎廣場、景觀湖、國際會議中心、度假休閑酒店群等開發建設內容。2022 年冬奧會期間有51 枚金牌在奧林匹克頒獎廣場頒發，同時提供冬奧會貴賓接待、交通換乘、休閑娛樂等功能服務。項目工期緊、任務重，挑戰極大，常規的施工技術難以實現目標。北京中信渤海鋁幕墻裝飾工程有限公司運用BIM 技術，將施工難度極大且造型復雜多樣、豐富多彩的建筑裝飾效果完美實現，并全過程貫穿著“綠色奧運、科技奧運、人文奧運”的理念。

4.1 施工測量

運用3D 掃描現場結構數據，并將數據導入BIM 建模，建立幕墻施工空間坐標和控制點體系，確保幕墻施工可控。

4.2 施工圖優化

運用3D 施工測量數據基礎建立BIM 幕墻體系模型，對比原始建筑施工圖、結構施工圖及幕墻方案圖，進行碰撞測試，并最大化運用BIM 以單曲擬合雙曲構造，優化幕墻施工圖和施工組織方案，完美地完成整個幕墻施工過程。

在“十二五”期間，我國政府部門根據我國的國情提出了能源審計計劃以及節能規劃方案。而在“十三五”期間，我國政府部門建立起完善的能源管理機構。在實際推進節能降耗戰略計劃實施的過程中，節能政策制度的制定對該計劃的落實有重要的意義，同時，政府部門要發揮應有的主導作用，綜合分析產業結構的實際情況，并通過能源計量工作權衡社會經濟發展需求，從而優化能源配置。

崇禮太子城冰雪小鎮屋面采用鋁鎂錳板直立鎖邊系統，“直立鎖邊”這一名稱體現了典型的縱向接口特點，采用特有的鋁合金T 形固定支座，鋁鎂錳板咬合在支座上，咬合邊與支座形成的連接形式有效地解決了因熱脹冷縮產生的板塊應力，縱向板之間沒有搭接縫，充分保證了防水性能。但項目位于嚴寒區，四季溫差、晝夜溫差較大，基層受溫度影響，變形較大。所以，設計方案的確定要充分考慮上述特點，采用柔性防水，而不是剛性防水。

設計師充分重視屋面的細部節點設計，對于變形縫、女兒墻根部、排水溝、落水口、泛水等滲漏的部位，運用BIM 技術充分考慮了建筑的結構變形、收縮變形、溫度變化引起的變形等因素，采取適當的措施解決變形較大引起的滲漏問題。將初設扇形板方案，經過多輪BIM 排版比選，通過在屋面板拼接部位設置天溝，將屋面板斷開從而釋放位移，采用標準板實現了異形屋面的施工，既保證了建筑的功能也滿足了建筑的美觀性。

4.3 施工前項目各專業溝通和配合

將幕墻BIM 模型與建筑整體BIM 模型進行套合，與土建結構、鋼結構、給排水、通風、景觀等相關專業進行溝通和配合，查找干涉和不利于施工位置，并報建筑設計方和建設方，以做出最優的調整方案。

4.4 材料采購和加工

按照現場施工進度計劃，對即將實施的單體建筑幕墻利用Rhino 精準建模，再通過Grasshopper 進行參數化處理提取各種龍骨、面材的材料數據。Grasshopper 可以自動對鋼材、鋁材、玻璃、石材等材料準確且清晰地編號，并標注尺寸、角度等數據信息，進而快速又準確地進行材料下單采購，避免了人為重復編號和錄入工作所帶來的低級錯誤隱患。而且當幕墻體系有局部變更和修改時，可快捷便利地做出相應的調整材料表。基于BIM 技術生成的三維模型及數據材料單，加工廠將其導入計算機數控等設備，進行加工階段的BIM 數據3D 編程，將材料單與加工機械實現聯動，進而實現數字化加工，將復雜、抽象、立體的材料單變為項目所需的精準安裝材料組件。

4.5 現場安裝

利用Rhino 建立的模型，通過Grasshopper 進行參數化處理提取定位坐標點，現場利用全站儀，進行現場放樣，確定龍骨安裝定位點，依此準確無誤的安裝埋件、連接件、龍骨及面材等。

項目測繪人員主要采用全站儀，根據從模型上提取的控制點坐標來測量現場已完成的鋼結構骨架，BIM 設計師根據反饋的測量數據調整已建模型，檢查碰撞，優先解決沖突位置，避免二次返工，造成成本和工期的損失。

設計師根據已建好的BIM 模型進行龍骨備料及鋁板深化，雙曲面鋁板分縫優化擬合差異尺寸，降低加工難度和施工難度。鋁板廠根據設計師提供的鋁板深化BIM 模型，直接進行生產，省下二次深化的時間，減少二次深化的錯誤率，做到設計—生產—施工數據統一協同共享。在BIM 數據庫系統、統一的流程框架下進行作業，才能高效協同。實際施工證明，難度極大的龍橋通過也只有通過全程采用BIM 技術，才能圓滿地實現最初的建筑設想和項目整體的各項高標準要求。

通過模型提取龍骨定位點，從而確定龍骨位置及放線方案，并進行龍骨施工。該工程采用Rhino+Grasshopper 提料與加工，同時與材料廠家、施工隊伍進行全過程BIM 信息共享，大大降低了相關單位的工作量，縮短了中間環節時間，提高了加工安裝精度。

現場安裝管理通過BIM 技術的全過程運用，將建筑設計理念得以完美的實現。2022 年，伴隨著飄飄灑灑的雪花，崇禮太子城冰雪小鎮在冬季奧運會中綻放光彩（見圖3）。

圖3 項目完成后整體實景照片

5 幕墻移交和維保階段

將施工階段調整并修正的幕墻BIM 模型數據移交給后續管理和使用方，將極有利于物業管理和業主的使用，后期一旦有維修更換，也將迅速便捷地查找出位置、分析相關條件并給出解決方案。

5.1 建筑幕墻開啟扇、亮化等設備遠程控制

把原來建筑內部中獨立運行并操作的各設備，通過RFID等技術匯總到統一的平臺上進行管理和控制。一方面了解設備的運行狀況，另一方面進行遠程控制。

5.2 幕墻材料、設備編號并空間定位

給予各幕墻系統各設備空間位置信息，把原來編號或者文字表示變成三維圖形位置，這樣一方面便于查找，另一方面參看也更直觀更形象。

5.3 幕墻構成的內部空間可視化

現代建筑業發端以來，信息都存在于二維圖紙和各種機電設備的操作手冊上，需要使用的時候由專業人員自己去查找信息、理解信息，然后據此決策對建筑物進行建設。利用BIM 技術建立一個可視三維模型，所有數據和信息可以從模型里面調用。

5.4 幕墻運營維護數據累積與分析

運營維護數據的積累，對于管理來說具有很大的價值。可以通過數據來分析目前存在的問題和隱患，也可以通過數據來優化和完善現行管理。

6 結語

建筑幕墻的施工已經逐漸實現了高科技、高度信息化、高度透明化，同時要求經濟化、綠色環保化、智能化，因此，BIM技術在建筑幕墻中的應用是必然的趨勢。在建筑幕墻施工全生命周期管理中應用BIM 技術，也將是項目管理現代科學發展的必然。