玻璃幕墻設計與施工中BIM技術的應用探討*

韋清權

廣西水利電力職業技術學院/建筑工程系 廣西 南寧 530000

引言

隨著建筑工業化以及建筑信息化的不斷發展，目前各類建設項目的規模以及施工技術水平不斷提高，在建設項目的設計、施工方面已經有了多個領域的技術更新。城鎮化促進了城市高層建筑的發展，現代高層建筑中有諸多項目選擇采用幕墻設計以提高建筑設計的美觀與實用性，也促進建筑玻璃幕墻設計與施工水平的多元化與復雜性。在此背景下，為了順應玻璃幕墻設計與施工的需求，通過軟件協同以及信息化簡單操作的方式實現高層建筑玻璃幕墻的設計與施工，BIM技術提供了可行的方案。BIM技術作為目前建筑領域的先進信息科技，可以在玻璃幕墻的設計中進行可視化操作，提高設計表達水平，并通過一系列的操作解決設計錯漏問題，并且能夠基于BIM模型搭建信息交互平臺，解決對方交流以及項目監控不流暢等問題。

1 概念簡介

1.1 玻璃幕墻設計與施工特點

建筑幕墻作為建筑的外立面主要的形態表達單元，不僅可以保障建筑物的具備有節能的特點，還能夠通過造型設計達到美觀功能，并在結構設計方面達到安全實用的標準。城市土地人口集中，催生了各類公共建筑以及民用建筑向大空間、大跨度、超高層發展，而外墻采用玻璃材質，不僅輕質，還具有美觀、節能等特點，較傳統材質的外墻或幕墻更有現代藝術發揮的空間[1]。玻璃幕墻與傳統幕墻在結構上有相似之處，都需要有支撐系統保障安全，目前常見有鋼結構，并且要能夠承受由于氣候環境等外在因素的位移與形變能力，能夠通過光照的吸收與反射達到節能的目的。

玻璃幕墻作為建筑外立面的審美體現，建筑設計師會通過不同的幕墻形態來展現現代建筑的藝術追求，因此也常見現代高層建筑采用形狀各異，凹凸有致，曲直相容的幕墻形態，并且在顏色的選擇上也更為多元，美化了現代城市面貌。隨著建筑幕墻設計難度的加大，傳統設計方法中的二維表現方式不能充分展現多變復雜的幕墻造型，既不利于業主對方案的理解，也不利于施工方按圖施工，尤其是對于異性部位，構件形態復雜，尺寸要求精度高，傳統的施工管理方式容易出現錯漏，造成工廠生產錯誤或施工預留錯誤等，降低生產效率，增加施工成本等。根據目前我國的建筑幕墻的設計流程，主要包含有四個階段，分別是方案圖設計、施工圖設計、深化設計以及竣工圖，在這四個環節中都是相互依存的，而其中施工圖的設計作為承上啟下的關鍵設計環節，其設計成果不僅是進行招投標及指導后期施工的依據，也是進行后期施工管理以及竣工驗收的重要參照。施工圖設計中要將初步設計的幕墻方案進行進一步的細化，形成立面圖、平面圖、墻身詳圖、效果圖或者Sketchup模型等，并相應生成工程量以及材料清單[2]。內容應翔實具體，要體現立面材質的具體參數，例如：玻璃則在節點中體現玻璃層數及厚度、玻璃處理方式、玻璃中空層氣體形式、LOW-E膜安裝位置等（玻璃幕墻施工圖節點詳圖見圖1）[3]。

圖1 玻璃幕墻標準節點圖

1.2 BIM概述

Building Information Modeling的中文譯名為建筑信息模型，簡稱BIM，其指的是將建筑全過程形成的各類信息涵蓋在一個模型中進行表達的計算機技術。目前BIM系列的國內外軟件眾多，常用于建筑設計的BIM系列軟件仍然是以Bentley 的Architecture 系列較多，單專業或系統設計常使用Graphisoft的ArchiCADBentley和Autodestk的Revit Architecture 等，土建建模常用Autodestk的Revit 系列，如果有異性結構較多的可以選用Gehry Technologies 的Digitalproject等軟件。通過多軟件、多平臺的融合，可以使建筑設計的各個專業形成參數化以及標準化，實現精準設計，減少施工成本，因此也成為目前建筑設計的主流工具之一。對于建筑幕墻專項設計，目前常用的Ecotect、BIM360等軟件可以在模擬分析等方面發揮重要作用，并且還可以結合動畫演示來展現建筑幕墻的施工流程模擬、不同外部環境下的使用工況，便于工程師進行設計方案優化，施工方案對比，提升展示效果，發現錯漏碰缺，可視化交底等，為相關人員進行管理工作提供決策數據支持[4]。

2 案例分析

2.1 案例簡介

A項目工程位于XX市金融商務區核心區內，總建筑面積逾230000m2。1#樓玻璃幕墻大多采用半隱框模式，裙樓采用隱框幕墻，鋁板幕墻用于玻璃幕墻中間橫向及豎向線條裝飾作用。2#樓玻璃幕墻面積約為19000m2，玻璃幕墻大多數采用半隱框模式，裙樓采用隱框幕墻，其中另有鋁板幕墻，主要用于玻璃幕墻中間橫向及豎向線條裝飾作用。3#樓玻璃幕墻面積約為26000m2，玻璃幕墻大多數采用半隱框模式，裙房采用隱框幕墻。該樓棟約有一萬平方米鋁板幕墻用于整棟樓周邊包線條裝飾作用、裙樓女兒墻及3～4樓間超大鋼結構連廊的裝飾。4#樓玻璃幕墻面積約為23000m2，玻璃幕墻大多數采用半隱框模式，裙樓采用隱框幕墻。鋁板幕墻用于整棟樓周邊包線條裝飾作用。

2.2 BIM技術在玻璃幕墻設計階段應用

2.2.1 基礎建模。為了標準化設計，本項目首先在軟件中創建了族文件，并設置了標準單元節點構造，隨后在模型中增加幕墻屬性、模空間、材質、尺寸，并對構件進行拉伸、旋轉等處理；在常規族的基礎上嵌入增加族，保持常規族與增加族之間的聯動狀態，方便后期數據的調整。向嵌套族中導入建筑幕墻的軸網及平面和立面圖，設置構件定位，并將輪廓線打斷成為為多段線后，將族導入Revit 軟件中，使每段折線范圍內為獨立模塊，可以進行單獨的調節。

2.2.2 工程量生成。形成BIM模型并在模型中設置族后，可以進行可視化的轉化和工程量的生成。建筑幕墻由于其專業特點，通常對模型的精度要求在LOD400+以上，通過模型的準確搭建，可以運用軟件的識別技術提取構件并進行工程量的統計，同時也可以結合相應軟件生成幕墻型材加工圖和下料單，便于工廠進行預制生產。基于BIM模型導出項目的各類資源消耗量、明細表、并進行進一步的調整和完善，提升數據的精確度。

2.2.3 碰撞檢查。BIM模型的優勢之一在于可以進行多專業的融合并進行碰撞檢查，通過不同專業之間模型的嵌套后發現專業間相互沖突的部位，進行設計調整和變更，避免后期實際施工時發現問題產生返工返修，浪費時間和經濟成本。

2.2.4 特殊節點處理。由于項目的玻璃幕墻設計存在有特殊造型，傳統的建模方式不能清晰體現該項目幕墻的具體形態特點及施工方法，因此通過BIM技術進行特殊節點處理，打造弧形表面的玻璃幕墻形態。

2.3 BIM技術在玻璃幕墻施工階段應用

BIM模型構建完成后，可以由不同的參與人員向其導入相關信息，隨著不同資源信息的錄入和同步，BIM模型可以結合展示平臺實現施工模擬，將施工資源的投入節點、施工方案、施工工藝、施工技術等進行模擬展示，為項目管理人員進行成本管理、質量管理、進度管理提供參照，及時采取措施進行糾偏[5]。

傳統采用施工圖交底的方式不僅效率低下，并且由于各方對圖紙的熟悉程度和施工技術的掌握程度不同容易造成歧義，影響施工。采用BIM技術，充分利用其可視化、動態模擬的特點，將施工技術、施工節點、關鍵工序、重難點部位等通過BIM模型及Naviswork等軟件進行交底，提高交底的效率與準確性，加強多方溝通與理解一致。

與此同時，該項目的玻璃幕墻通過前期建立了BIM標準化設計，因此生成的各類材料以模塊化設計為主，在設計環節就對各類材料進行編碼，并將編碼內容編入施工方案中，在進行施工時可以根據編碼制定相應的施工工序，便于對各類資源進出場及施工段安排。

3 結束語

本文分析了玻璃幕墻的設計施工特點，并結合案例探討了BIM技術在高層建筑玻璃幕墻的設計施工的應用，梳理了玻璃幕墻的設計與施工融合BIM模型的優勢在于：①運用系列軟件和協同平臺等信息化手段建立三維施工圖模型，提高了玻璃幕墻設計效率，減少了設計錯漏，并在施工階段集成了建筑工程項目施工階段的各種數據信息。②減少信息冗余，提高信息的使用效率，減少了傳統紙質模式的設計、施工交底，避免溝通補償，減少能源和材料的浪費，優化設計質量。③運用數據分析功能可以提前創設、收集和預估后期施工的建筑各項物理信息，對有可能出現的不利因素和風險采取有效的防范措施。④實現精準管理，構件設計與施工精確對應實際構件，且數據可以永久保存。

除此之外，采用BIM技術進行玻璃幕墻的設計時，也可以導出二維圖紙進行施工，方便相關人員多元化的交流和對照，不僅提高了幕墻設計的精準水平，也提高了設計效率；在施工階段結合BIM技術的軟件和平臺，可以提高職工質量、有效管控施工進度、減少返工返修和材料損耗，降低管理成本。綜上所述，BIM 技術應用于建筑幕墻工程，有利于提高設計階段和施工極端的總體水平和質量，對推動現代建筑外立面的審美需求和技術提升具有重要意義。建筑施工企業與設計人員應充分學習和研究BIM技術在建筑幕墻中的實踐應用，建立以BIM技術為核心的現代化建筑幕墻設計施工標準體系，提高設計方案的科學性和實用性，充分發揮BIM技術的優勢。