BIM技術在建筑幕墻設計中的應用

張宏望

［摘 要］當前我國高層建筑數量日益增多，在鋼結構、幕墻建筑領域的實力不斷加強。BIM技術的革新應用，為建筑設計施工的質量提高建立了牢固的基礎，在項目整體的經濟效益上有了明顯的提高。本文從高層鋼結構與多曲面幕墻正向設計、數字化加工、信息化建造等方面切入，利用BIM技術、計算機數控技術、三維掃描技術等研究高層鋼結構與多曲面幕墻設計、采購、施工一體化的關鍵技術，對數字化模型進行修改優化，將生產、施工中產生的誤差及時消除，確保鋼結構與幕墻的精細化管理和高質量施工，加強EPC模式下BIM技術應用體系的管理，以及項目品質工程建設質量。

［關鍵詞］BIM技術；幕墻；鋼結構；設計

［中圖分類號］TU7 文獻標志碼：A

本文通過研究BIM技術在高層鋼結構與多曲面幕墻設計、采購、施工的一體化應用，試圖解決鋼結構與多曲面幕墻節點優化設計復雜、構件生產加工不精確以及施工中測量定位等問題，以期增強各單位、各專業之間的工作協調能力，提高施工技術水平和結構質量，使項目效益最大化。

1 項目概況

本項目規劃用地面積約53.03畝，總建筑面積148 627平方米，地上總建筑面積94 827平方米，地下總建筑面積53 800平方米。主要功能為超高層寫字樓、酒店、商業綜合體，建筑地上、地下連為一體，地下設平戰結合人防設施。其中，168米的智慧甲級寫字樓是該市的最高建筑，未來將進一步推動區域的產業升級、商業聚集，完善配套設施，使其成為真正意義上的地標建筑。

2 項目難點分析

2.1 多曲結構識圖難

多曲面幕墻結構圖紙復雜，傳統二維圖紙無法清晰表達多曲面幕墻結構，缺少空間狀態信息，且各專業圖紙之間缺少信息的交互，導致鋼結構與多曲面幕墻的位置關系不明確，無法做到精確施工。

2.2 多曲結構測量定位難

在鋼結構與多曲面幕墻設計、施工中，構件的定位會受到各種因素影響。鋼結構與多曲面幕墻的構件測量定位，需要提高構件安裝時的空間定位精度，避免鋼結構與多曲面幕墻碰撞問題，所以對模型設計、測量儀器和施工工藝的要求較高。

2.3 專業深化設計難

鋼結構和多曲面幕墻在深化設計階段，需要充分考慮構件焊接形式、焊接順序、安裝順序等，要求深化設計人員對施工工藝有熟悉的理解。各專業、各工序之間的深化設計容易存在的錯漏碰缺問題，需要各專業在深化設計過程中進行溝通交流。

2.4 專業接口協調難

各專業之間互相影響，很難協調一致。在設計過程中，需要專業分包單位參與其中，做到邊設計邊深化，避免反復設計及深化，影響設計工期。同時，對各專業分包單位進行界面及設計接口劃分，利用BIM模型消除土建、鋼結構和幕墻之間的結構沖突，為后續施工方案的可行性提供保障。

2.5 專業安裝施工難

鋼結構與多曲面幕墻安裝對精確度要求較高，受到各工序和工況的影響較多。

在各個工序下，工序自身出現的誤差影響著下一道工序。土建、鋼結構以及幕墻施工過程中會產生構件空間定位信息誤差的問題，工序之間的誤差不斷地積累，會產生嚴重的質量問題。

在各個工況下，外部因素會對局部或者整體產生較大的影響。超高層建筑在遭受外界壓力（風荷載、雪荷載、地震荷載等）時，會對施工中或者已完成的鋼結構和幕墻結構造成不可避免的影響，從而使建筑物整體質量下降。

3 BIM技術在建筑幕墻項目中的應用

3.1 正向設計

3.1.1 模型創建

設計人員根據初步設計文件，采用Revit軟件進行三維模型的建立，如圖1所示。利用三維模型可視化的特點，直觀反映設計文件所表達的建筑的最終形態。通過軟件直接進行格式的轉換，采用其他軟件對項目進行結構計算、抗震分析、火災人員疏散分析等。相比傳統的二維圖紙設計流程，減少由二維圖紙到三維模型轉換的步驟，避免了因多次轉換而出現錯誤的問題。

3.1.2 協同設計

在BIM正向設計過程中，建立設計單位與總包單位的協同平臺，用于雙方的信息交流［1］。運用BIM技術協調的特點，使各單位、各專業間能夠得到及時有效的溝通，把建筑中的設計不合理、結構碰撞等問題解決在設計階段，減少后期的工程變更。

充分利用EPC項目管理的特點，形成設計與施工相互協調的工作流程。總包單位配備各專業的設計與技術管理人員，負責對接各專業設計團隊，同時與設計單位保持有效的交流，提供項目施工方案或者施工現場最新的設計需求，便于設計人員對模型進行優化調整。

總包單位在收到設計模型后，組織項目BIM工作小組和專業分包對設計模型會審。通過Revit軟件對各專業模塊進行集成，使用Navisworks軟件對各專業進行碰撞測試。與傳統的圖紙會審有所不同，項目管理人員利用BIM模型可視化的優勢，使用設計單位提供的設計模型與施工圖進行疊合審查，對多專業圖紙之間協調進行把關，從而提高項目管理人員對各專業圖紙檢查的準確性［2］。

3.2 數字加工

3.2.1 模型數字化

集成BIM技術和數字技術的深化應用，建立數字化模型。對鋼結構和幕墻的模型進行數字化的深入設計，如圖2所示，賦予加工所必要的信息。隨后將模型信息傳送給廠商進行構件的加工，通過數字化模型直接傳送數據，同時使用數字化模型生成二維加工詳圖和材料清單。由于數據的準確性和不遺漏性，BIM模型的應用能夠有效解決信息創建、管理與傳遞的問題。

3.2.1.1 鋼結構專業

確定鋼結構構件的空間參數，對鋼構件位置進行三維校核，消除施工圖設計和加工工藝的誤差。通過BIM設計的三維可視化特性，展示出鋼結構與幕墻的空間構造關系，對構造關系明顯有問題的位置，由專業分包提出解決意見，由設計單位進行審核，審核完成后進行模型的修改優化，從而提升出圖質量［3］。

3.2.1.2 幕墻專業

幕墻與鋼結構節點，如圖3所示。接口處理，規定預留在鋼構件上固定連接節點屬于幕墻專業深化范疇。幕墻與鋼結構節點之間的轉接件，由幕墻專業進行設計、深化、制作、安裝。在施工過程中，鋼結構在安裝過程中產生的位置偏差，需要幕墻專業分包對轉接件的調整，消除由鋼結構產生的誤差。

3.2.2 構件制造

通過數字化技術的研究與應用，對構件數據進行錄入，在信息化建造管理平臺中形成模型管理的數據庫，通過數據庫對構件加工制造進行數字化管理。

鋼結構與多曲面幕墻使用三維掃描技術，通過測量進行數據的實時反饋，以解決構件與現場施工不匹配的問題。現場施工過程中利用三維掃描技術提取數據，與數據庫數據進行比對，利用BIM技術分析和優化鋼結構和多曲面幕墻設計，確定建筑控制基準點，采用參數化建模公式，根據構件成型原則和公式，消除施工過程中的誤差，并以該模型為基準確定鋼結構構件模型、幕墻分格模型、加工板塊模型等，以及出具加工下料表，最終完成對鋼結構與幕墻構件的加工。

在實現精準加工的同時，有效解決鋼結構與多曲面幕墻設計和制造系統之間的“信息孤島”問題，實現工程信息共享與集成管理。

3.3 智能建造

3.3.1 材料管理

以數字化模型為基礎，提取所有構件的編號信息，并通過二維碼平臺所生成的二維碼進行一一綁定［4］。二維碼內包括構件的基本信息、定位信息、運輸信息、施工驗收信息等。將構件二維碼與工作人員、運輸車輛信息進行綁定，記錄構件生產加工至安裝驗收每個階段的相關信息。

首先，構件進場前，生產廠家將二維碼與構件進行匹配粘貼，通過二維碼上傳構件的合格證明、質量證明等文件。總包單位通過信息化建造管理平臺和掃描二維碼，即可快速查看構件生產相關的信息。

其次，構件進場時，現場施工人掃描運輸車輛或者構件二維碼確認構件的基本信息、運輸信息等，材料工程師進行材料進場信息驗收，查看材料堆放的注意事項，完成材料驗收流程。現場施工人員通過掃描二維碼，直接將構件運輸至施工場地附近的材料堆場，避免出現現場構件丟失的問題。

最后，構件入場后，項目管理人員掃描二維碼，上傳施工方案、施工動畫模擬等技術指導性文件，完善施工所需要的信息。而施工人員通過二維碼可以查看構件的定位信息、安裝信息等，了解施工工藝、施工質量要求信息等，使施工時的質量提前得到保障。

3.3.2 可視化管理

在鋼結構安裝過程施工中，利用信息化建造管理平臺進行輔助管理，綁定施工人員、工程材料、機械設備等信息，對施工過程進行實時管理。通過BIM技術管理手段，對這些信息進行時間管控，從中可以發現鋼結構在施工時所存在的問題。

3.3.3 鋼結構與幕墻定位

鋼結構與多曲面幕墻定位測量施工需要精確控制，以保證結構施工與BIM模型保持一致。項目通過鋼結構與幕墻的數字化模型，導出構件的坐標數據，同時在模型上對定位點進行編號，如圖4所示。施工時可以根據構件坐標數據表和幕墻定位模型信息對比，確保安裝數據無誤［5］。

在施工中及時對數據進行調整，根據已調整的主體與鋼結構模型，掃描施工現場已完成主體與鋼結構得到點云模型，通過模型提取的坐標數據，用于施工現場對構件定位的數據調整。在此模型基礎上對模型進行分析調整，及時消除現場構件安裝產生的誤差。

4 結語

本項目將BIM技術應用貫穿幕墻工程設計施工全生命周期，詳細闡述了高層鋼結構與多曲面幕墻設計施工一體化中BIM技術在項目的正向設計、模型深化、施工模擬、專業模型深化、構件加工等方面的應用。在設計管理、協同管理、質量管理和技術管理中，基于傳統管理、技術應用中存在的問題和不足，通過對EPC管理模式下高層鋼結構與多曲面幕墻的BIM技術的研究與應用，可以強化設計采購施工之間的協調工作能力，形成可參考的BIM技術應用管理體系，提高項目整體的管理能力。

參考文獻

［1］曾樂. 超高層房建項目設計施工一體化BIM應用［J］. 土木建筑工程信息技術，2021，13（6）：138-144.

［2］徐惠兒，豐景春. 基于BIM的EPC項目價值增值研究［J］. 工程管理學報，2018，32（4）：137-142.

［3］王梟萌，侯慶達，呂家玉，等. BIM技術在復雜多曲形建筑施工中的應用［J］. 土木建筑工程信息技術，2022，14（1）：86-96.

［4］楊揚. BIM在EPC項目管理中的應用［J］. 中國住宅設施，2021（12）：117-118.

［5］尚彬彬. BIM正向設計如何高效協同［J］. 住宅與房地產，2020（20）：18-21.