BIM 技術在雙曲面GRG 幕墻設計施工中的應用

范文東

（山西工程科技職業大學，太原030619 ）

1 前言

近年來，隨著社會經濟的快速發展，山西太原進入了信息時代的快車道，在山西省委省政府的部署下，瀟河產業園區新建了一批集會議、接待、展示功能的大型公共建筑，以提升太原的會展水平。其中瀟河新城國際會議中心報告廳是國內較大規模的報告廳，本文以此項目為例，介紹BIM技術在其中的運用經驗，供同行交流分析討論。

2 工程概況

施工范圍為國際會議中心4 標段，兩會報告廳及附屬用房區域。施工面積：2133㎡。主要施工內容：天花頂面GRG、墻面木紋陶鋁吸音板、地面木地板，由于造型特別復雜，施工難度較大，下面介紹一下GRG板的材料特點：

（1）無限可塑性。GRG 是玻璃纖維加強石膏板材料，先做模具，流體預鑄式生產方式，可以做成任意造型，滿足設計師的想象力和創造力。

（2）調節室內小氣候。可根據室內溫度和濕度，自動吸收和釋放水汽，提升室內環境質量和舒適度。

（3）重量輕，強度高。GRG 板規格有3.2mm 至8.8mm不等，重量在4.9kg-9.8KG/m2之間，施工簡便，強度高。

（4）聲學效果好。多用于劇場、報告廳，可改善室內音質效果，具有良好的隔聲、吸聲效果。

2.1 BIM和參數化技術設計優化路徑

從本項目設計優化階段BIM 和參數化軟件使用情況及設計優化內容可以看出，BIM 和參數化技術的協同應用場景設計重難點主要集中在以下三處：一是幕墻外表皮，異型幕墻造型，表皮參數化及定型參數；二是主體空間結構，網架空間定位，與表皮幕墻關系；三是幕墻BIM模型協同與設計施工技術交底。

首先，針對雙曲面板造型控制及定位問題，設計團隊采用BIM參數化技術，提取雙曲面板的平面控制線，將Nurbs 曲線優化為圓弧，再定位其弧長、半徑、圓心；再由遺傳算法動態計算曲面平板率，得出最優方案。然后，設計與施工團隊分析比較其可行性，全專業團隊協作參與，進行碰撞檢測，確定建筑構件及設施設備滿足安全距離要求。

由本項目工作流可以看出，幕墻表皮優化是問題的核心所在，與幕墻自身的技術特征、材料加工、應用的軟件技術等息息相關。運用BIM參數化技術，可以解決上述諸多問題，BIM技術的全專業模擬性可深入模擬施工過程，加快了施工進度，提高了設計施工質量，避免浪費。

2.2 Revit 模型

通過族模型和體量模型搭建，生成網架結構模型，進而生成吊桿和支吊架，與二次網架模型創建。BIM軟件可模擬性，創建真實場景構造，可以1：1 復刻基礎結構條件。利用Revit 強大的信息化模型參數屬性功能，可以賦予構件長度、寬度、高度參數化信息并導出工程量明細表。由于會議中心空間尺度大，主體結構復雜，尤其是空間網架對面層GRG 板影響很大，稍有偏差會對整體美觀造成影響。為避免此類問題，空間網架施工后，在GRG 板施工開始之前，需根據實際結構及網架位置標高等關鍵尺寸標高進行必要的復測。根據復測數據，通過BIM技術對GRG 板模型做出調整，以保證面層施工順利進行（圖1）。

圖1 Revit 模型

2.3 建立犀牛GRG 模型

Rhino 建模工具由美國Robert McNeel&Assoc 公司開發，具有較高的兼容性，基于NURBS 算法，其能夠建構表達復雜、非線性且高精細度的建筑形態空間信息。項目中采用犀牛軟件對吊頂GRG 雙曲面板進行參數化建模，而且犀牛模型與Revit 軟件有很好的兼容互通。Rhino 的命令行輸入方式與CAD 軟件工具相同，可進行二維與三維建模，并具有多種復雜建筑形態建模能力，可構建多類型函數曲線和曲面。BIM系列軟件的強大功能就在于只有你想不到，沒有做不到，軟件可完成各種異型模型，優化設計方案，精準定型定位，提升設計效率，而且還可以自動算量，實現快速準確清單計價（圖2）。

圖2 GRG 模型

2.4 GRG 加工圖

依據犀牛模型，導出每塊雙曲面GRG 板的圖紙，并進行詳細標注，進行審核每幅加工圖，確保與模型一致，并且項目部、廠家雙方簽字確認，廠家依據簽字圖紙尺寸進行精準加工。借助Grasshopper 袋鼠插件固定尺寸優化細分，雙曲面的攤平、編號、數據統計、各個邊長、面積計算等，數據導出Excle 表格并算料下料圖表。

利用BIM技術，可實現施工過程及構造三維模擬化技術交底，生成動畫演示，直觀可視化交流溝通演示匯報，打破傳統二維圖紙信息抽象表達局限。軟件對模型構件排版編號，預排施工模擬，并利用全站儀打點精準定位，減少錯誤及誤差，提升施工安裝質量（圖3）。

圖3 加工圖

2.5 數字化協同

本項目提出設計優化的迭代過程，涉及參數化模型與BIM 的協同，各專業和專業間的協同（建筑、結構、幕墻和機電構件的設計、碰撞檢查、空間分析等），以及設計團隊、業主和合作單位的高效協同等。本項目模型復雜，設計團隊使用Rhino-Revit 插件在Revit 軟件中修改曲面造型和傳遞模型信息的做法，避免了不同軟件間模型轉模引發的構件丟失問題，同時在Revit 軟件中調用Grasshopper 插件對部分曲面進行調整（圖4）。

圖4 節點圖

2.6 整體模型展示

利用BIM 技術Revit 軟件建立數字化三維信息模型，模擬實際工程項目，極大豐富了從設計到施工的科學技術手段，體現了與時俱進的當代魯班時代精神（如圖5 ）。

圖5 整體模型

3 BIM 技術應用價值

（1）提高了設計深化質量，避免返工。

（2）各專業協作，成功將甲方乙方零距離對接，無障礙交流溝通。

（3）節約成本，凡事預則立，不預則廢，將問題前置解決問題，提高了勞動生產率。

（4）BIM國產化軟件使用，擺脫了對國外軟件的依賴，解決了卡脖子問題，保證了質量。

4 難點與不足

（1）很多施工人員不了解BIM，對BIM 應用技術一無所知，加大了交流溝通協作的難度。

（2）各款軟件存在不能有效兼容問題，數據文件傳遞存在不共享、信息丟失的情況，還需要修改完善，增加了工作量。

5 結論

建筑技術發展是一個國家科技實力的體現，BIM技術在建筑業各領域已是大勢所趨；各專業協同是BIM技術的一項優勢，我們將不懈努力，對國產化BIM 技術進行持續探索，全面推動國民經濟建筑業健康發展。