幕墻BIM全流程預控技術的實施

戰慶賓

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近年來，二十一世紀是一個信息化時代，信息技術被廣泛應用于各行各業中。BIM技術作為信息時代下的產物，在建筑幕墻工程施工中起到了重要作用，需予以高度重視，不容忽視。建筑幕墻施工并不是一項簡單的工作，其涉及到多方面內容，具有一定的復雜性，為保障其施工質量，應當改變傳統的施工管理模式，積極應用BIM技術，并基于該項技術實施全生命周期管理工作，運用BIM全流程預控技術，以提高幕墻施工效率，確保幕墻施工質量達到標準要求。幕墻BIM全流程預控技術的應用，具有信息化特征、數字化特征和參數化特征，能夠有效把控好幕墻設計和施工的每一個環節，突出幕墻應用價值。

1 幕墻和BIM技術的相關內容

1.1 幕墻

所謂幕墻，簡單來說就是建筑的外墻圍護，其不具有承重性，是一種帶有裝飾效果輕質墻體，一般由面板、支承結構組成。可將幕墻看作是獨立完整的整體結構體系，一般在主體結構外側，包裹于主體結構表面上，具有一定的微動能力。幕墻不僅要展示建筑工程外部的美觀性，還要具備一定的功能，如保溫性、防雨水滲漏性、抗風壓變形等。幕墻工程的質量相對來說比較輕，而且設計上十分靈活，有著不錯的抗震能力，需要進行系統化施工，在維修方面較為便捷。從工藝方面來看，可以將幕墻工程分為三種：一種是半單元式幕墻，一種是結構式幕墻，另一種則是單射式幕墻；從材料方面來看，則可以將其分為玻璃幕墻、金屬材料幕墻、石材幕墻等[1]。

1.2 BIM技術及其特點

BIM指的是建筑信息模型，其涉及到多方面的內容，如三維圖形、建筑學、物件導向等，需要充分發揮數字化技術的作用，為模型創建提供完整而精準的數據庫。BIM技術不僅可以運用于工程設計中，還可以融入于建筑工程的全生命周期管理中。BIM技術的特點主要表現在以下幾個方面：一是具有可視化特點。指的是使用BIM技術來處理建筑工程的時候，能夠利用三維技術將整個施工過程、設計方案呈現出來，每一個構件之間都具有一定的聯系，能夠相互反饋。其不僅能夠使用效果圖來直觀展示建筑工程，還可以在設計、施工、管理等各方面進行可視化討論、決策，有利于保障決策的準確性；二是具有協調性特點。指的是使用BIM技術可以發現各專業施工中存在的沖突、矛盾，能夠進行碰撞測試，加強設計、施工等單位的交流和溝通；三是具有模擬性。指的是既能夠模擬設計出建筑無模型，還能模擬出無法在真實世界中操作的事物，可在設計階段開展模擬實驗，如節能模擬、熱能傳導模擬等；四是具有優化性。指的是可根據施工實際情況的變化，利用BIM技術進行相應的調整和優化。

2 BIM技術在建筑幕墻施工全生命周期管理中的應用

2.1 方案比選與概算確定階段中的應用

在建筑幕墻施工過程中，可利用BIM技術來進行方案比選，并確定概算。需根據建筑設計理念來利用相關技術軟件制定相應的建筑幕墻方案，創建數字化可視模型圖。在這個過程中需要聯動圖形和數字化，進行參數化設計，為后續的方案比對提供可靠的參考依據。幕墻條件、建筑形態、周邊環境需要進行邏輯聯動，通過可視化的數字形式來進行相應的表達，呈現出建筑項目的整個形態。要選擇出最優的幕墻設計方案，并基于此來確定建筑設計的整體方案，創建基礎的BIM模型。可利用Revit和Rhino等軟件來進行3D化處理，以便于直觀觀察進行選擇。

另外，還要在確定方案之后，使用BIM軟件來統計建筑幕墻工程量，以便于作出精準的概算，給建筑投資方提供參考數據，使之作出正確決策。

2.2 招投標及合同簽訂階段的應用

在建筑幕墻招投標及合同簽訂階段，同樣需要應用BIM技術。可使用BIM技術來科學編制招標文件，把控好每一個項目的招標限價。相較于傳統的招投標方式來說，BIM技術的應用，有利于投標人員快速比對各個項目，并作出準確的判斷，選定中標人與之簽訂合同，提升了招投標工作效率，而且能夠在一定程度上規避風險。BIM技術的運用可以通過制作3D可視化動畫來對整個幕墻項目施工進行模擬，可判斷方案的可行性，進一步優化施工組織設計，同時還可以根據觀測施工流程而確定適宜的施工工期，能夠更為直觀地展示投標人的綜合能力，促進合同簽訂[2]。

2.3 幕墻現場施工階段的應用

在幕墻現場施工階段應用BIM技術的時候，先要做好施工測量工作。可使用3D掃描技術來獲取現場的結構數據，然后再將所采集的數據導入至BIM模型中，以構建相應的空間坐標系，把控好每一個控制點，以便于有效管理幕墻施工。

要優化施工圖，可使用3D技術來進行施工測量，獲取數據之后構建BIM幕墻體系模型，將該模型和原始建筑施工圖進行對比，再結合結構施工圖、幕墻設計方案圖來進行碰撞測試，以判斷是否存在施工沖突。可充分發揮BIM技術作用，完整呈現整個幕墻施工的實際工程，以便于進一步優化施工作業。幕墻設計人員要重視細部節點的把控，可使用BIM技術來處理變形縫、女兒墻根部、滲漏水等部位，充分考慮影響其質量的各項因素，并采取有效措施來加以把控。在利用BIM技術進行比選之后，所選擇的施工方案不僅要保證建筑幕墻外觀的美觀性，還要充分發揮幕墻的功能作用。

要在施工前加強與其他專業的交流與配合，要聯合BIM模型和其他施工模型，綜合考慮建筑工程中的各項施工項目，找出存在施工問題的部分，加強設計方、建設方、施工方之間的交流與合作，改進施工方案，為后續施工的順利開展奠定扎實基礎。同時，還要做好材料采購和加工工作。應當根據現場施工進度計劃，使用Rhino軟件來對單獨的項目進行建模，再實施參數化處理，以便于確定所需要的各項材料，確定最終的材料數據、類型等，做好編號工作，確定好尺寸、角度等關鍵的材料數據信息，之后便可以進行精準下單采購，避免材料采購浪費，或是出現人為輸入導致的信息錯誤。這種自動化生成采購數據的模式，還能夠根據幕墻結構局部的變動進行相應的調整。加工廠也可以利用BIM技術生成的三維模型、數據材料單來有效也能用計算機數控設備，進行精準加工，聯動了材料單和加工設備，體現了數字化加工優勢。

要重視現場安裝工作，可基于Rhino軟件所創建的模型來獲取定位坐標點，充分發揮全站儀的作用，進行科學的現場放樣測量，以便于精準地確定各個預埋件的安裝位置。測繪人員可使用全站儀來將模型上的坐標點，還原至現場中，并通過實際情況來紀念性相應的調試，檢查是否存在碰撞，進一步解決沖突問題，避免二次返工。還可以根據材料尺寸、縫隙的情況來深化設計BIM模型，減少錯誤率，將所有的數據進行共享，創建BIM數據庫系統。

2.4 幕墻移交和維保階段

在完成幕墻施工之后，需要將BIM模型數據進行移交，為之后物業管理、業主使用提供可靠的參考依據，以便于其進行有效維護，及時發現和分析問題，找到具體位置并加以解決。一方面，要利用RFID技術將建筑內部獨立運行操作的各個設備匯總到一起，進行集中化管理，以便于全面掌握設備的實際運行情況，方便之后的遠程控制。同時，還要確定各設備所在的空間位置，將編號轉化為三維圖形位置，這有利于之后進行查找和參看；另一方面，可通過BIM技術來創建三維模型，實現可視化，以便于有效調用幕墻施工中的各項信息數據，提高信息查詢效率。還需重視幕墻維護工作，統一管理所有的維護數據，通過科學的數據分析來找出問題，加強建筑幕墻管理。

3 幕墻BIM全流程預控技術的實施

以某中心大廈的幕墻工程為例，來探討幕墻BIM全流程預控技術的實施，其主要路徑包含了以下內容：

3.1 參數設計

在幕墻施工過程中幕墻深化設計是最為重要的第一步，需要彰顯出建筑幕墻的設計理念。可利用BIM技術來把控好設計過程中的每一個環節，精準表達出建筑設計方案中傳達的理念，確保設計過程無誤，避免出現設計上的矛盾，影響設計效率的提升。尤其是在一些較為復雜的幕墻設計中，更是需要通過BIM技術的參數化設計來進一步優化。首先，要生成建筑外飾面。該安利工程中所采用的建筑外形是流線形態，并且具有漸變性，建筑外表是由三維漸變單元板塊所組成，這些板塊之間的差異性較小，可呈現出平滑的建筑效果。在設計過程中，應使用Rhino+GH軟件平臺（圖1）來建立建筑幕墻表皮模型。模型創建中需要遵循建筑幕墻成行原則，并輸入坐標點、控制線和尺寸等相關參數。基于實際數據和資料生成模型之后，需要由建筑師、幕墻顧問來共同審核、確認，無誤之后才能再繼續開展后續設計工作。

圖1 Rhino+GH軟件平臺的運用

其次，要提取和優化幕墻板塊數據。在進行幕墻設計的時候，可進一步優化幕墻單元板塊框架和玻璃板塊以及曲面板塊。優化幕墻板塊框架的時候，需歸類優化尺寸相近的幕墻板塊，還要根據板塊尺寸的變化來考慮板塊間的插接框縫隙。完成優化之后，可確定最終的板塊類型數量。同時，還需要基于實際需求和情況來優化框架高度、寬度及橫豎框的夾角，從步距角度來進行劃分，以便于得到最終的組數、編號；優化幕墻玻璃塊的時候，要根據幕墻框架的優化數據來歸類優化尺寸相近的玻璃板塊，以便于確定玻璃板塊的類型數據，同時還要將同一個步距范圍的玻璃板塊分為一類，以獲取編號、組數；平板化幕墻曲面板塊的時候，需要控制好玻璃板塊的平整度，可利用外裝飾面定位線來鋪設玻璃板塊，以確保建筑造型與設計相符[3]。

3.2 數字化加工

在幕墻施工過程中，加工幕墻構件十分重要，需要嚴格把控幕墻施工的精度。不僅要嚴格按照設計要求來加工，還要控制好加工中的細節，盡量提升加工效率，這就需要轉變傳統的加工方式，有效應用BIM技術，實施數字化加工。就目前而言，市面上的型材加工中心能力參差不齊，具有高性能、高效率的加工中心并不多，大部分加工中心難以應對復雜的幕墻構件加工，整體效率還有待于進一步提升。在這種情況下，應當有效融入BIM技術，以提高構件加工能力，發揮先進設備作用。BIM技術支持下的全自動加工路徑，能夠提高復雜幕墻構件加工效率，保障加工質量。在實際應用過程中，由于大部分BIM軟件都支持CNC數控設備軟件接口，因此能夠直接將3D構件進行轉化，以便于加工設備準確讀取相關設計信息，然后基于構件加工工藝規則，來明確加工工序，科學組合加工工藝，嚴格按照加工流程來執行作業，以保障最終的加工質量。需根據要求選擇使用適宜的刀具、夾具等，確定好且削用量，計算出相應的加工工序時間，充分發揮計算機的輔助作用。可將計算機輔助工藝規劃轉為NC語言，把相關數據輸入至數控機床中，進行數字化的幕墻構件加工，提高構件精度。

3.3 信息化施工

在進行幕墻施工的時候，需要協調把控好每一個施工環節，處理好和其他專業的合作關系，要根據現場施工實際情況的變化而進行相應的調整，防止出現同區域的交叉作業。要科學設計和布置臨時施工設施，將單元板塊堆放至適宜位置，以保障施工質量。基于此，相關人員應當充分利用BIM技術，實施信息化施工。在幕墻施工階段，需要先對檢驗幕墻設計方案，看其是否符合要求，同時還要確保構件加工質量達標，以免影響后續施工質量。施工結果將體現在建筑形態方面。要詳細論證施工結果，做好信息化預拼裝工作，加大現場管理力度。施工人員要及時調整精度，監測相關數據，一旦發現問題要予以解決，確保幕墻施工方案的可行性。應當在Revit（圖2）的基礎上創建BIM模型，輸入安裝時間信息，然后進行相應的模擬，再將幕墻模型和其他專業施工模型相結合，觀測同一時間段內是否存在同區域的交叉施工，改進存在矛盾的部分。BIM模型可以模擬塔吊、施工吊機等設備的工作情況，有利于分析出實際所需的施工范圍、效率。還能夠把控好卸料平臺的時間，判斷卸料平臺的翻轉周期，根據施工需求來確定所需的臺數。

圖2 Revit界面應用

4 結語

在建筑幕墻工程建設中，應當充分發揮BIM技術的作用，將BIM技術有效運用于幕墻工程全生命周期中，同時還要利用幕墻BIM全流程預控技術來進行參數化設計，實現數字化加工和信息化施工，從而提高幕墻施工效率，保障幕墻施工質量。