[分享]干货！幕墙BIM应用

发表于2018-12-28 1039人浏览 3人跟帖总热度:224

筑龙币+50

Asmar

标签：幕墙BIM应用深化设计阶段幕墙BIM应用幕墙板块施工模拟施工管理设计优化

为建筑量体裁衣

——深化设计阶段幕墙BIM应用

一、幕墙的深化设计需要BIM加持

幕墙被称作建筑的外衣，它不仅承载着建筑师对设计理念的表达，还要兼具遮风挡雨等基本功能，这就决定了幕墙同时具有建筑与机械的两种特性。随着新材料与新技术的不断进步，线性的表皮已无法满足建筑师对创意的呈现，更多的流体、非线性建筑出现在我们的视野中。扎哈·哈迪德、马岩松等先锋设计师在缔造令我们惊叹的建筑物之余，留给幕墙工程师的却还有诸多设计及施工方面的难题。

幕墙工程师在深化设计阶段需要做的是使幕墙的建筑性与机械性达到平衡统一。其中，建筑性要满足建筑师对控制点位的要求，面板翘曲及弧形线条尽量符合原始设计所需达到的视觉效果；机械性方面则要满足工厂加工尺寸，结构连接安全稳定，排水路径合理有效等要求，同时还要兼顾成本及安装的可操作性。面对这样复杂的建筑及如此多的诉求，传统的CAD工具在具体实施时难免会捉襟见肘，参数化程度低、统计功能弱、构件关联性差等弊病逐一显现，需要进行大量的软件二次开发工作，而这种二次开发本身的思路与BIM类软件是相契合的。所以幕墙在深化设计阶段对BIM是有需求的，这种需求也更容易转化成为幕墙工程师使用BIM的动力。

△图1哈尔滨大剧院—马岩松作品

二、幕墙专业BIM软件选择

BIM类软件层出不穷，我们如何选择出一款适合幕墙深化设计的软件呢？遗憾的是，市面上并没有一款针对幕墙开发的BIM软件。我们只能退而求其次，选择可以满足幕墙特性的一款或几款软件的组合。前文提到了幕墙具有建筑和机械两种特性，那么我们就可以针对这两种特性来进行软件的挑选。

建筑类BIM软件推荐使用的是Rhino+GH的组合。Rhino自不必多说，它在曲面造型方面上的能力有目共睹。GH是grasshopper的缩写，中文译名“蚱蜢”，是“犀牛动物园”中的一款小插件。但正是由于它的引入，使得Rhino一跃成为参数化建模利器。这样的组合可以根据建筑师提供的幕墙成形原则和公式，找到建筑控制点的位置，由点成线，再由线形成建筑体型。参数化建模利用数字逻辑控制形体，有利于我们对幕墙板块进行推敲、归类及优化等操作。

机械类BIM软件推荐使用的是Catia或DigitalProject（以下简称“DP”）。DP事实上是基于Catia软件开发的专用于建筑领域的软件，在幕墙建模方面，两种软件区别不大。Catia和DP都提供了强大的曲面造型能力，其中的“Powercopy”功能可以快速建立自适应性极强超级副本，适用于同一创建逻辑的模型批量生成。软件精度标准远远超过一般建筑构件的模型精度要求，而且打孔操作及出图效率高。

再谈一下目前较为主流的BIM软件——AutodeskRevit。虽然软件提供了幕墙创建的模块，但事实上其精度及成果不能完全满足我们对幕墙深化设计的要求。Revit软件的优势在于其信息整合能力及强大的市场推广，这也是我们将其加入幕墙BIM软件库的原因所在。在Revit中，我们建议幕墙模型仅创建外轮廓尺寸，用于进行与其他专业的碰撞检查，施工推演等工作。精细度不宜过高，满足信息载体的需求即可，细部建模可交由机械类的BIM软件完成。

△图2幕墙专业BIM软件

三、幕墙深化设计阶段BIM应用

幕墙深化设计阶段的BIM应用的价值体现应从设计优化、数字加工及施工管理三方面着手。

1.设计优化

建筑师提供的设计模型或资料与实际施工还存在一定的距离，幕墙工程师需要在满足建筑师设计意图的前提下，尽可能的对幕墙板块进行优化设计，以满足现场施工要求及降低工程造价。例如图3中我们根据建筑师提供的铝板模型进行了板块的划分，划分后我们利用GH判断板块曲面特性后发现，312个板块中仅有3块为单曲面（涂红部分），其余309块均为双曲面。双曲铝板因加工制作难度大，造价远高于单曲板。幕墙工程师如果可以对板块进行合理优化，在保证外饰效果的前提上，将双曲板优化为单曲板，那么仅在材料费一项就将带来巨额的盈余。

△图3某工程双曲铝板判断

Rhino+GH的组合可以实现这一优化目标。首先与建筑师进行沟通，确定优化原则；再创建单曲面拟合双曲造型，判断优化后单曲板与原板的距离，利用GH中的遗传算法筛选出符合条件的最优解；最后，幕墙工程师与建筑师就优化后的模型进行讨论，确定优化结果，如下图所示。

△图4利用遗传算法优化双曲铝板

除此之外，Rhino+GH的组合还可以简化重复的操作，提高深化设计效率。例如板块编号、尺寸标注等操作完全可以借助参数化的手段进行批量生成，如图5所示。

△图5幕墙板块批量编号

2.数字加工

通过将幕墙3D构件的设计信息转换为构件的制造、工艺规则等信息，使加工机械按照预定的工序组合和排序，选择刀具、夹具、量具，确定切削用量，并计算每个工序的机动时间和辅助时间，从而实现幕墙构件加工的计算机辅助工艺规划，这一工艺规划可以转换为NC语言，输入数控机床后完成构件加工，从而实现数字化加工。

Catia和DP等软件都提供了良好的CNC数控设备软件接口，可以将在构件直接保存为型材加工设备能够读取的语言。

3.施工管理

建筑施工现场是幕墙从一款机械加工产品转化为建筑产品的转换池，同时也是各参与方协同工作的舞台，需要考虑不同专业的交叉施工、现场堆场排布、板块安装顺序及各专业间碰撞等问题。作为建筑信息的良好载体，Autodesk Revit软件在这一阶段发挥了强大的作用。在幕墙深化设计阶段，我们在软件中对板块赋予如安装时间、吊装区域等信息，结合其他专业模型，进行施工顺序模拟，碰撞检查等工作，对接后续现场实际施工，提前发现并解决问题，如图6所示。