BIM拓展下的异形幕墙设计及施工方法分析

来源:用户上传      作者:严光芒

　　摘要：随着建筑技术的逐步发展，其本身的形式也在不断突破。而幕墙作为建筑外在表现的载体，集建筑美学与功能于一体。本文通过 BIM技术在一些幕墙工程案例中应用的探索，分析概述 BIM技术在幕墙设计施工中的工作流程，重点从幕墙设计优化展开，到现场测量放线，定位安装;结合传统施工流程与数字化流程，分析幕墙设计施工的一般方法，为异形复杂幕墙工程提供问题解决思路。
　　关键词：BIM 幕墙设计施工方法数据分析
　　中图分类号：S611文献标识码：A文章编号：1674-098X（2022）05（b）-0130-03
　　随着建筑技术的逐步发展，其本身的形式也在不断突破。而幕墙作为建筑外在表现的载体，集建筑美学与功能于一体。形式多样的幕墙造型、复杂多变的幕墙系统也促进了幕墙施工技术的进步。而 BIM技术作为一种新的工作思路，在这种背景下也逐步得到深入应用。
　　本文基于项目的施工重难点，运用 BIM技术，将一体化设计、智能化施工纵深推进，以实现协同工作为目标，探讨打通各流程之间壁垒的一般方法，为工程实施提供标准化作业流程参考[1-2]。
　　1项目重难点及对策分析
　　根据现有的幕墙工程（如杭州奥体中心三馆幕墙工程、杭州萧山国际机场幕墙工程等），总结一些幕墙项目存在的一般重难点，并针对问题进行分析，为后期设计施工的完美履约寻求解决思路。
　　1.1特点分析
　　项目规模大，是重点工程，要争创国家级工程奖项，工艺要求较高;占地面积大，施工专业多，同时交叉施工，施工现场管理挑战大;幕墙系统种类多，工艺复杂，深化设计要求高;材料种类多;结构外形为双曲面，造型扭曲，规律难寻，施工定位难度大，施工质量难以保证。
　　1.2 BIM解决措施
　　使用 BIM技术、智能设备等数字化先进管理手段，确保项目能够提质增效。结合整体模型进行4D模拟，合理安排各专业施工进度;使用协同管理平台，各专业单位基于平台沟通协调解决施工问题。基于 BIM 模型，分解各工序，将关键计划前置，以双优化为导向，简化工艺，合理深化，达到创造效益的目的。使用三维扫描技术进行逆向建模，基于模型优化曲面构成，深化下料，使用放线机器人测量定位，提高精度与效率。
　　通过重难点及相应对策分析，明确 BIM技术在项目中的应用方向与思路，由设计到施工的全流程、多层级应用，为项目提质增效创造基础条件[3-4]。
　　2 BIM技术在设计中的应用
　　如何在完美履约的同时，实现降本增效的目标，这一直是施工单位思考的问题。而作为“双优化”之一的设计优化，更是从源头对项目的成本效益进行把控的关键。设计优化所囊括的方面很多，主要在规范、效果、性能允许的情况下对幕墙从整体造型、细部构造到物料使用等方面的优化。
　　基于 BIM全局的设计优化主要目标从6个方面入手：消除结构沉降及误差影响、提升外立面效果、使采购加工及安装更加简便、处理现场变更更加便利、安装避免交叉施工影响、质量更加容易控制。
　　由于幕墙表面造型的特殊性，造成了构件与构件之间连接的特异性，三维可视化设计能够基于模型拟合设计效果并及早发现存在的设计问题。
　　目前，在幕墙专业建模的基本思路多是采用Rhino+grashopper为主，Revit 等软件作为辅助。先从原设计院提供的建筑表皮模型入手，若无相应表皮模型，还需依据原始图纸和建筑师提供的幕墙表皮形成的规则算法和相应逻辑找出控制点和内在规律，进行点集处理，由点成线，由线成面，最终处理形成表皮。再以表皮为基准，进行分割优化形体，确立初步的幕墙分隔模型，进行建模，建立各幕墙系统模型，结合立面整体效果分析。
　　确立最初的幕墙分格模型，通过该分格后的模型可进行幕墙板块特性分析，采用参数化建模方式，批量分析板块几何特征，包括板块的尺寸、翘曲值、倾角、进出位变量等特征，为方案制订和优化提供理论依据。在设计下料阶段，通过应用Rhino+GH实现参数化联动，基于模块化的程序，将幕墙构件按照标准化编码规则进行分块编号，提取基础加工尺寸数据，与料单关联，并同步出具加工图。
　　幕墙深化设计从优化到放样，所有构件的统计、编号、生成加工数据实现批量化操作，在设计端就实现数据的自动流转，实现精度与效率的双提升[5-6]。
　　2.1基于 BIM技术的深化设方法
　　大部分异形幕墙深化优化方法都有规律可循，还是需由点到面，从全局考虑，保证质量的同时，综合考虑成本与效率，以一体化设计思想为指引，从目前实践中总结出基于 BIM技术的幕墙深化设计原则，根据具体项目，具体分析其适用性。
　　幕墙施工时本着设计先行原则，异形幕墙通过参数化分析，前期对幕墙系统构成进行分析，寻找共性特征尽量单方向规律化，中心散射状幕墙运用好退阶进阶原则，遵循片架原则、直角原则、等分化原则、单元化分隔原则，当遇到复杂形态无法控制时，可将问题扩大后忽略部分元素，增大自由控制度，对幕墙整体进行合理优化。以下就常用的几种方法进行介绍。
　　2.1.1片架处理
　　有些幕墙分隔呈现扭曲弯曲形式，对于后期幕墙施工及质量控制具有极大挑战性。幕墙表皮分格扭曲或错位时造成空间立杆扭转，为方便定位安装，保证整体造型的同时，使分隔立杆优化在同一平面上，形成片架成品安装。
　　2.1.2合理拆分
　　当片架原则中主龙骨仍存在错位状况时，可适当拆分表皮分隔与立柱的对应关系，多角度错位组合构成龙骨，综合考量排布增强安装调节适应性。
　　2.1.3直角转换
　　当遇到散射状扭曲幕墙分隔时，有时会出现极端尖角状况，不利于安装及材料加工利用，此时，散射交于合适边缘相互作垂线，形成类矩形面板，提高材料的利用率。
　　2.1.4曲率优化

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