參數化建模在幕墻設計施工中的應用

■ 龐德強 Pang Deqiang 毛伙南 Mao Huonan

0 引言

參數化建模技術在輔助建筑設計上的應用越來越廣泛，其發(fā)展時間短暫，發(fā)展速度卻令人嘆為觀止。目前，在建或已建成的形態(tài)各異的建筑中，或多或少都有參數化軟件的設計輔助。在各種常用的參數化輔助設計軟件當中，R h i n o c e r o s和G r a s s h o p p e r組成的設計平臺是目前使用最為廣泛、最為流行的一套設計平臺，這主要得益于R h i n o c e r o s建模軟件強大的造型能力和G r a s s h o p p e r獨特的可視化編程建模方式。

1 項目概況

本項目為公司在新加坡承接的一個海外重點項目，其外形就像是一個船體（圖1～4），幕墻面積1 0 0 0 0 m2。由于立面造型復雜，特別是有個船體的造型，加上土建施工方沒嚴格按圖施工和設計，有比較大的出入，必須采取有效手段予以糾正。本案就是要糾正土建的誤差和優(yōu)化建筑的立面效果，用參數化來解決幕墻施工設計中的問題。

圖1 項目效果圖

圖2 項目立面圖

圖3 項目平面圖

圖4 項目剖面圖

2 三維空間建模

作為幕墻施工單位，要把設計師的意圖和想法實現到現實來，必須完善幕墻施工圖。但通過圖紙，我們很難在二維的平面上看出個究竟。因此，必須進行三維空間建模。這里，我們用Rhinoceros的平臺對設計院的圖紙進行校對。

2.1 輪廓處理

將每層的平面圖紙導入到Rhinoceros中（圖5），對每層的輪廓線進行描繪。通過對比分析，最終確定以8層的平面輪廓為標準進行輪廓處理（圖6）。

2.2 造型分析

根據甲方要求，幕墻的剖面斜率要保持一致的3.5°傾角；同時，還要滿足建筑紅線的規(guī)劃要求（圖7）。另外，根據目前工地現場已經完成的4層結構面實測數據，施工的實際偏差還不小。而此刻，工地為了趕工期，正在忙著搭建第5層的腳手架。時間緊迫，必須在搭建5層結構模板之前，把幕墻的模型給定下來。

但是設計院提供的圖紙有缺陷，加上甲方趕工的時間倉促，這就給幕墻的設計施工帶來了困難。通過對圖紙的大致分析，我們對該造型有了概念。這是一個倒橢圓臺造型，對于這種非線性的造型，通常的二維C A D的表達方式是難以表達出來的。

為了方便施工，節(jié)省材料成本，板塊必須盡可能少，決定將板塊做成等腰梯形。但是，要達到等腰梯形的要求，且每個板塊夾角大小一樣，那這個弧必須是圓弧才可以。根據這個思路，最終就把橢圓造型分解成3部分：大弧段部分由大圓弧去擬合，小圓弧段由小圓弧去擬合，它們的連接部分再用圓弧段去擬合。也就是說，整個橢圓造型是由3個圓弧構成的。圖8為擬合的三段弧線段。

2.3 建模

2.3.1 外表皮構建

（1）利用圖8的3條線段進行模型構建，這些都是在參數化建模的環(huán)境下完成的（圖9）。

（2）利用這3條輪廓線進行偏移，定向移動，再放樣生成表皮（圖10）。

（3）對生成的表皮進行檢驗，看其跟之前的結果有沒有碰撞（圖11）。

（4）通過對偏移尺寸的控制，將表皮的最外邊控制在建筑紅線之內（圖12）。必須將外圍的輪廓線往里偏移450 mm。

圖5 導入的各層平面圖

圖6 8層平面圖

圖7 規(guī)劃紅線圖

圖8 擬合的三段弧線段

圖9 G H構建表皮的邏輯關系圖

圖10 生成的表皮造型

圖11 驗算外輪廓和紅線的關系

圖12 在G H中調整尺寸

2.3.2 碰撞檢測

將外表皮建完之后，下一步工作就是檢測表皮和結構之間會不會碰撞。

（1）重新抽取每層的結構輪廓線（圖1 3），具體的位置對應每層的標高。由于設計院圖紙的原因，原設計的結構有誤差，使得幕墻超出了建筑紅線，必須重新根據紅線來定義結構。因此，現在抽取的結構線就是實際施工的結構線。

（2）抽取完結構線之后，就要對幕墻的表皮進行劃分。根據節(jié)點的剖面進行玻璃板塊的定位，并根據定位線，提取到G H插件中（圖1 4、1 5）。

（3）通過表皮的分割，得到了凈玻璃板塊（圖1 6）。這些的工作也全是在參數化的平臺中完成的。

2.4 施工下單

（1）為了方便下單，需要對板塊進行編號，對三維空間的板塊進行攤平（圖1 7、1 8）。

（2）由于有絕大部分的板塊是相同的，為了節(jié)省設計者的時間，必須把相同的板塊進行分類。不過，在分類之前，首先要給板塊進行編號（圖1 9～2 1）。

（3）最終，我們得到了不同的板塊。提取每個板塊的編號、尺寸、對角線和角度等信息（圖2 2、2 3），生成數據表格（圖2 4、2 5）。

（4）把邏輯關系通過Grasshopper表達清楚之后，其后續(xù)工作基本都是自動生成，就可以批量下單了，大大節(jié)省了設計者的時間。

圖13 樓層的各層結構輪廓線

圖14 玻璃剖面圖

圖15 GH中對玻璃進行分割

圖16 玻璃板塊分格透視圖

圖17 GH中對板塊進行攤平的邏輯關系

圖18 攤平的玻璃板塊

圖19 GH中對板塊進行編號的邏輯關系

圖20 帶編號的玻璃板塊

圖21 GH中對板塊進行歸類的邏輯圖

圖22 帶有編號、尺寸、對角線、角度的板塊

圖23 板塊放大圖

圖24 GH中輸出表格的邏輯圖

圖25 生成的數據表格

3 結語

回顧整個建模過程，需要手工完成的部分就是導入平、立、剖面和節(jié)點大樣圖。在確定輪廓線之后，其他的步驟均可以交由G r a s s h o p p e r插件來完成，通過編寫邏輯關系，實現參數化的建模，極大地提高了幕墻設計和施工下單的效率。