基于BIM的信息化技術(shù)在幕墻工程中的應(yīng)用實(shí)踐

李 燦

上海建工集團(tuán)股份有限公司 上海 200080

由上海建工集團(tuán)股份有限公司承建的港珠澳大橋澳門口岸管理區(qū)旅檢大樓工程（以下簡(jiǎn)稱“旅檢大樓”），幕墻立面為標(biāo)準(zhǔn)化雙層鋁板設(shè)計(jì)，而天面遮陽篷及貴賓廳雨篷為雙曲面非標(biāo)準(zhǔn)化異形設(shè)計(jì)。幕墻面板面積120 000 m2（其中玻璃逾8 000 m2、格柵逾9 000 m2、鋁板逾90 000 m2），從深化設(shè)計(jì)到施工完成只有8個(gè)月時(shí)間。而相近體量的某項(xiàng)目幕墻專業(yè)僅現(xiàn)場(chǎng)安裝一項(xiàng)就用了2.3 a。傳統(tǒng)的管理模式無法完成嚴(yán)峻的工期目標(biāo)。因此，項(xiàng)目部運(yùn)用了以BIM為主的信息化技術(shù)貫穿了幕墻專業(yè)的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、物流以及安裝的全過程，以數(shù)據(jù)流管控為主線，在全環(huán)節(jié)提高效率、減少工期浪費(fèi)，達(dá)到了“后墻不倒，以科技跑贏時(shí)間”的效果，為完成該專業(yè)在4個(gè)月必須現(xiàn)場(chǎng)完工的施工目標(biāo)起到了積極的作用。

1 前端成果優(yōu)化并建立數(shù)據(jù)載體

旅檢大樓幕墻專業(yè)在設(shè)計(jì)階段為保障工期、提高效率，從伊始就放棄了平面圖紙，直接采用BIM技術(shù)進(jìn)行三維深化設(shè)計(jì)。此舉達(dá)到了3個(gè)目的[1-3]。

1）提高設(shè)計(jì)成果的可實(shí)施性。通過專業(yè)間的三維深化協(xié)同，解決了幕墻專業(yè)與其他專業(yè)間200余處的沖突問題。尤其是項(xiàng)目部運(yùn)用BIM技術(shù)快速確定了貴賓廳遮陽蓬頂部的水槽位置（圖1）和底部鋁板的燈槽尺寸（圖2）。此區(qū)域的BIM應(yīng)用不僅以最快速度確認(rèn)了現(xiàn)場(chǎng)施工依據(jù)，另外，以三維模型為載體的鋁板造型數(shù)據(jù)錄入數(shù)控機(jī)床直接生產(chǎn)代替了傳統(tǒng)生產(chǎn)的方式，解決了雙曲面轉(zhuǎn)角收口鋁板加工后出現(xiàn)無法拼接的問題，避免了現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)造成的工期延誤問題。

圖1 水槽位置

圖2 燈槽模型

2）優(yōu)化設(shè)計(jì)對(duì)生產(chǎn)及安裝的積極作用。

① 天面遮陽篷面板優(yōu)化設(shè)計(jì)。天面遮陽篷分為東西南北4個(gè)立面，項(xiàng)目部進(jìn)行初步BIM建模后發(fā)現(xiàn)，大部分鋁板四點(diǎn)不共面（圖3），每塊鋁板的尺寸都不一樣，同時(shí)也使鋁板的加工難度變大，無法進(jìn)行批量加工。通過BIM技術(shù)對(duì)模型優(yōu)化，利用參數(shù)化編程為鋁板編號(hào)（圖4、圖5），將每個(gè)鋁板尺寸導(dǎo)入Excel表格中進(jìn)行分類，尺寸相差在5 mm以內(nèi)的鋁板歸類為同一個(gè)尺寸，使得此類鋁板相同率達(dá)到65%，通過僅此一項(xiàng)優(yōu)化，在滿足設(shè)計(jì)要求的前提下，天面遮陽篷鋁板生產(chǎn)周期節(jié)省了約45 d。

圖3 鋁板四點(diǎn)不共面范圍

圖4 grasshopper編程

圖5 BIM軟件鋁板編號(hào)

② 幕墻鋼架的優(yōu)化設(shè)計(jì)。幕墻面板固定在幕墻鋼架之上，旅檢大樓項(xiàng)目幕墻鋼架的優(yōu)化設(shè)計(jì)重點(diǎn)是：我們將原設(shè)計(jì)方案的單件工生產(chǎn)再到現(xiàn)場(chǎng)焊接，調(diào)整為在工廠生產(chǎn)時(shí)即將單件生產(chǎn)為單片，再至現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行框架裝配（圖6、圖7）。將大量現(xiàn)場(chǎng)焊接的節(jié)點(diǎn)部位，調(diào)整為工廠焊接、現(xiàn)場(chǎng)裝配，片裝鋼架的形式比原方案的單件構(gòu)件在運(yùn)輸環(huán)節(jié)提升工效約25%，并且減少了現(xiàn)場(chǎng)組裝場(chǎng)地的使用、降低了現(xiàn)場(chǎng)焊接發(fā)生質(zhì)量問題和安全事故的可能性。

圖6 鋼架優(yōu)化流程

圖7 優(yōu)化成果及生產(chǎn)實(shí)物

3）建立了完整數(shù)據(jù)流的傳遞載體。傳統(tǒng)的二維加工圖紙無法作為全過程管理數(shù)據(jù)流的載體，而項(xiàng)目部在BIM模型建立的同時(shí)，為每個(gè)模型圖元（構(gòu)件和零件）進(jìn)行參數(shù)化編號(hào)，每個(gè)編號(hào)代表不同的材料、尺寸及位置，并以csv數(shù)據(jù)形式導(dǎo)出。首先，此數(shù)據(jù)可直接錄入數(shù)控加工機(jī)床進(jìn)行加工生產(chǎn)，數(shù)字化的銜接過程相較于傳統(tǒng)的人為尺寸統(tǒng)計(jì)、歸并的二次錯(cuò)誤，保證了加工數(shù)據(jù)的零失誤；其次，圖元的數(shù)據(jù)導(dǎo)入“智慧工地”信息平臺(tái)，具有可傳遞、可疊加的延續(xù)性（圖8）。這些特性不僅在加工過程中發(fā)揮了以上作用，并且在構(gòu)件運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)管理過程中繼續(xù)發(fā)揮作用。

圖8 圖元數(shù)據(jù)在“智慧工地”平臺(tái)的傳遞和疊加

2 BIM數(shù)據(jù)輔助數(shù)字化加工

在生產(chǎn)加工階段，項(xiàng)目部將經(jīng)過深化設(shè)計(jì)后的加工級(jí)別BIM模型，以及設(shè)計(jì)圖紙標(biāo)注的尺寸和加工制造的工藝要求將各面板及節(jié)點(diǎn)零件在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行數(shù)學(xué)放樣，即通過數(shù)學(xué)計(jì)算得到準(zhǔn)確的各展開點(diǎn)的坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為數(shù)控信息，精確輸入數(shù)控加工設(shè)備數(shù)據(jù)錄入窗口中（圖9），確定加工參數(shù)，進(jìn)而直接驅(qū)動(dòng)數(shù)控切割機(jī)、數(shù)控加工中心、數(shù)控鉆床等設(shè)備進(jìn)行鋁型材等幕墻構(gòu)件加工。

圖9 數(shù)控加工設(shè)備數(shù)據(jù)錄入窗口

在旅檢大樓項(xiàng)目中幕墻專業(yè)的數(shù)字化加工技術(shù)的應(yīng)用使幕墻構(gòu)件實(shí)現(xiàn)了90%以上的工廠化加工，既保證異型單元的檢查進(jìn)度，又提高了檢查的效率，實(shí)現(xiàn)快速有效的100%出廠檢查。

3 BIM技術(shù)輔助物料管理

本工程在深化設(shè)計(jì)階段就對(duì)幕墻模型的單元面板、龍骨框架、非常規(guī)型材這類構(gòu)件依據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)劃進(jìn)行唯一的編碼，并且同步上傳至“智慧工地”信息化平臺(tái)，在構(gòu)件出廠前通過平臺(tái)提取數(shù)據(jù)產(chǎn)生料單以及構(gòu)件的相應(yīng)唯一的二維碼。料單中對(duì)每個(gè)構(gòu)件都有唯一的編號(hào)，通過編號(hào)管理材料堆放，按標(biāo)準(zhǔn)單元模板圖快速拼裝單元。構(gòu)件生產(chǎn)完成后，料單及二維碼在材料出廠即貼在相應(yīng)構(gòu)件上。所有構(gòu)件在出廠、運(yùn)輸、進(jìn)場(chǎng)的即時(shí)狀態(tài)均由手持終端設(shè)備（每個(gè)環(huán)節(jié)的管理人員的手機(jī)即一部系統(tǒng)終端）在“智慧工地”平臺(tái)中更新，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集信息化、構(gòu)件狀態(tài)精準(zhǔn)化。平臺(tái)化的物流管理方式，將大量紙質(zhì)記錄轉(zhuǎn)化為電子數(shù)據(jù)，減輕了工作人員匯總難度，提高數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及查詢效率。而現(xiàn)場(chǎng)管理人員通過平臺(tái)及時(shí)掌握構(gòu)件離廠、運(yùn)輸、進(jìn)場(chǎng)、安裝完成的狀態(tài)，便于其根據(jù)構(gòu)件實(shí)際進(jìn)場(chǎng)情況，動(dòng)態(tài)調(diào)整安裝計(jì)劃，提高了施工現(xiàn)場(chǎng)的管理效率。

2017年8月22日—25日，15級(jí)“天鴿”和12級(jí)“帕卡”2次超強(qiáng)臺(tái)風(fēng)先后登陸施工現(xiàn)場(chǎng)，幕墻面板受到臺(tái)風(fēng)損壞?，F(xiàn)場(chǎng)人員檢索損壞構(gòu)件的編號(hào)，手機(jī)登錄智慧工地系統(tǒng)，0.5 h就將需重新加工的構(gòu)件清單反饋給加工廠，以最快速度將更換的面板構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，最大程度地降低了臺(tái)風(fēng)帶來的工期損失（圖10）。

4 結(jié)語

旅檢大樓項(xiàng)目幕墻專業(yè)通過使用以BIM為主的信息化技術(shù)輔助其深化設(shè)計(jì)、加工生產(chǎn)和物料運(yùn)輸?shù)膶?shí)踐，保障了現(xiàn)場(chǎng)施工安裝的順利進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了深化設(shè)計(jì)周期2個(gè)月，下單、采購、生產(chǎn)及運(yùn)輸周期4個(gè)月，施工安裝時(shí)間4個(gè)月的工期目標(biāo)。