BIM技術(shù)在異形曲面幕墻施工中應(yīng)用
——以建甌市博物館新建項目為例

林業(yè)文

(福建六建集團有限公司 福建福州 350014)

0 引言

近年來，隨著建筑市場的不斷蓬勃壯大，建筑物已不單純只追求實用性，越來越多的建筑開始注重外在整體的美觀性。弧形屋面、連續(xù)異形曲面等造型獨特的屋面形式被越來越多的公建所采用，但隨之也給建筑設(shè)計與施工帶來新的挑戰(zhàn)。然而，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，可以很好地解決傳統(tǒng)幕墻施工現(xiàn)場安裝工作量大、曲面施工精度低、結(jié)構(gòu)實體與幕墻內(nèi)部碰撞多等各方面問題，保證了幕墻施工的質(zhì)量，確保幕墻的成型質(zhì)量以及觀感美觀。

基此，本文以建甌市博物館新建項目為例，闡述BIM技術(shù)在異形曲面幕墻施工中應(yīng)用，助推BIM技術(shù)在建筑幕墻工程中的廣泛應(yīng)用。

1 工程實例概況

建甌市博物館新建項目，位于建甌市水南片區(qū)北部水南八路西側(cè)南湖邊地塊。該項目為單體多層公共建筑，建筑高度24.23m，地上3層，地下1層，總建筑面積約13 929m2。其中，幕墻高度23.23m，外觀形式造型復(fù)雜，結(jié)構(gòu)多變；幕墻龍骨采用鋼結(jié)構(gòu)，最大構(gòu)件重：8.36t；幕墻龍骨采用插銷連接。建甌博物館新建項目效果圖如圖1所示。

圖1 建甌博物館新建項目效果圖

2 BIM深化設(shè)計

2.1 前期策劃與準備

首先，綜合考慮該工程特點、施工工藝技術(shù)水平、項目過程需要及應(yīng)用條件制定BIM實施目標。其次，根據(jù)BIM實施目標制定BIM管理體系，明確BIM組織架構(gòu)、BIM工作職責、BIM實施計劃、BIM工作制度。最后，梳理該項目工作流程，制定BIM工作流程圖，明確工作間關(guān)系，制定BIM應(yīng)用點方案。

族的建立，由于該工程為異形曲面幕墻，構(gòu)件特征各不相同，Revit軟件本身自帶的族，往往不能滿足建模的基本要求，因此需要將不同構(gòu)件信息需要重新構(gòu)建族，設(shè)置參數(shù)信息，創(chuàng)建新的族，為BIM模型建立提供良好的基礎(chǔ)。

2.2 三維建模

由于該項目屋面為異形曲面樓蓋，幕墻龍骨高度及玻璃面板尺寸能精準獲得曲面造型數(shù)據(jù)，提供給后期配合的加工廠生產(chǎn)構(gòu)件[1]?；?，根據(jù)屋面板的基本骨架，逐步深化幕墻體系(主龍骨、次龍骨、玻璃面板、預(yù)埋件、連接件)，利用BIM模型參數(shù)化、坐標化能力生成空間坐標控制網(wǎng),建甌博物館BIM模型如圖2所示。

2.3 碰撞檢查

碰撞檢查是指有效解決專業(yè)內(nèi)和建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻等專業(yè)之間綜合深化成果的控制手段。碰撞檢查報告需要詳細標識碰撞的位置、碰撞類型、修改建議等，方便相關(guān)技術(shù)人員發(fā)現(xiàn)碰撞位置，及時調(diào)整。通常在建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻三專業(yè)建模完成后進行合模，并對各專業(yè)進行碰撞檢查測試。

通過測試過程以發(fā)現(xiàn)平面圖紙尚未發(fā)現(xiàn)的問題。例如：結(jié)構(gòu)預(yù)埋件埋設(shè)與幕墻龍骨位置安裝存在偏位(圖3)，幕墻結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞，幕墻龍骨曲面標高與結(jié)構(gòu)標高不一致等問題。

2.4 細部深化

結(jié)合本公司施工技術(shù)，預(yù)制加工廠的加工技術(shù)及建設(shè)單位的使用要求，根據(jù)施工圖的設(shè)計原則，利用幕墻工程深化設(shè)計模型，對圖紙中未指定的節(jié)點進行螺栓群驗算、現(xiàn)場拼接節(jié)點連接計算、節(jié)點設(shè)計的施工可行性復(fù)核和復(fù)雜節(jié)點空間放樣等，如圖4～5所示。

圖2 建甌博物館BIM模型

圖3 結(jié)構(gòu)-幕墻專業(yè)碰撞檢查測驗

圖4 二維圖紙節(jié)點詳圖[4]圖5 三維BIM模型節(jié)點

3 施工應(yīng)用

3.1 構(gòu)件BIM預(yù)制與加工

BIM預(yù)制與加工及信息化管理，可以將構(gòu)件信息轉(zhuǎn)化為讀取模式，針對生產(chǎn)設(shè)備和加工方法，將不同格式信息在不同生產(chǎn)設(shè)備中傳遞，細化生產(chǎn)的每一道工序，合理安排工序加工和資料調(diào)配。這樣，既提高了加工效率，又縮短了工期。

在模型中，將組裝幕墻構(gòu)件進行拆分，同時細化規(guī)格型號、技術(shù)指標、設(shè)備供應(yīng)商、安裝進度等參數(shù)信息。創(chuàng)建幕墻構(gòu)件數(shù)據(jù)庫，按系統(tǒng)、分區(qū)域編號、由前到后、由大到小對所有構(gòu)件分段進行二維碼編碼，便于高效的施工安裝，如圖6所示。

3.2 BIM定位與預(yù)拼裝

首先,對主體結(jié)構(gòu)施工時基準點、線布置圖及內(nèi)控制網(wǎng)進行復(fù)核；然后，利用可視化BIM模型，確定外控線上控制點的空間坐標；再次，利用全站儀作出各個控制點，然后將各控制點之間互相連線成閉合狀形成外控制網(wǎng)，作為幕墻龍骨安裝的二級控制網(wǎng)，如圖7所示。

圖6 屋面鋁板幕墻單位板塊編碼圖

圖7 BIM三維坐標網(wǎng)

由于各項目幕墻工程構(gòu)件形狀、長度都不相同，所以， 通過BIM技術(shù)進行虛擬拼裝，以對構(gòu)件進行二次拆分校驗，調(diào)整材質(zhì)的尺寸和曲面的彎度，減少大量的運輸及返工成本?，F(xiàn)場幕墻安裝的精度誤差一般控制在2mm，并根據(jù)校驗結(jié)果以保證幕墻工程施工，如圖8所示。

圖8 BIM技術(shù)虛擬拼裝圖

3.3 項目綜合管理

(1)數(shù)據(jù)信息共享

通過BIM5D技術(shù)實現(xiàn)施工數(shù)據(jù)的平臺化協(xié)同。收集構(gòu)件數(shù)據(jù)、項目模型、施工過程中的質(zhì)量、進度、材料信息[2]，將不同階段的項目模型源文件上傳平臺，并對模型輕量化處理，實現(xiàn)施工總承包方、幕墻專業(yè)施工方、材料供應(yīng)商、監(jiān)理、設(shè)計院、業(yè)主等在同一個平臺上可以充分實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的共事，方便溝通和協(xié)調(diào)。利用iBan系統(tǒng)和luban view系統(tǒng)實現(xiàn)施工方現(xiàn)場的動態(tài)管理。碰到工程變更時，由專業(yè)管理人員對一線工人進行遠程指導(dǎo)，以及時調(diào)整施工工序和施工工藝。

(2)可視化施工

將幕墻BIM模型上傳至平臺，結(jié)合現(xiàn)場施工人員的可視化需要，通過仿真模擬技術(shù)將施工工藝要點和節(jié)點構(gòu)造傳遞給現(xiàn)場施工員。同時，關(guān)聯(lián)現(xiàn)場進度，按照進度進行生長動畫模型，實時查詢不同階段的計劃進度，與實際進度進行比對，分析找出關(guān)鍵線路滯后的原因，以爭取提前發(fā)現(xiàn)工程中的隱藏問題，降低技術(shù)風(fēng)險，減少返工損失。

(3)成本控制

BIM項目施工成本控制是借助BIM的施工成本控制系統(tǒng)模型和施工成本決策模型。該模型可快速準確地實現(xiàn)成本的動態(tài)匯總、統(tǒng)計、分析，精細化實現(xiàn)三算對比分析[3]。

通過BIM5D技術(shù)實現(xiàn)BCWP、BCWS、ACWP數(shù)據(jù)的及時跟蹤，對比CV、SV、CPI、SPI4個指標的變化，了解成本的變動情況，同時分析主要技術(shù)經(jīng)濟指標對成本影響，系統(tǒng)研究成本變動因素，檢查成本計劃合理性，并通過成本分析，尋找降低施工成本的有效途徑。

建甌博物館新建項目，首先將幕墻BIM模型中各構(gòu)件(不同單元及不同板塊)與幕墻工程進度信息及幕墻工程預(yù)算信息進行關(guān)聯(lián)。通過幕墻BIM模型，模擬現(xiàn)場施工條件，結(jié)合工程項目外部環(huán)境，優(yōu)化其對應(yīng)施工階段勞動力計劃、材料需求計劃和機械計劃，在此基礎(chǔ)上形成幕墻成本計劃。

然后，在材料控制方面，根據(jù)自身項目幕墻施工過程中的材料控制方面的要求，按照施工進度情況，通過幕墻BIM模型自動提取材料需求計劃，并根據(jù)材料需求計劃指導(dǎo)施工；在計量支付方面，根據(jù)形象進度，利用幕墻BIM模型自動計算完成的工程量，方便根據(jù)收支情況控制成本。同時，在施工過程定期對施工實際支出進行統(tǒng)計，并將結(jié)果與成本計劃進行對比，根據(jù)對比分析結(jié)果修訂下一階段的成本控制措施。

4 結(jié)語

該工程在全生命周期、各參與方綜合應(yīng)用BIM技術(shù)，采用信息化管理方式，針對項目特點，結(jié)合生產(chǎn)實際情況，改變了傳統(tǒng)幕墻工程施工方式，有效提高了施工質(zhì)量及生產(chǎn)效率。幕墻實際施工工期比計劃工期節(jié)約3個月，幕墻四性檢測滿足設(shè)計要求，施工質(zhì)量主控項目合格率100%，較一般項目合格率高達98%，為項目爭創(chuàng)“閩江杯”優(yōu)質(zhì)工程打下良好基礎(chǔ)。但在應(yīng)用過程中也存在一些不足：

(1)BIM技術(shù)仍處于起步階段，需要專業(yè)咨詢公司配合，購買專業(yè)的管理軟件，相關(guān)人員需要專門培訓(xùn)，費用成本較高。

(2)BIM技術(shù)應(yīng)用對施工現(xiàn)場硬件要求高，前期投入大。所以，BIM技術(shù)在項目應(yīng)用范圍需綜合考慮外部環(huán)境和條件確定，才能使BIM技術(shù)規(guī)范、科學(xué)、合理在項目應(yīng)用，以最大程度提升工程項目的建設(shè)質(zhì)量和經(jīng)濟效益。