BIM模型審核與數(shù)字化加工下料技術(shù)應(yīng)用研究

陳林海

【摘要】本文結(jié)合寧波新世界廣場5#地幕墻項目實例，通過BIM在整個項目中的實際應(yīng)用，針對BIM設(shè)計流程進(jìn)行專項論述，介紹了BIM模型在建筑幕墻審核中的應(yīng)用，探討了BIM在專業(yè)內(nèi)部和各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計，論述了如何根據(jù)設(shè)計的工程量內(nèi)容利用BIM快速準(zhǔn)確的列出工程量主材清單，如何根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)字化加工下料，論述了基于BIM的復(fù)雜構(gòu)件加工，以及利用BIM技術(shù)對工程的精細(xì)化管理。研究成果可為相關(guān)應(yīng)用與研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】模型審核;數(shù)字化下料;工程精細(xì)化管理;寧波新世界廣場

1、BIM簡述

建筑信息模型化（Building Information Modeling，BIM），是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項目中設(shè)計、生產(chǎn)加工、安裝、現(xiàn)場施工管理、物業(yè)運維管理等各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對整個工程項目相關(guān)信息的詳盡表達(dá)。

2、BIM在建筑幕墻方面的應(yīng)用

BIM 技術(shù)正逐漸被越來越多的業(yè)主和開發(fā)商所重視，并被要求應(yīng)用于其所開發(fā)的工程項目中。幕墻作為建筑工程的重要專業(yè)之一，外立面分包工程中的BIM 應(yīng)用被認(rèn)為是BIM 創(chuàng)造價值的主要領(lǐng)域之一，并且其技術(shù)難度和潛在開發(fā)空間也被認(rèn)為要超過機(jī)電和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。正是由于這一特點，決定了只有很好的掌握了BIM 技術(shù)并擁有深厚的幕墻實施經(jīng)驗，才能將兩者有機(jī)的結(jié)合，為幕墻工程項目真正創(chuàng)造價值。通過長期實踐探索，筆者總結(jié)BIM技術(shù)在幕墻中應(yīng)用價值點主要包括：

2.1 可視化及虛擬漫游：

可視化是BIM應(yīng)用后的必然產(chǎn)物，這里所說的可視化不僅僅是由于BIM本身基于三維模型而帶來的更高的可視化程度，也包括了在BIM模型基礎(chǔ)上提升表現(xiàn)效果，從而獲得更好的視覺效果。由于BIM模型中已經(jīng)集成了項目的幾何、物理和功能信息，因此，在模型中表現(xiàn)出來的效果會更接近實際。虛擬漫游則實際屬于一種動態(tài)的可視化。

2.2基于BIM的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計

BIM提供了很好的多專業(yè)可視化協(xié)同平臺，不同專業(yè)在這一平臺上獲得的信息是一致的、實時的，從而更好的避免“錯漏碰缺”，更大程度的減少“設(shè)計變更?！?/p>

2.3 4D施工模擬

項目施工過程中所有的活動都是和時間有關(guān)聯(lián)的，也就是4D的。將時間信息集成到三維BIM模型當(dāng)中，就變成了4D模型。通過4D施工模擬，可以有效判斷施工工序合理性，減少交叉施工時存在的問題。

2.4工程量計算及5D模擬

BIM模型的信息支撐了其能夠進(jìn)行快速的工程量計算。同時，在4D模型中加入成本數(shù)據(jù)后BIM模型就變成了5D模型，基于5D模擬可全面系統(tǒng)的查看工程資金狀況，調(diào)整資金分配，優(yōu)化項目成本。

2.5基于BIM的快速出圖：

BIM技術(shù)是應(yīng)用三維的方式創(chuàng)建模型，然而目前國內(nèi)還是需要基于二維圖紙進(jìn)行審圖。BIM的核心建模軟件基本都提供了快速出圖的功能，并且通過三維和二維的關(guān)聯(lián)性，修改BIM模型后，將能夠快速自動調(diào)整相應(yīng)的二維圖紙。

2.6基于BIM的現(xiàn)場施工管理

基于BIM模型可以方便的模擬現(xiàn)場施工工況，施工機(jī)具運行，展示施工進(jìn)度組織，模擬出現(xiàn)場施工重點、難點，對實際施工管理起到很好的指導(dǎo)作用。配合總包進(jìn)行各個階段的模擬驗收。

3、BIM在寧波新世界廣場5#地塊項目幕墻工程中的應(yīng)用

下面將以實際工程為例，講述BIM在具體幕墻工程中的應(yīng)用。

3.1 項目概況

寧波新世界廣場5#地塊項目位于寧波市江東核心區(qū)廣福路5號地塊。項目主要為一棟主體建筑，包括塔樓的辦公樓、酒店、商業(yè)裙樓等。本工程外觀為塔式設(shè)計，建筑層數(shù)56層，主樓建筑高度249.8米，裙樓建筑高度30.0米。項目于2018年7月開工，預(yù)計于2020年10月竣工。見圖1

3.2塔樓設(shè)計重點和難點

寧波新世界廣場項目塔樓每層平面由四段大面圓弧和四段角部圓弧組成（23F以上大、小圓弧過渡區(qū)域，圓弧半徑與大弧半徑略有不同），除雙“S”線區(qū)域影響外，其它部位均按5-T5和5-TE軸對稱。建筑體態(tài)由1層漸變變大到11層，達(dá)到建筑最大外輪廓，然后由11層漸變微縮直到塔冠。決定了單元板塊安裝時的傾斜狀態(tài)，在3F～11F為外傾式安裝，而11F～RF為內(nèi)傾式安裝。在塔頂面55F起始位置，整個塔冠由21.1335°斜切面切除上部體塊后形成。除東立面外，兩條相互垂直、輪廓形態(tài)不一樣的樣條曲線拉伸成面與南、北、西立面局部相交，相交位置進(jìn)行200mm厚度的切除，形成本工程建筑外觀自身特有獨特體態(tài)，也是本項目外立面幕墻設(shè)計中的重點和難點。

3.3 BIM技術(shù)設(shè)計階段

針對寧波新世界廣場5#地塊幕墻工程設(shè)計中的重點和難點，決定使用BIM技術(shù)貫徹幕墻設(shè)計、加工、施工、竣工的全流程，以更好的提升建造品質(zhì)、縮短建造工期、降低綜合成本為目標(biāo)，采用參數(shù)化建模的方式創(chuàng)建了本項目關(guān)鍵區(qū)域的LOD400精度的模型，對幕墻設(shè)計有效輔助。幕墻設(shè)計分兩個階段：

（1）幕墻初步設(shè)計階段，將創(chuàng)建LOD100～LOD300精度等級的模型，期間BIM工作重點在于：創(chuàng)建符合精度等級要求的模型，并通過參數(shù)化工具有效傳遞建筑設(shè)計理念并為深化設(shè)計提供基礎(chǔ)，通過參數(shù)化提高設(shè)計效率，快速完成方案變更并有效關(guān)聯(lián)響應(yīng)，通過模型有效傳遞設(shè)計變更信息等，將施工建造工作前置。

（2）幕墻深化施工階段，將創(chuàng)建LOD300～LOD500精度等級的模型，期間BIM工作重點在于：創(chuàng)建符合精度等級要求的模型，并據(jù)此實現(xiàn)減少工程錯漏碰缺、增進(jìn)交流、提高效率、減少人員投入、保證加工精度、降低成本、優(yōu)化工期、提升施工質(zhì)量等目標(biāo)。

3.4 BIM技術(shù)在寧波項目中的實施應(yīng)用過程

3.4.1工程量分析計算及設(shè)備材料統(tǒng)計

在已有模型的深度和精度范圍內(nèi)，在 BIM 模型中直接計量模型內(nèi)的工程量，作為工程計量的輔助工具。

BIM模型迅速的的生成加工細(xì)目、材料明細(xì)表、定額表，根據(jù)實際情況選擇需要的表格的內(nèi)容，得到準(zhǔn)確的工程量。無論是玻璃、鋁板、石材等，還是鋁合金龍骨、鋼結(jié)構(gòu)龍骨等，都可以根據(jù)已經(jīng)確定型材還是鋼材的型號和參數(shù)直接輸出。以 EXCEL 表格方式提供工程量計量清單。統(tǒng)計內(nèi)容包括玻璃幕墻嵌板面積，主材構(gòu)件數(shù)量。

3.4.2 碰撞檢查

BIM 三維模型的主要應(yīng)用之一，用于專業(yè)內(nèi)部和各專業(yè)之間的沖突檢查，實現(xiàn)在設(shè)計過程中提前發(fā)現(xiàn)各種沖突問題，避免因沖突原因?qū)е碌脑O(shè)計、生產(chǎn)和施工返工的情況發(fā)生。檢查內(nèi)容包括：1）幕墻專業(yè)內(nèi)部碰撞檢查 2）與其他專業(yè)的碰撞檢查。

3.4.3 加工組裝模擬分析

應(yīng)用Autodesk Inventor軟件創(chuàng)建詳細(xì)的構(gòu)建加工圖，在寧波項目中，可以用它做各種材料的加工圖以及模擬板塊組裝，并可以將之作為動畫，直觀詳細(xì)的表現(xiàn)框架加工和組裝的過程。此外，綜合應(yīng)用BIM技術(shù)，還可實現(xiàn)：構(gòu)件信息化預(yù)拼裝;構(gòu)件加工精度及工藝優(yōu)化;自動加工數(shù)據(jù)批量提取。

圖2 雙“S”線整體單元板塊

3.4.4 施工進(jìn)度模擬

在編制施工組織設(shè)計和施工方案時，根據(jù)模型所編制的施工進(jìn)度計劃，通過三維方式展示施工進(jìn)度組織。并加入直接相關(guān)和互相穿插施工的其他專業(yè)的工序進(jìn)度。配合總承包商使用 BIM 模型對總控施工施工計劃、總體施工方案進(jìn)行模擬演示。

3.4.5 施工重難點模擬

對于施工重點難點， BIM模擬展示的內(nèi)容包括但不限于：節(jié)點大樣、幾何外觀、內(nèi)部構(gòu)造、工作原理、作業(yè)工業(yè)、施工順序等。模擬展示確保能真實充分地反映施工重點難點，并對實際操作起到良好的指導(dǎo)作用。配合總承包及幕墻相關(guān)承包商使用 BIM 模型對專項施工方案和專項施工工藝進(jìn)行演示。配合總承包及幕墻相關(guān)承包商對特殊節(jié)點綜合施工工藝?yán)?BIM 進(jìn)行施工模擬驗收。

3.4.6 現(xiàn)場數(shù)據(jù)獲取

寧波項目，幕墻支撐結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)很多，但對于幕墻實施而言，最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)就是預(yù)埋件的安裝位置數(shù)據(jù)。為此，在埋件設(shè)計時，考慮后期測量的方便性，例如，在預(yù)埋件或支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置反射片，以便高精度全站儀測量使用。全站儀獲得的數(shù)據(jù)可以通過電腦錄入或人工的方式進(jìn)行記錄，一般情況下，整理成為BIM軟件能夠識別的編排方式。

3.4.7 偏差報告

使用參數(shù)化的BIM模型將現(xiàn)場數(shù)據(jù)直接驅(qū)動構(gòu)件變化的同時，在BIM軟件中設(shè)定自動判斷并歸類偏差數(shù)值的方法，將不同的偏差數(shù)值進(jìn)行自動歸類，同時，將不同類別的偏差以特定的顏色區(qū)別表示，讓工程實施人員對偏差的分布情況能夠直觀的了解，進(jìn)而指導(dǎo)后面施工精度的控制。

3.4.8 負(fù)超差應(yīng)對措施

所謂負(fù)超差，就是幕墻支撐結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離幕墻輪廓面，且數(shù)值大于工程設(shè)計合同允許的范圍。負(fù)超差將會增大幕墻與支撐結(jié)構(gòu)之間的距離。此時，由于預(yù)埋件的位置固定，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)接件的偏差吸收能力不夠，一般可通過重新調(diào)整轉(zhuǎn)接件設(shè)計來解決。此時，基于BIM模型可以快速的判讀出負(fù)超差出現(xiàn)的數(shù)值大小以及分布情況，以此為基礎(chǔ)設(shè)計一個或多個級別吸收能力的轉(zhuǎn)接件，甚至通過參數(shù)驅(qū)動的方式，直接在模型中生產(chǎn)需要的轉(zhuǎn)接件，從而節(jié)省設(shè)計時間，快速響應(yīng)。

對于負(fù)超差的情況，通過增大轉(zhuǎn)接件的方式應(yīng)對，但同時應(yīng)考慮由于幕墻面的外移而導(dǎo)致的重力荷載對支撐結(jié)構(gòu)及連接系統(tǒng)產(chǎn)生的額外附加扭矩，這一數(shù)值需通過計算確定并進(jìn)行試驗驗證。

3.4.9 正超差對應(yīng)措施

前面提到，幕墻構(gòu)件都需要在150～300mm左右的空間內(nèi)被全部容納。因此，如果說幕墻支撐結(jié)構(gòu)的負(fù)超差尚為“可以原諒的錯誤”的話，正超差的發(fā)生則為“不可原諒的錯誤”，因為正超差對幕墻結(jié)構(gòu)的影響將可能導(dǎo)致建筑效果的變化同時對總體建筑工程產(chǎn)生的影響將會非常嚴(yán)重。

所謂正超差，就是幕墻支撐結(jié)構(gòu)靠近幕墻輪廓面，且數(shù)值大于工程設(shè)計合同允許的范圍。通過BIM模型可以快速的分析改變構(gòu)造設(shè)計是否能夠吸收一定范圍的正超差，當(dāng)數(shù)值過大無法吸收時，需要重新調(diào)整模型設(shè)計原則，對局部超差位置的幕墻偏移情況進(jìn)行分析，通過三維可視化的能力，將分析結(jié)果最快的展現(xiàn)給業(yè)主和設(shè)計方，從而確認(rèn)方案的可行性，縮短響應(yīng)周期，減少項目損失。同時，BIM模型也可以為將來的責(zé)任追查提供依據(jù)。

3.4.10 結(jié)構(gòu)蠕變及沉降變形的應(yīng)對

（1）結(jié)構(gòu)蠕變及沉降的產(chǎn)生原因

此外，幕墻支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏差的另一種情況就是：

①隨著幕墻及建筑其他專業(yè)的進(jìn)場，例如機(jī)電設(shè)備等，建筑結(jié)構(gòu)的荷載將隨著施工的進(jìn)展而變化，這一荷載增加將導(dǎo)致例如：主體結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)的蠕變，亦或者幕墻支撐結(jié)構(gòu)體系的沉降等問題，這一數(shù)值分解到每個樓層時其數(shù)量級一般為幾個毫米，但一旦在某些特定情況，例如大跨度大空間結(jié)構(gòu)體系，微小數(shù)值的累加將會產(chǎn)生量變到質(zhì)變的效果。

②由于幕墻的掛點位置的支撐結(jié)構(gòu)的剛度的不同，往往導(dǎo)致不同的變形量，這些變化不能影響最終的幕墻施工質(zhì)量，必須在幕墻系統(tǒng)設(shè)計時就予以充分的考量。然而，計算和分析這些變化最困難之處在于：這些沉降或蠕變的數(shù)值是持續(xù)變化的，必須在特定的時間內(nèi)模擬出荷載并精確計算相應(yīng)的變化數(shù)值，然后加以分析。

（2）結(jié)構(gòu)蠕變及沉降的應(yīng)對措施

① 分析的過程可以運用BIM技術(shù)，將計算得出的沉降數(shù)值輸入到由參數(shù)化驅(qū)動的幕墻支持結(jié)構(gòu)模型中，對應(yīng)的幕墻掛點位置將發(fā)生改變，掛點的變化可以驅(qū)動幕墻轉(zhuǎn)接件的變化。當(dāng)轉(zhuǎn)接系統(tǒng)設(shè)計的三維可調(diào)構(gòu)件可以吸收這些數(shù)值時，BIM模型將不會產(chǎn)生變化。而當(dāng)沉降數(shù)值過大，轉(zhuǎn)接系統(tǒng)無法吸收時，BIM模型將可以對部位進(jìn)行提示，例如以特殊顏色標(biāo)示;

②可以在模型中設(shè)定幕墻轉(zhuǎn)接件依據(jù)最大沉降數(shù)值進(jìn)行變化，關(guān)聯(lián)參數(shù)驅(qū)動幕墻面的變化，以便進(jìn)一步判斷這一過大的數(shù)值是否會對幕墻系統(tǒng)產(chǎn)生致命的影響，如果不會，則可能忽略以節(jié)省工程造價。

③使用BIM技術(shù)的參數(shù)化模型，可以簡化復(fù)雜變形的分析過程，對大量的變形數(shù)值及關(guān)聯(lián)變化狀態(tài)進(jìn)行可視化分析，有助于快速判斷主體結(jié)構(gòu)沉降或蠕變對幕墻施工質(zhì)量的影響，同時基于BIM模型尋求解決方案。

4、結(jié)論與展望

綜上所述，通過BIM技術(shù)在寧波新世界廣場項目整個項目的實際應(yīng)用，很好的發(fā)現(xiàn)和解決工程實施中遇到的各種問題。幕墻BIM技術(shù)極大的方便了設(shè)計人員的設(shè)計思路，運用BIM技術(shù)，能夠?qū)こ陶麄€實施過程進(jìn)行有效的控制和監(jiān)督，增加項目透明度，降低工程造價成本。

總之，未來BIM技術(shù)將會越來越多的運用到整個建筑產(chǎn)業(yè)中來，實現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)上真正的信息化的交流和溝通。

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