基于BIM 技術的復雜幕墻工程設計及施工研究

余林昌

（廣東創(chuàng)成建設監(jiān)理咨詢有限公司，廣東 廣州 510000）

0 引言

隨著我國經濟的不斷發(fā)展，我國建筑行業(yè)獲得了巨大的發(fā)展機遇，且高度重視技術引進和創(chuàng)新，不斷推動著設計與施工技術體系的完善。在建筑實踐中，BIM 技術逐步普及，該技術的應用為工程設計與施工環(huán)節(jié)的信息及資源交流共享奠定了堅實基礎。基于BIM 技術的智能化工程建設目標得以實現，而追求項目綜合效益最大化的需求也能被滿足，所以推動技術應用優(yōu)化顯得十分必要。

1 復雜幕墻工程中BIM 技術的應用價值和要求

BIM 模型是建筑工程建設的新工具，無論是工程設計、施工還是運營管理都需要BIM 技術的支持。在實際應用中，BIM 模型具有可視化、模擬性功能以及協(xié)調性、可出圖性和優(yōu)化性特點，基于BIM 技術可助力和優(yōu)化復雜幕墻工程的設計與施工。從現實角度來看，有效應用BIM 技術可切實提高復雜幕墻工程的整體開展質效，可從根本上實現設計與施工管理優(yōu)化，同時提升施工安全性、節(jié)能性、經濟性、實效性。通過借助BIM 技術還能強化復雜幕墻工程的工序銜接，為幕墻設計與施工環(huán)節(jié)的信息共享、數據互通以及技術交底奠定堅實基礎，使得項目管理難度降低、過程性管理可靠性提升。為充分發(fā)揮BIM 技術的應用價值，必須要求復雜幕墻工程的設計與施工人員確保BIM 技術可視化、參數化、協(xié)同化優(yōu)勢得到充分發(fā)揮，并重視BIM 技術在設計理念表達、設計方案優(yōu)化、節(jié)能措施運用、項目施工管理中的重要作用。

2 復雜幕墻設計中BIM 技術的主要應用方向

結合實踐可知，復雜幕墻的復雜性遠高于普通幕墻，一旦在設計或施工過程中出現疏漏則會導致工程事故的發(fā)生，最終給項目帶來不必要的損失。所以在工程開展過程中，應用BIM 技術的根本目的是保證項目的高質量開展，基于設計、施工優(yōu)化從根本上實現工程管理優(yōu)化，為項目實現降本降耗、提質增效提供保障。BIM 技術在復雜幕墻工程設計中的主要應用方向如下。

（1）可視化設計。為降低復雜幕墻的施工難度，設計與施工人員必須有效應用BIM 技術，通過全面采集數據構建直觀模型，利用可視化功能實現精細化改進，進一步提升設計圖與施工方案的合理性、可操作性。

（2）節(jié)能設計。與普通幕墻相比，復雜幕墻施工中需要動用的資金和資源更加豐富，極易造成成本浪費，從而與綠色節(jié)能管理理念相悖。所以設計與施工人員應該以節(jié)能降耗為導向推動BIM 技術的合理運用，同時找出最具節(jié)能性的設計思路，并基于設計方案優(yōu)化與施工管理優(yōu)化提高節(jié)能效果。

（3）協(xié)同設計。BIM 技術的協(xié)調性優(yōu)勢在復雜幕墻設計與施工協(xié)同方面表現得淋漓盡致，借助該技術可實現設計與施工數據的有效融合，并結合真實數據改進設計和完整施工方案，從而避免出現設計與施工相差過大的情況。

3 復雜幕墻工程設計與施工環(huán)節(jié)的BIM 技術要點

從實踐可知，復雜幕墻工程的結構、造型設計難度大，施工精度要求高且風險較大，因此必須高度重視設計與施工質量，強調二者的順利銜接與配合?；贐IM 技術可有效解決復雜幕墻工程設計與施工脫節(jié)問題，還能為改進圖紙與方案提供有力支持[1]。為深入了解基于BIM 技術的復雜幕墻工程設計與施工，本文將依托案例分析法進行探究。

3.1 工程概況

廣東電網生產調度中心幕墻工程（圖1）位于廣州市海珠區(qū)，項目總用地面積和總建筑面積分別為27 614 m2、161 500 m2，其中地上與地下面積分別為101 042 m2、60 457 m2。本次施工的重點在于項目副塔樓與后勤服務樓幕墻施工。前者是總層數為15 層的99 m 高（地上）建筑，后者是擁有地上4 層的26 m高建筑。二者的主體結構分別為鋼筋混凝土框架核心筒結構與鋼筋混凝土框架結構，其抗震烈度（Ⅶ度）、建筑工程等級（特級）以及建筑物耐火等級（一級）相同。

圖1 廣東電網生產調度中心幕墻工程

案例工程中的幕墻類型眾多，幕墻設計與施工復雜性較高。在建設過程中需要完成以下7 種幕墻的設計與施工：①鋁合金外窗。②石材幕墻。③鋁板幕墻與鋁板遮陽雨棚。④帶大裝飾線條玻璃幕墻。⑤屋頂造型穿孔鋁板幕墻。⑥豎明橫隱玻璃幕墻。⑦鋼結構玻璃雨棚。在設計與施工過程中需要保證項目一次性驗收合格，從而達成安全生產、文明施工、綠色施工目標。結合實踐可知，本復雜幕墻工程的施工重難點在于工期緊、任務重、安全隱患多、整體統(tǒng)籌難度大；質量效果控制、功能質量保障、參建單位協(xié)調與工序銜接等方面的要求也較高，而且施工現場的臨時用地較為緊張。為達到預期效果，復雜幕墻工程開展環(huán)節(jié)選擇使用BIM 技術推動設計與施工的優(yōu)化配合[2]。

3.2 設計要點

在復雜幕墻工程的設計階段，BIM 技術主要用于快速建立設計方案，并基于可視化、協(xié)同化、節(jié)能化設計完成圖紙與方案的調整，從而為后續(xù)施工提供更為有力的支持。在這一過程中，BIM 技術的應用必須強調信息價值挖掘，重視模型建設與參數處理，并持續(xù)關注BIM 模型的調整與優(yōu)化。此外，基于BIM技術的復雜幕墻工程設計需要做好建模軟件選用工作，設計人員需基于實際需求、個人能力以及技術偏好，在 Autodesk Revit、Bentley、ArchiCAD、CATIA 等BIM 軟件和平臺中做出合理選擇。同時，設計人員應該從聯(lián)合工作視角出發(fā)，科學選用擁有BIM 方案設計、可持續(xù)分析、可視化、結構分析、深化設計、模型綜合碰撞檢查等功能的BIM 軟件。在實際作業(yè)環(huán)節(jié)中，基于BIM 技術的幕墻設計流程如圖2 所示。

圖2 基于BIM 技術的幕墻設計流程

3.3 模型建設

對于案例工程中的復雜幕墻設計，設計人員需先實現副塔樓與后勤服務樓的建筑形狀、輪廓以及參數分析，然后基于參數化建模打造建筑模型，并利用BIM 技術實現模型外表面劃分，初步確認幕墻的分格形式。為保證幕墻模型創(chuàng)建的有效性，設計人員先對樓層的標高平面進行了創(chuàng)建，再將其導入BIM核心建模軟件，在實現外層幕墻點、線定位后基于順時針方向沿定位線創(chuàng)建幕墻。然后設計人員還完成了幕墻單元嵌板創(chuàng)建和土建結構的BIM 模型創(chuàng)建，大大增加了模型的完整性與可用性，如圖3 所示。

圖3 幕墻BIM 深化模型

在實際應用中，設計人員借助參數化建模對外立面幕墻的形態(tài)邏輯進行分析，為后續(xù)基于多源數據的參數調整和信息化模型建設奠定基礎。建立參數化方案模型后，設計人員還應該利用BIM 技術建立復雜幕墻的設計邏輯，在充分踐行參數化、完整性、針對性設計原則的基礎上，逐步優(yōu)化幕墻整體結構設計，完善構件形態(tài)控制與構造連接，循序漸進地推動復雜幕墻的深化設計。在此次復雜幕墻工程設計的模型建設階段，設計人員還基于BIM 技術構建了一體化模型，為實現建筑設計與施工的一體化協(xié)同提供了有力保障[3]。

3.4 施工圖優(yōu)化

將BIM 技術應用到復雜幕墻的設計階段可實現施工圖改進和優(yōu)化，在案例工程中BIM 技術的這一功能同樣得以發(fā)揮。在實際應用中，設計人員以建成的BIM 模型為依據設計施工圖，BIM 的可視化和可出圖化功能從根本上為提高施工圖繪制精度提供了保障。此次設計基于BIM 技術實現了信息化模型的可視化分析，在完全展示幕墻結構、構建信息與構造連接狀態(tài)的前提下，依托數據支持完成了施工圖紙與方案的深度優(yōu)化。同時還基于BIM 的碰撞檢測功能對設計圖紙的可操作性、安全性以及便捷性加以調整，為實現節(jié)能性、安全性、協(xié)同性設計提供了有力支持。從結果上來看，有效應用BIM 技術可以增加復雜幕墻設計的整體協(xié)調性，保障了設計與施工之間的有效銜接[4]。

3.5 施工要點

在復雜幕墻施工中，BIM 技術主要應用在施工模擬、質量檢測以及施工管理3 個方面。通常來說，基于BIM 技術的復雜幕墻施工管理需要經過如圖4所示的流程。此外，該技術貫穿于項目施工的全過程，為及時解決施工問題、嚴格控制質量工期、切實提高技術水平奠定了堅實基礎。

圖4 基于BIM 技術的復雜幕墻施工管理流程

案例工程施工中，施工單位需要先基于技術交底獲得已完成深度優(yōu)化的三維BIM 模型，通過設計與施工的有效配合以及BIM 的有力支持提高測量放樣可靠性。然后施工人員需要利用BIM 技術對復雜幕墻施工的構件吊裝過程進行模擬，通過優(yōu)化調整形成最佳操作方案，從而為現場施工人員提供可靠指導?；贐IM 漫游完成工程設計以及施工方案的可視化實現，基于3D 漫游展示確認復雜幕墻施工的整體效果，從而進一步完善細節(jié)。

在利用BIM 模型實現施工過程的動畫展示時，施工管理人員應及時制定管理計劃，為實現針對性強、實效性高的現場管理做好準備[5]。對于施工人員來說，基于BIM 技術完成全過程施工掃描也同樣十分必要。這一操作可實現模型參數的動態(tài)化更新，在結構掃描誤差協(xié)同指揮系統(tǒng)的配合下可大幅提升復雜幕墻的施工質量。

從施工管理的角度來看，BIM 技術主要扮演結構參數復測、施工質量監(jiān)控、現場施工指導等角色，其將成為項目管理的最佳工具。復雜幕墻的質量控制環(huán)節(jié)中避免管線碰撞是極為重要的環(huán)節(jié)，該項工作可直接基于BIM 模型完成，施工人員需要結合實際對管線布設復雜性高的區(qū)域或重點關注區(qū)域進行針對性碰撞偵測，以便保證整體施工質量。此外，施工管理人員還需要利用BIM 技術對施工人員進行三維可視化培訓，并基于該技術的四維模擬工序功能提高工序分割與協(xié)調可靠性。

4 結語

綜上所述，建筑工程中BIM 技術的應用范圍極為廣泛，該技術貫穿項目開展全過程。因此基于BIM技術開展復雜幕墻設計與施工，將會為降低幕墻工程難度，為項目實現化繁為簡、提質增效提供保障。在實際作業(yè)環(huán)節(jié)中，必須強調基于BIM 技術的信息化幕墻設計與施工，重視數據價值挖掘和利用，從而依托于可靠方案保證復雜幕墻施工的安全性、有效性與經濟性。