玻璃幕墻設(shè)計(jì)與施工中BIM技術(shù)的應(yīng)用探討*

韋清權(quán)

廣西水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院/建筑工程系 廣西 南寧 530000

引言

隨著建筑工業(yè)化以及建筑信息化的不斷發(fā)展，目前各類建設(shè)項(xiàng)目的規(guī)模以及施工技術(shù)水平不斷提高，在建設(shè)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工方面已經(jīng)有了多個(gè)領(lǐng)域的技術(shù)更新。城鎮(zhèn)化促進(jìn)了城市高層建筑的發(fā)展，現(xiàn)代高層建筑中有諸多項(xiàng)目選擇采用幕墻設(shè)計(jì)以提高建筑設(shè)計(jì)的美觀與實(shí)用性，也促進(jìn)建筑玻璃幕墻設(shè)計(jì)與施工水平的多元化與復(fù)雜性。在此背景下，為了順應(yīng)玻璃幕墻設(shè)計(jì)與施工的需求，通過(guò)軟件協(xié)同以及信息化簡(jiǎn)單操作的方式實(shí)現(xiàn)高層建筑玻璃幕墻的設(shè)計(jì)與施工，BIM技術(shù)提供了可行的方案。BIM技術(shù)作為目前建筑領(lǐng)域的先進(jìn)信息科技，可以在玻璃幕墻的設(shè)計(jì)中進(jìn)行可視化操作，提高設(shè)計(jì)表達(dá)水平，并通過(guò)一系列的操作解決設(shè)計(jì)錯(cuò)漏問(wèn)題，并且能夠基于BIM模型搭建信息交互平臺(tái)，解決對(duì)方交流以及項(xiàng)目監(jiān)控不流暢等問(wèn)題。

1 概念簡(jiǎn)介

1.1 玻璃幕墻設(shè)計(jì)與施工特點(diǎn)

建筑幕墻作為建筑的外立面主要的形態(tài)表達(dá)單元，不僅可以保障建筑物的具備有節(jié)能的特點(diǎn)，還能夠通過(guò)造型設(shè)計(jì)達(dá)到美觀功能，并在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面達(dá)到安全實(shí)用的標(biāo)準(zhǔn)。城市土地人口集中，催生了各類公共建筑以及民用建筑向大空間、大跨度、超高層發(fā)展，而外墻采用玻璃材質(zhì)，不僅輕質(zhì)，還具有美觀、節(jié)能等特點(diǎn)，較傳統(tǒng)材質(zhì)的外墻或幕墻更有現(xiàn)代藝術(shù)發(fā)揮的空間[1]。玻璃幕墻與傳統(tǒng)幕墻在結(jié)構(gòu)上有相似之處，都需要有支撐系統(tǒng)保障安全，目前常見(jiàn)有鋼結(jié)構(gòu)，并且要能夠承受由于氣候環(huán)境等外在因素的位移與形變能力，能夠通過(guò)光照的吸收與反射達(dá)到節(jié)能的目的。

玻璃幕墻作為建筑外立面的審美體現(xiàn)，建筑設(shè)計(jì)師會(huì)通過(guò)不同的幕墻形態(tài)來(lái)展現(xiàn)現(xiàn)代建筑的藝術(shù)追求，因此也常見(jiàn)現(xiàn)代高層建筑采用形狀各異，凹凸有致，曲直相容的幕墻形態(tài)，并且在顏色的選擇上也更為多元，美化了現(xiàn)代城市面貌。隨著建筑幕墻設(shè)計(jì)難度的加大，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法中的二維表現(xiàn)方式不能充分展現(xiàn)多變復(fù)雜的幕墻造型，既不利于業(yè)主對(duì)方案的理解，也不利于施工方按圖施工，尤其是對(duì)于異性部位，構(gòu)件形態(tài)復(fù)雜，尺寸要求精度高，傳統(tǒng)的施工管理方式容易出現(xiàn)錯(cuò)漏，造成工廠生產(chǎn)錯(cuò)誤或施工預(yù)留錯(cuò)誤等，降低生產(chǎn)效率，增加施工成本等。根據(jù)目前我國(guó)的建筑幕墻的設(shè)計(jì)流程，主要包含有四個(gè)階段，分別是方案圖設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)、深化設(shè)計(jì)以及竣工圖，在這四個(gè)環(huán)節(jié)中都是相互依存的，而其中施工圖的設(shè)計(jì)作為承上啟下的關(guān)鍵設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，其設(shè)計(jì)成果不僅是進(jìn)行招投標(biāo)及指導(dǎo)后期施工的依據(jù)，也是進(jìn)行后期施工管理以及竣工驗(yàn)收的重要參照。施工圖設(shè)計(jì)中要將初步設(shè)計(jì)的幕墻方案進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)化，形成立面圖、平面圖、墻身詳圖、效果圖或者Sketchup模型等，并相應(yīng)生成工程量以及材料清單[2]。內(nèi)容應(yīng)翔實(shí)具體，要體現(xiàn)立面材質(zhì)的具體參數(shù)，例如：玻璃則在節(jié)點(diǎn)中體現(xiàn)玻璃層數(shù)及厚度、玻璃處理方式、玻璃中空層氣體形式、LOW-E膜安裝位置等（玻璃幕墻施工圖節(jié)點(diǎn)詳圖見(jiàn)圖1）[3]。

圖1 玻璃幕墻標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)圖

1.2 BIM概述

Building Information Modeling的中文譯名為建筑信息模型，簡(jiǎn)稱BIM，其指的是將建筑全過(guò)程形成的各類信息涵蓋在一個(gè)模型中進(jìn)行表達(dá)的計(jì)算機(jī)技術(shù)。目前BIM系列的國(guó)內(nèi)外軟件眾多，常用于建筑設(shè)計(jì)的BIM系列軟件仍然是以Bentley 的Architecture 系列較多，單專業(yè)或系統(tǒng)設(shè)計(jì)常使用Graphisoft的ArchiCADBentley和Autodestk的Revit Architecture 等，土建建模常用Autodestk的Revit 系列，如果有異性結(jié)構(gòu)較多的可以選用Gehry Technologies 的Digitalproject等軟件。通過(guò)多軟件、多平臺(tái)的融合，可以使建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)專業(yè)形成參數(shù)化以及標(biāo)準(zhǔn)化，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，減少施工成本，因此也成為目前建筑設(shè)計(jì)的主流工具之一。對(duì)于建筑幕墻專項(xiàng)設(shè)計(jì)，目前常用的Ecotect、BIM360等軟件可以在模擬分析等方面發(fā)揮重要作用，并且還可以結(jié)合動(dòng)畫(huà)演示來(lái)展現(xiàn)建筑幕墻的施工流程模擬、不同外部環(huán)境下的使用工況，便于工程師進(jìn)行設(shè)計(jì)方案優(yōu)化，施工方案對(duì)比，提升展示效果，發(fā)現(xiàn)錯(cuò)漏碰缺，可視化交底等，為相關(guān)人員進(jìn)行管理工作提供決策數(shù)據(jù)支持[4]。

2 案例分析

2.1 案例簡(jiǎn)介

A項(xiàng)目工程位于XX市金融商務(wù)區(qū)核心區(qū)內(nèi)，總建筑面積逾230000m2。1#樓玻璃幕墻大多采用半隱框模式，裙樓采用隱框幕墻，鋁板幕墻用于玻璃幕墻中間橫向及豎向線條裝飾作用。2#樓玻璃幕墻面積約為19000m2，玻璃幕墻大多數(shù)采用半隱框模式，裙樓采用隱框幕墻，其中另有鋁板幕墻，主要用于玻璃幕墻中間橫向及豎向線條裝飾作用。3#樓玻璃幕墻面積約為26000m2，玻璃幕墻大多數(shù)采用半隱框模式，裙房采用隱框幕墻。該樓棟約有一萬(wàn)平方米鋁板幕墻用于整棟樓周邊包線條裝飾作用、裙樓女兒墻及3～4樓間超大鋼結(jié)構(gòu)連廊的裝飾。4#樓玻璃幕墻面積約為23000m2，玻璃幕墻大多數(shù)采用半隱框模式，裙樓采用隱框幕墻。鋁板幕墻用于整棟樓周邊包線條裝飾作用。

2.2 BIM技術(shù)在玻璃幕墻設(shè)計(jì)階段應(yīng)用

2.2.1 基礎(chǔ)建模。為了標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，本項(xiàng)目首先在軟件中創(chuàng)建了族文件，并設(shè)置了標(biāo)準(zhǔn)單元節(jié)點(diǎn)構(gòu)造，隨后在模型中增加幕墻屬性、模空間、材質(zhì)、尺寸，并對(duì)構(gòu)件進(jìn)行拉伸、旋轉(zhuǎn)等處理；在常規(guī)族的基礎(chǔ)上嵌入增加族，保持常規(guī)族與增加族之間的聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，方便后期數(shù)據(jù)的調(diào)整。向嵌套族中導(dǎo)入建筑幕墻的軸網(wǎng)及平面和立面圖，設(shè)置構(gòu)件定位，并將輪廓線打斷成為為多段線后，將族導(dǎo)入Revit 軟件中，使每段折線范圍內(nèi)為獨(dú)立模塊，可以進(jìn)行單獨(dú)的調(diào)節(jié)。

2.2.2 工程量生成。形成BIM模型并在模型中設(shè)置族后，可以進(jìn)行可視化的轉(zhuǎn)化和工程量的生成。建筑幕墻由于其專業(yè)特點(diǎn)，通常對(duì)模型的精度要求在LOD400+以上，通過(guò)模型的準(zhǔn)確搭建，可以運(yùn)用軟件的識(shí)別技術(shù)提取構(gòu)件并進(jìn)行工程量的統(tǒng)計(jì)，同時(shí)也可以結(jié)合相應(yīng)軟件生成幕墻型材加工圖和下料單，便于工廠進(jìn)行預(yù)制生產(chǎn)。基于BIM模型導(dǎo)出項(xiàng)目的各類資源消耗量、明細(xì)表、并進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整和完善，提升數(shù)據(jù)的精確度。

2.2.3 碰撞檢查。BIM模型的優(yōu)勢(shì)之一在于可以進(jìn)行多專業(yè)的融合并進(jìn)行碰撞檢查，通過(guò)不同專業(yè)之間模型的嵌套后發(fā)現(xiàn)專業(yè)間相互沖突的部位，進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整和變更，避免后期實(shí)際施工時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題產(chǎn)生返工返修，浪費(fèi)時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本。

2.2.4 特殊節(jié)點(diǎn)處理。由于項(xiàng)目的玻璃幕墻設(shè)計(jì)存在有特殊造型，傳統(tǒng)的建模方式不能清晰體現(xiàn)該項(xiàng)目幕墻的具體形態(tài)特點(diǎn)及施工方法，因此通過(guò)BIM技術(shù)進(jìn)行特殊節(jié)點(diǎn)處理，打造弧形表面的玻璃幕墻形態(tài)。

2.3 BIM技術(shù)在玻璃幕墻施工階段應(yīng)用

BIM模型構(gòu)建完成后，可以由不同的參與人員向其導(dǎo)入相關(guān)信息，隨著不同資源信息的錄入和同步，BIM模型可以結(jié)合展示平臺(tái)實(shí)現(xiàn)施工模擬，將施工資源的投入節(jié)點(diǎn)、施工方案、施工工藝、施工技術(shù)等進(jìn)行模擬展示，為項(xiàng)目管理人員進(jìn)行成本管理、質(zhì)量管理、進(jìn)度管理提供參照，及時(shí)采取措施進(jìn)行糾偏[5]。

傳統(tǒng)采用施工圖交底的方式不僅效率低下，并且由于各方對(duì)圖紙的熟悉程度和施工技術(shù)的掌握程度不同容易造成歧義，影響施工。采用BIM技術(shù)，充分利用其可視化、動(dòng)態(tài)模擬的特點(diǎn)，將施工技術(shù)、施工節(jié)點(diǎn)、關(guān)鍵工序、重難點(diǎn)部位等通過(guò)BIM模型及Naviswork等軟件進(jìn)行交底，提高交底的效率與準(zhǔn)確性，加強(qiáng)多方溝通與理解一致。

與此同時(shí)，該項(xiàng)目的玻璃幕墻通過(guò)前期建立了BIM標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)，因此生成的各類材料以模塊化設(shè)計(jì)為主，在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就對(duì)各類材料進(jìn)行編碼，并將編碼內(nèi)容編入施工方案中，在進(jìn)行施工時(shí)可以根據(jù)編碼制定相應(yīng)的施工工序，便于對(duì)各類資源進(jìn)出場(chǎng)及施工段安排。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文分析了玻璃幕墻的設(shè)計(jì)施工特點(diǎn)，并結(jié)合案例探討了BIM技術(shù)在高層建筑玻璃幕墻的設(shè)計(jì)施工的應(yīng)用，梳理了玻璃幕墻的設(shè)計(jì)與施工融合BIM模型的優(yōu)勢(shì)在于：①運(yùn)用系列軟件和協(xié)同平臺(tái)等信息化手段建立三維施工圖模型，提高了玻璃幕墻設(shè)計(jì)效率，減少了設(shè)計(jì)錯(cuò)漏，并在施工階段集成了建筑工程項(xiàng)目施工階段的各種數(shù)據(jù)信息。②減少信息冗余，提高信息的使用效率，減少了傳統(tǒng)紙質(zhì)模式的設(shè)計(jì)、施工交底，避免溝通補(bǔ)償，減少能源和材料的浪費(fèi)，優(yōu)化設(shè)計(jì)質(zhì)量。③運(yùn)用數(shù)據(jù)分析功能可以提前創(chuàng)設(shè)、收集和預(yù)估后期施工的建筑各項(xiàng)物理信息，對(duì)有可能出現(xiàn)的不利因素和風(fēng)險(xiǎn)采取有效的防范措施。④實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)管理，構(gòu)件設(shè)計(jì)與施工精確對(duì)應(yīng)實(shí)際構(gòu)件，且數(shù)據(jù)可以永久保存。

除此之外，采用BIM技術(shù)進(jìn)行玻璃幕墻的設(shè)計(jì)時(shí)，也可以導(dǎo)出二維圖紙進(jìn)行施工，方便相關(guān)人員多元化的交流和對(duì)照，不僅提高了幕墻設(shè)計(jì)的精準(zhǔn)水平，也提高了設(shè)計(jì)效率；在施工階段結(jié)合BIM技術(shù)的軟件和平臺(tái)，可以提高職工質(zhì)量、有效管控施工進(jìn)度、減少返工返修和材料損耗，降低管理成本。綜上所述，BIM 技術(shù)應(yīng)用于建筑幕墻工程，有利于提高設(shè)計(jì)階段和施工極端的總體水平和質(zhì)量，對(duì)推動(dòng)現(xiàn)代建筑外立面的審美需求和技術(shù)提升具有重要意義。建筑施工企業(yè)與設(shè)計(jì)人員應(yīng)充分學(xué)習(xí)和研究BIM技術(shù)在建筑幕墻中的實(shí)踐應(yīng)用，建立以BIM技術(shù)為核心的現(xiàn)代化建筑幕墻設(shè)計(jì)施工標(biāo)準(zhǔn)體系，提高設(shè)計(jì)方案的科學(xué)性和實(shí)用性，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。