BIM技術(shù)在智能建筑幕墻設(shè)計中的應(yīng)用分析

趙耀龍，李亞煒，趙英杰，劉沖，紀(jì)春立，耿立超

（中國建筑第二工程局有限公司華東公司）

1 引言

幕墻工程是影響智能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計效果的重要因素，為優(yōu)化智能建筑幕墻設(shè)計，相關(guān)人員嘗試將BIM技術(shù)滲透在幕墻設(shè)計的全流程內(nèi)，從而通過BIM技術(shù)的可視化、立體化特征，建立3D幕墻設(shè)計模型。借此加強幕墻設(shè)計中的質(zhì)量管理，設(shè)計出高水平、高質(zhì)量的智能建筑幕墻工程。

2 工程概況

某國家安全產(chǎn)業(yè)示范園二期B區(qū)工程總承包（EPC）項目位于濰坊市奎文區(qū)機場路以東、機場以西、民航街以北、規(guī)劃鳳凰街以南，項目承包范圍包括設(shè)計國家安全產(chǎn)業(yè)示范園二期B區(qū)施工圖（不含人防及室外配套設(shè)計），國家安全產(chǎn)業(yè)示范園二期B區(qū)施工準(zhǔn)備階段、施工階段、交工驗收階段至保修責(zé)任期階段等內(nèi)容。該項目的實際建設(shè)范圍包括但不限于項目土建工程、裝飾工程、安裝工程、消防工程、暖通工程、設(shè)備安裝及采購、強弱電工程、室外配套、景觀園林綠化等。

該項目在具體實踐中運用BIM對幕墻工程進行全參數(shù)化建模，并提出碰撞部位并生成報告，同時對幕墻工程進行施工工藝模擬。隨后運用BIM技術(shù)對幕墻工藝交底，包括工藝動畫、現(xiàn)場圖紙等，施工人員可根據(jù)現(xiàn)場各幕墻上粘貼的二維碼隨時對比現(xiàn)場的落實情況。在BIM技術(shù)的支持下，該工程項目中的幕墻設(shè)計效果尚佳，且幕墻后期施工設(shè)計符合業(yè)務(wù)要求。

3 BIM技術(shù)相關(guān)概述

BIM技術(shù)是各類信息化技術(shù)支持下的技術(shù)工具，其本質(zhì)是“建筑信息化模型”，多應(yīng)用在建筑領(lǐng)域，可模擬建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工設(shè)計，立體化呈現(xiàn)建筑項目的整個生命周期，優(yōu)化建筑物結(jié)構(gòu)設(shè)計、施工方案，使工程管理者有序落實各項管理措施[1]。隨著新時期對建筑設(shè)計效果、整體性能提出的更多要求，傳統(tǒng)管理工具已無法滿足當(dāng)前建筑工程的建設(shè)要求，因此可應(yīng)用BIM技術(shù)，建立可視化的智能建筑模型，幫助相關(guān)主體持續(xù)優(yōu)化建筑設(shè)計，保障建筑物的建設(shè)質(zhì)量。在我國智能建筑發(fā)展中，BIM技術(shù)可憑借3D、5D的數(shù)字模型詳細(xì)呈現(xiàn)建筑物的結(jié)構(gòu)，用細(xì)節(jié)化的技術(shù)手段輔助智能建筑項目管理，彌補傳統(tǒng)設(shè)計軟件的視圖缺陷，為建筑工程設(shè)計者提供更有價值的參考信息。

4 智能建筑幕墻設(shè)計中BIM的適用性分析

智能建筑顧名思義是將計算機技術(shù)、建筑技術(shù)相互融合，使建筑物具有自動化管理的基本特性。智能建筑中的通信、消防、暖通系統(tǒng)的智能化程度高，是新時期建筑物創(chuàng)新發(fā)展的新趨勢。幕墻設(shè)計是智能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計體系中的重要內(nèi)容，BIM技術(shù)可結(jié)合建筑物幕墻設(shè)計需求、基本思路，快速繪制立體化的幕墻3D模型，提升建筑內(nèi)部空間的利用率，同時有助于保障幕墻設(shè)計的合理性，為幕墻安裝設(shè)計創(chuàng)造有利條件[2]。

另外，在傳統(tǒng)建筑設(shè)計活動中，建設(shè)方會在完成幕墻設(shè)計工作后分析其成本損耗、能源損耗，容易引起一系列成本風(fēng)險。而基于BIM技術(shù)的智能建筑幕墻設(shè)計活動，設(shè)計者可利用BIM技術(shù)的模型優(yōu)勢，提前模擬幕墻設(shè)計方案，預(yù)算幕墻設(shè)計、安裝后的成本支出，為建設(shè)方成本控制打好基礎(chǔ)。不僅如此，BIM技術(shù)的兼容性較強，能夠與各類數(shù)據(jù)軟件聯(lián)合應(yīng)用，確保智能建筑幕墻設(shè)計效果。比如，BIM技術(shù)可與計算機軟件聯(lián)合應(yīng)用，并利用自身的可視化特征，動態(tài)展示智能建筑幕墻結(jié)構(gòu)，便于設(shè)計人員整合現(xiàn)有的數(shù)據(jù)信息，優(yōu)化幕墻整體設(shè)計。本項目BIM技術(shù)支持下的建筑幕墻設(shè)計效果（見圖1）。

圖1 BIM智能建筑幕墻設(shè)計圖

5 BIM技術(shù)在智能建筑幕墻設(shè)計中的具體應(yīng)用

5.1 構(gòu)建3D幕墻BIM模型

在智能建筑的幕墻設(shè)計中，BIM技術(shù)可聯(lián)合應(yīng)用3Dmax、CAD、Revit等軟件，構(gòu)建3D幕墻BIM模型。模型中包括幕墻設(shè)計所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而設(shè)計者可憑借模型中的圖形信息，以及各類參數(shù)，完成幕墻整體設(shè)計[3]。比如，BIM技術(shù)支持下的3D幕墻模型可呈現(xiàn)幕墻設(shè)計寬度、長度、表面結(jié)構(gòu)、線形密度、色彩效果等參數(shù)，同時建立與之相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，生成立體化的智能建筑幕墻工程。

在此過程中，設(shè)計人員可借助Revit軟件輔助幕墻工程的設(shè)計，如圖2所示，在復(fù)雜的智能建筑幕墻設(shè)計中，Revit軟件可從基礎(chǔ)參數(shù)入手，分析幕墻工程在建筑外立面、內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的控制點，隨后擇優(yōu)選擇幕墻參數(shù)，制作智能建筑中的幕墻設(shè)計圖紙，呈現(xiàn)幕墻的立體效果。此外，對于部分雙曲面、扭曲的幕墻工程，傳統(tǒng)的二維圖紙無法精準(zhǔn)呈現(xiàn)幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的詳細(xì)數(shù)據(jù)，所以需要利用Revit、Rhino等軟件繪制幕墻3D模型，提取幕墻結(jié)構(gòu)設(shè)計中的完整數(shù)據(jù)，為幕墻零部件的加工、排產(chǎn)打好基礎(chǔ)。

圖2 Revit智能建筑幕墻設(shè)計圖

5.2 利用模型繪制幕墻設(shè)計圖紙

傳統(tǒng)建筑幕墻工程繪制設(shè)計圖紙時，幕墻圖紙多為二維圖紙，但二維幕墻圖紙指導(dǎo)墻體施工時卻具有較強的局限性。所以設(shè)計人員可利用幕墻BIM模型繪制3D幕墻設(shè)計圖紙，模型參數(shù)修改后，電子化的立體設(shè)計圖紙可隨之改變，施工人員可在施工現(xiàn)場掃描二維碼，查看立體化、可視化的幕墻圖紙，對比施工效果與設(shè)計圖紙的差異性[4]。

但是在具體繪制3D幕墻圖紙時，設(shè)計人員還應(yīng)基于Revit軟件，以及《BIM構(gòu)件庫應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)》，多層次表達(dá)智能建筑項目中幕墻工程的立面層次、所用材質(zhì)、幕墻剖面結(jié)構(gòu)等信息，同時詳細(xì)標(biāo)好幕墻工程的實際標(biāo)高、各構(gòu)件的分布等?；?D幕墻設(shè)計圖紙，設(shè)計人員可用清晰的圖紙表達(dá)方案，為幕墻構(gòu)建預(yù)制、加工提供有力支撐。比如，幕墻制作過程中，若描述不符合實際則會使幕墻構(gòu)件加工效果出現(xiàn)改變，所以需要利用設(shè)計圖紙有效說明幕墻設(shè)計方案，拆分幕墻結(jié)構(gòu)[5]。

5.3 優(yōu)化幕墻工程設(shè)計方案

在智能建筑的幕墻設(shè)計活動中，BIM技術(shù)的應(yīng)用價值不僅集中在設(shè)計表達(dá)方面，同樣體現(xiàn)在設(shè)計方案的持續(xù)優(yōu)化上。首先，基于BIM技術(shù)立體化特征的應(yīng)用優(yōu)勢，設(shè)計人員可直觀、完善呈現(xiàn)幕墻工程的3D模型，與建筑工程師、業(yè)主進行互動交流，及時修改幕墻設(shè)計方案，提升設(shè)計活動的整體效率。其次，智能建筑項目對幕墻能耗、節(jié)能效果會提出一定要求，BIM技術(shù)支持下的3D幕墻模型可幫助設(shè)計人員從不同角度優(yōu)化設(shè)計，同時全面展現(xiàn)幕墻設(shè)計方案的綠色、節(jié)能優(yōu)勢[6]。

最后，設(shè)計階段的BIM幕墻模型可實現(xiàn)各專業(yè)的銜接，推進設(shè)計交互，使幕墻設(shè)計方案、智能建筑設(shè)計方案、智能建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計相互銜接，有序完成智能建筑工程項目的建設(shè)任務(wù)。不僅如此，幕墻設(shè)計中各個構(gòu)件的節(jié)點設(shè)計較為復(fù)雜，所以在優(yōu)化智能建筑幕墻設(shè)計時，BIM技術(shù)可詳細(xì)地表達(dá)幕墻工程的“構(gòu)造節(jié)點”，用360°無死角的設(shè)計模型預(yù)防幕墻工程中細(xì)節(jié)區(qū)域存在的漏項風(fēng)險，保證智能建筑工程的建設(shè)進度。

5.4 落實幕墻設(shè)計的碰撞檢測

智能建筑幕墻工程設(shè)計屬于綜合性的設(shè)計活動，只有落實幕墻設(shè)計中碰撞檢測，才能進一步規(guī)范幕墻工程的設(shè)計管理、施工管理、幕墻構(gòu)件加工管理，使幕墻工作中各專業(yè)相互銜接。但傳統(tǒng)幕墻施工建設(shè)中卻存在“信息反饋不及時”、“設(shè)計交底不到位”、“幕墻結(jié)構(gòu)與建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計存在矛盾”等情況。因此，在應(yīng)用BIM技術(shù)時，設(shè)計人員可利用3DBIM幕墻設(shè)計模型，為幕墻工程建設(shè)進行施工指導(dǎo)，并通過與智能建筑設(shè)計圖紙的聯(lián)合分析，加強幕墻設(shè)計中的碰撞檢測[7]。

同時，針對預(yù)防幕墻結(jié)構(gòu)加工、施工設(shè)計中的“錯漏”、“缺失”問題，節(jié)約返工、材料使用中的成本損耗，設(shè)計出更合理的智能建筑幕墻工程施工設(shè)計方案，讓施工人員在幕墻安裝、施工現(xiàn)場，依據(jù)BIM模型、BIM平臺中的數(shù)據(jù)信息，安全有序地建設(shè)幕墻工程。進行碰撞檢測時，設(shè)計人員可將幕墻工程設(shè)計圖紙、智能建筑施工方案內(nèi)的平面立體圖共同發(fā)送到BIM平臺上，平臺中的Rhino軟件能夠與Grass‐hopper平臺聯(lián)用，建立不同類型幕墻在智能建筑結(jié)構(gòu)中的立體模型。

之后，設(shè)計人員可通過Navisworks軟件，分別對幕墻工程、智能建筑工程中的各個專業(yè)模型進行整體碰撞檢測，自動生成碰撞檢測報告。設(shè)計人員可根據(jù)具體的碰撞檢測報告，快速識別設(shè)計圖紙中的碰撞現(xiàn)象，從而調(diào)整幕墻設(shè)計圖紙，優(yōu)化幕墻工程的整體設(shè)計。同時，模擬幕墻工程施工流程，為后期的幕墻工程建設(shè)提供專業(yè)化、直觀的設(shè)計指導(dǎo)，有效協(xié)調(diào)智能建筑、幕墻工程設(shè)計的基本關(guān)系，助力我國智能建筑幕墻工程設(shè)計的創(chuàng)新發(fā)展[8]。

6 結(jié)語

綜上所述，智能建筑作為未來城市化建設(shè)發(fā)展的主流趨勢，將BIM技術(shù)引進智能建筑幕墻設(shè)計中有利于提升智能建筑設(shè)計管理的自動化程度，用一體化的3D模型，模擬幕墻設(shè)計的全過程，從而針對性地幫助設(shè)計人員優(yōu)化幕墻設(shè)計方案，設(shè)計出更優(yōu)質(zhì)、符合智能建筑要求的幕墻工程，提高業(yè)主滿意度，保障智能建筑幕墻設(shè)計的整體質(zhì)量。