BIM 技術(shù)在雙曲面GRG 幕墻設(shè)計施工中的應(yīng)用

范文東

（山西工程科技職業(yè)大學(xué)，太原030619 ）

1 前言

近年來，隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，山西太原進(jìn)入了信息時代的快車道，在山西省委省政府的部署下，瀟河產(chǎn)業(yè)園區(qū)新建了一批集會議、接待、展示功能的大型公共建筑，以提升太原的會展水平。其中瀟河新城國際會議中心報告廳是國內(nèi)較大規(guī)模的報告廳，本文以此項(xiàng)目為例，介紹BIM技術(shù)在其中的運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)，供同行交流分析討論。

2 工程概況

施工范圍為國際會議中心4 標(biāo)段，兩會報告廳及附屬用房區(qū)域。施工面積：2133㎡。主要施工內(nèi)容：天花頂面GRG、墻面木紋陶鋁吸音板、地面木地板，由于造型特別復(fù)雜，施工難度較大，下面介紹一下GRG板的材料特點(diǎn)：

（1）無限可塑性。GRG 是玻璃纖維加強(qiáng)石膏板材料，先做模具，流體預(yù)鑄式生產(chǎn)方式，可以做成任意造型，滿足設(shè)計師的想象力和創(chuàng)造力。

（2）調(diào)節(jié)室內(nèi)小氣候?？筛鶕?jù)室內(nèi)溫度和濕度，自動吸收和釋放水汽，提升室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量和舒適度。

（3）重量輕，強(qiáng)度高。GRG 板規(guī)格有3.2mm 至8.8mm不等，重量在4.9kg-9.8KG/m2之間，施工簡便，強(qiáng)度高。

（4）聲學(xué)效果好。多用于劇場、報告廳，可改善室內(nèi)音質(zhì)效果，具有良好的隔聲、吸聲效果。

2.1 BIM和參數(shù)化技術(shù)設(shè)計優(yōu)化路徑

從本項(xiàng)目設(shè)計優(yōu)化階段BIM 和參數(shù)化軟件使用情況及設(shè)計優(yōu)化內(nèi)容可以看出，BIM 和參數(shù)化技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用場景設(shè)計重難點(diǎn)主要集中在以下三處：一是幕墻外表皮，異型幕墻造型，表皮參數(shù)化及定型參數(shù)；二是主體空間結(jié)構(gòu)，網(wǎng)架空間定位，與表皮幕墻關(guān)系；三是幕墻BIM模型協(xié)同與設(shè)計施工技術(shù)交底。

首先，針對雙曲面板造型控制及定位問題，設(shè)計團(tuán)隊(duì)采用BIM參數(shù)化技術(shù)，提取雙曲面板的平面控制線，將Nurbs 曲線優(yōu)化為圓弧，再定位其弧長、半徑、圓心；再由遺傳算法動態(tài)計算曲面平板率，得出最優(yōu)方案。然后，設(shè)計與施工團(tuán)隊(duì)分析比較其可行性，全專業(yè)團(tuán)隊(duì)協(xié)作參與，進(jìn)行碰撞檢測，確定建筑構(gòu)件及設(shè)施設(shè)備滿足安全距離要求。

由本項(xiàng)目工作流可以看出，幕墻表皮優(yōu)化是問題的核心所在，與幕墻自身的技術(shù)特征、材料加工、應(yīng)用的軟件技術(shù)等息息相關(guān)。運(yùn)用BIM參數(shù)化技術(shù)，可以解決上述諸多問題，BIM技術(shù)的全專業(yè)模擬性可深入模擬施工過程，加快了施工進(jìn)度，提高了設(shè)計施工質(zhì)量，避免浪費(fèi)。

2.2 Revit 模型

通過族模型和體量模型搭建，生成網(wǎng)架結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)而生成吊桿和支吊架，與二次網(wǎng)架模型創(chuàng)建。BIM軟件可模擬性，創(chuàng)建真實(shí)場景構(gòu)造，可以1：1 復(fù)刻基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)條件。利用Revit 強(qiáng)大的信息化模型參數(shù)屬性功能，可以賦予構(gòu)件長度、寬度、高度參數(shù)化信息并導(dǎo)出工程量明細(xì)表。由于會議中心空間尺度大，主體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尤其是空間網(wǎng)架對面層GRG 板影響很大，稍有偏差會對整體美觀造成影響。為避免此類問題，空間網(wǎng)架施工后，在GRG 板施工開始之前，需根據(jù)實(shí)際結(jié)構(gòu)及網(wǎng)架位置標(biāo)高等關(guān)鍵尺寸標(biāo)高進(jìn)行必要的復(fù)測。根據(jù)復(fù)測數(shù)據(jù)，通過BIM技術(shù)對GRG 板模型做出調(diào)整，以保證面層施工順利進(jìn)行（圖1）。

圖1 Revit 模型

2.3 建立犀牛GRG 模型

Rhino 建模工具由美國Robert McNeel&Assoc 公司開發(fā)，具有較高的兼容性，基于NURBS 算法，其能夠建構(gòu)表達(dá)復(fù)雜、非線性且高精細(xì)度的建筑形態(tài)空間信息。項(xiàng)目中采用犀牛軟件對吊頂GRG 雙曲面板進(jìn)行參數(shù)化建模，而且犀牛模型與Revit 軟件有很好的兼容互通。Rhino 的命令行輸入方式與CAD 軟件工具相同，可進(jìn)行二維與三維建模，并具有多種復(fù)雜建筑形態(tài)建模能力，可構(gòu)建多類型函數(shù)曲線和曲面。BIM系列軟件的強(qiáng)大功能就在于只有你想不到，沒有做不到，軟件可完成各種異型模型，優(yōu)化設(shè)計方案，精準(zhǔn)定型定位，提升設(shè)計效率，而且還可以自動算量，實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確清單計價（圖2）。

圖2 GRG 模型

2.4 GRG 加工圖

依據(jù)犀牛模型，導(dǎo)出每塊雙曲面GRG 板的圖紙，并進(jìn)行詳細(xì)標(biāo)注，進(jìn)行審核每幅加工圖，確保與模型一致，并且項(xiàng)目部、廠家雙方簽字確認(rèn)，廠家依據(jù)簽字圖紙尺寸進(jìn)行精準(zhǔn)加工。借助Grasshopper 袋鼠插件固定尺寸優(yōu)化細(xì)分，雙曲面的攤平、編號、數(shù)據(jù)統(tǒng)計、各個邊長、面積計算等，數(shù)據(jù)導(dǎo)出Excle 表格并算料下料圖表。

利用BIM技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)施工過程及構(gòu)造三維模擬化技術(shù)交底，生成動畫演示，直觀可視化交流溝通演示匯報，打破傳統(tǒng)二維圖紙信息抽象表達(dá)局限。軟件對模型構(gòu)件排版編號，預(yù)排施工模擬，并利用全站儀打點(diǎn)精準(zhǔn)定位，減少錯誤及誤差，提升施工安裝質(zhì)量（圖3）。

圖3 加工圖

2.5 數(shù)字化協(xié)同

本項(xiàng)目提出設(shè)計優(yōu)化的迭代過程，涉及參數(shù)化模型與BIM 的協(xié)同，各專業(yè)和專業(yè)間的協(xié)同（建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻和機(jī)電構(gòu)件的設(shè)計、碰撞檢查、空間分析等），以及設(shè)計團(tuán)隊(duì)、業(yè)主和合作單位的高效協(xié)同等。本項(xiàng)目模型復(fù)雜，設(shè)計團(tuán)隊(duì)使用Rhino-Revit 插件在Revit 軟件中修改曲面造型和傳遞模型信息的做法，避免了不同軟件間模型轉(zhuǎn)模引發(fā)的構(gòu)件丟失問題，同時在Revit 軟件中調(diào)用Grasshopper 插件對部分曲面進(jìn)行調(diào)整（圖4）。

圖4 節(jié)點(diǎn)圖

2.6 整體模型展示

利用BIM 技術(shù)Revit 軟件建立數(shù)字化三維信息模型，模擬實(shí)際工程項(xiàng)目，極大豐富了從設(shè)計到施工的科學(xué)技術(shù)手段，體現(xiàn)了與時俱進(jìn)的當(dāng)代魯班時代精神（如圖5 ）。

圖5 整體模型

3 BIM 技術(shù)應(yīng)用價值

（1）提高了設(shè)計深化質(zhì)量，避免返工。

（2）各專業(yè)協(xié)作，成功將甲方乙方零距離對接，無障礙交流溝通。

（3）節(jié)約成本，凡事預(yù)則立，不預(yù)則廢，將問題前置解決問題，提高了勞動生產(chǎn)率。

（4）BIM國產(chǎn)化軟件使用，擺脫了對國外軟件的依賴，解決了卡脖子問題，保證了質(zhì)量。

4 難點(diǎn)與不足

（1）很多施工人員不了解BIM，對BIM 應(yīng)用技術(shù)一無所知，加大了交流溝通協(xié)作的難度。

（2）各款軟件存在不能有效兼容問題，數(shù)據(jù)文件傳遞存在不共享、信息丟失的情況，還需要修改完善，增加了工作量。

5 結(jié)論

建筑技術(shù)發(fā)展是一個國家科技實(shí)力的體現(xiàn)，BIM技術(shù)在建筑業(yè)各領(lǐng)域已是大勢所趨；各專業(yè)協(xié)同是BIM技術(shù)的一項(xiàng)優(yōu)勢，我們將不懈努力，對國產(chǎn)化BIM 技術(shù)進(jìn)行持續(xù)探索，全面推動國民經(jīng)濟(jì)建筑業(yè)健康發(fā)展。