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摘要：随着建筑新技术不断发展和进步以及异形建筑的不断涌现，衍生出越来越多的奇特建筑幕墙系统。倒梯形层叠状异形幕墙就是一种类型，而采用常规的建筑设计手法已经不能轻易快速的解决此类设计。基于此，文章通过介绍了建筑BIM技术在倒梯形层叠状异形幕墙中的应用探索，提供一种全新的解决此类问题的思路。
关键词：倒梯形层叠状异形幕墙；建筑BIM技术；参数化；
1 引言
BIM（Building Information Modeling）是一种建筑新技术的简称，即建筑信息化模型。采用建筑BIM技术就要考虑建筑设计智能化需求，因此建立模型时给模型赋予建筑信息的属性，比如构配件的材料属性、尺寸、规格等。建筑BIM技术以其可视化的意境、协同工作高效率、构建参数化设计及对项目全生命周期的关注赢得了建筑行业市场的认可，在某些发达国家的应用已达到一定水平。建筑BIM技术在方案设计、施工深化设计、施工工艺模拟、现场施工碰撞方案、施工合作协调、项目预决算、实施健康监测等方面出色的表现已经展示出了它的潜质，本文将从设计施工角度来探索建筑BIM技术在幕墙设计与施工中的应用。
2 倒梯形层叠状异形幕墙特点
近年来随着国家经济的高速发展，社会的快速进步，异形建筑日益增多，人们对建筑外装饰效果要求也越来越高。倒梯形层叠状异形幕墙具有现代抽象感、外观美观新颖、给人一种身出奇幻境界的感觉。同时建筑BIM技术出现和发展也为建筑师的各种建筑构想提供了行业实践，使异形建筑幕墙的建筑物能够更好发挥最佳的艺术效果，是现代抽象主义异形建筑的显著特征。倒梯形层叠状异形幕墙的特点是工程存在较多大角度倾斜倒梯形角度，整体结构特殊，造型复杂无规律，并且建筑截面尺寸大小不一，造就建筑空间高度各不相同。建筑整体造型由多个立面倒退折叠组合而成，形成大量交接折叠部位，而折叠部位为异形建筑幕墙特点。
3 建筑BIM技术设计流程
为了保证设计工作的顺利进行，在采用建筑BIM技术创建模型时，依次制定了具体BIM模型创建流程，用于指导BIM创建的具体工作。根据工程总进度计划编制，制定建筑BIM深化设计进度计划，该进度计划是各项工作实施的前提保障。
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4 建筑幕墙模型创建
4.1 建筑表皮分格划分
在构建建筑模型时，为了能够最大限度的贴合建筑效果且满足幕墙设计施工及其加工要求，全过程采用Rhino&Grasshopper参数化设计。以两根建筑轮廓控制线为基准，以建筑板块立面长度尺寸设为3.6m、立面高度设为1.2米，倒梯形底口板材的宽度设为0.4米，整块建筑板块面积设为5.76㎡为准则进行幕墙网格划分，此设计分格原则为美学要求，也符合建筑原生板材规则。在建模过程中经过多次调整达到比较完美的效果。根据设计要求，利用Rhino&Grasshopper参数化对立面进行分格划分，尽量控制板块的模数，使每个板块都能满足设计及加工要求。通过BIM软件对建筑外立面进行模数化分格划分是BIM最常用的技术之一，建筑表皮分格划分也是为建筑表皮曲率分析确定依据。
4.2 建筑表皮曲率分析
利用BIM模型对幕墙自由曲面部分各个立面进行曲率分析，根据分析结果对曲率不均匀的区域进行曲面的重新拟合生成，从而保证建筑造型顺滑自由过渡的最佳外立面效果。幕墙钢管为沿幕墙外立面造型变化的自由扭曲曲线，通过BIM模型分析出曲线的曲率及弦高，在不影响视觉效果的前提下，根据不同曲率进行整理归类，并将曲率较小的弧形优化成直线。建筑表皮曲率分析对建筑表皮最终确定具有重要的实际意义，也是建筑幕墙结构确定提供科学的依据。
4.3 幕墙结构确定
倒梯形层叠状异形幕墙为曲面折叠异形幕墙，结构形式复杂多变。因此我们在幕墙方案设计阶段，对幕墙系统进行区域分解建模，并为结构计算提供精确的计算模型。同时对计算跨度、受荷宽度、倾斜角度等计算条件进行统计归类，找出受力最不利的位置，减少结构计算的工作量。对重点部位进行三维建模模拟，模式系统可行性，将模型导入ANSYS软件通过计算确定系统的安全性、可靠性。
4.4 建筑幕墙系统节点可视化模拟
竖向龙骨配合曲面折叠倒梯形造型调整，空间定位很难；横向装饰条截面尺寸呈现阶梯状倒梯形变化，分格缝为错位胶缝，角度变化多，常规的二维节点无法表达精确。幕墙横竖龙骨在施工现场都无法按照常规的施工工艺定位施工，只有通过BIM软件进行安装模拟，检查各构件的配合是否合理，安装空间是否足够，结构受力位置是否科学，施工安装顺利是否合理，这也是BIM最常应用的技术之一。
4.5 与主体结构及其他专业的碰撞检查
基于网络的项目管理、信息交流以及协同工作信息化平台等，利用Navisworks软件对幕墙龙骨模型和与主体结构及其其他专业模型进行碰撞检查，提前发现模型中的干涉问题，及时作出调整。当与各个专业碰撞没有问题时，那就是建立完成完整的建筑模型。
4.6 施工图纸生成
BIM技术颠覆了传统由二维图纸到三维模型的设计流程。建筑模型检验无误后，将Rhino模型导入另一个建筑模型软件Revit，利用Revit强大的出图功能生成平面图、立面图、剖面图等施工图纸。
5 建筑幕墙模型指导施工
5.1 材料信息提取
由于倒梯形层叠状异形幕墙工程造型复杂并且体量大，面板规格和尺寸繁多，传统材料提取加工方法无法满足施工现场生产进度要求，故采用参数化方法对材料信息进行批量提取，使材料加工、安装效率提升数倍以上。
5.2 材料跟踪管理
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倒梯形层叠状异形幕墙的递进式倒退造型决定了工程中没有相同的板块，面对数以万计的面板材料，材料管理成了难题。基于材料跟踪管理系统结合BIM软件形成“互联网+BIM”的技术，实时更新各个环节的材料状态，根据材料的安装信息，将现场进度实时反映在BIM模型中。利用无人机进行空中航拍形成全景影音资料，方便与BIM模型进行比对，以便确定模型与现场进度绝对统一，对工程进度有更为直观的了解，对项目设计与施工实施动态调整。采用这种管理方式实现了对材料科学化、智能化、高效化的管理。
5.3 施工模拟放样定位
针对该工程空间点位多的特点，采取全站仪进行放样，以确保定位的精度，保证建筑效果。先将模型点位信息导出到表格，然后导入全站仪进行现场放样，根据放样结果校核模型。BIM技术在施工工作中起到事半功倍的作用，大大缩短了施工工期。
5.4 工程量统计
通过优化之后的BIM模型，利用GH参数化输出板材尺寸清单、板材、型材、钢材等材料的工程量，为材料招标及商务预算提精确的数据，大大减少了商务算量的工作量。通过材料信息提取出加工图纸，直接交付生产厂家进行生产加工，效率提升数倍，极大的缩短了材料采购周期。
5.5 信息化管理
本项目采用DBWord平台进行项目管理，包括项目信息、人员、施工管理、安全管理、质量管理、技术与科技、智慧工地等。其中模型管理有对各专业BIM模型的上传、下载、整合、信息查询等功能。
5.6 工程可视化管理
可视化管理是BIM技术应用的一种有效方式，不仅能够进行幕墙系统的三维模拟，实现转折递进折叠交接部位的可视化，还可以模拟各材料的安装进程和逻辑顺序，从而对幕墙系统设计进行反馈优化。通过BIM三维可视化沟通，能够直观的展示建筑的形态和构造，所见即所得，能够有效的缩短沟通时间，大大提高沟通效率，减少了沟通成本。
6 总结
为了适应新的国家战略形势，推动建筑行业快速发展，我们从业人员要积极积极推广建筑BIM技术，把BIM技术更多的应用于实际复杂工程之中；积极配合使用三维激光扫描仪、VR技术、3D打印等先进仪器设备；完善并加强“互联网+BIM”，逐步搭建适合幕墙工程的BIM平台。实现协同的项目管理和全生命周期的数据信息管理；打造BIM+智慧工厂，实现设计与工厂的无缝对接，提高生产效率和质量。
论文作者:佟克龙1
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年21期
论文发表时间:2020/2/28
标签：建筑论文; 幕墙论文; 模型论文; 梯形论文; 异形论文; 技术论文; 曲率论文; 《建筑学研究前沿》2019年21期论文;