金刚幕墙集团有限公司
一、工程概况
天津万通大厦（信达二期）幕墙工程项目位于天津市徐州路，传统的小白楼中央商务区内，南临新规划的城市花园，西临商业购物街，北临海信购物广场与写字楼，位于大沽北路与解放南路之间。基地面积8714 m2，包括184.2m高的34层办公楼，3层裙房，结构形式：裙房框架结构，塔楼框筒结构体系，幕墙工程面积约5.4万平方米。
二、幕墙工程目标及特点
1、工程目标
质量目标：符合《建筑工程施工质量检验统一标准》（GB-50300-2001）中的合格标准，确保获得“金奖海河杯”。项目质量要求高工期目标：幕墙工程总工期为492日历天（含预埋件、现场观察样板、幕墙大面施工及收尾整改、竣工验收）。
根据总包进度计划的分析，主体结构计划于2014年9月15日封顶、屋顶钢结构于2014年10月10日完成，同时要求主楼幕墙完成时间为2014年10月28日，自屋顶钢结构完成至幕墙安装完成时间非常短，实现难度大。项目工期紧张。
2、工程特点
本项目外立面幕墙设计是单元与框架并存，其中主楼大面采用单元式，裙楼为框架式设计，单元幕墙是本项目的主控项目，同时还存在以下特点：
2.1、该项目建筑物外形独特，塔楼东西立面为直纹渐变曲面，南北立面竖直收分，裙楼则由具多个斜直面组成复杂多面体造型，建筑造型复杂给施工带来很大难度。
2.2、主楼南北面单元式幕墙体系与一般系统不一样，它采用了普通横滑式单元式玻璃幕墙与单元钢结构构件式开放铝板幕墙相间布置，为非连续性的单元式幕墙结构，并以2层为一个单元造型相错设计，单元钢结构跨越2层，施工工序的组织是本系统的难点。
2.3、主楼东西面单元式幕墙为双曲面设计，如何保证曲面的实现是本工程的重点和难度所在。该幕墙系统外侧设竖向铝板肋系统，根据幕墙节点图设计特点分析，该铝板肋为后装结构，因此该立面幕墙的安装组织是实现该幕墙的重点。
故如何保证幕墙的安装准确并最大程度地保证建筑外饰效果的实现是本项目的重点。因此本项目幕墙应用了BIM技术，采用了Revit Architecture、Rhino等软件进行BIM建模设计。
三、BIM在本项目中的应用
根据天津万通大厦项目幕墙工程造型的特点，该项目的关键技术难题及其设计指导思想为：利用BIM技术设计具有渐变规格尺寸的矩形平板式的单元式幕墙，并以之构建直纹渐变双曲面的建筑立面造型，并确保其技术可行及工程质量。
1、对异形建筑外形的准确表达。
通过建立BIM模型给施工图的表达提供准确的依据，最终解决本项目的技术难点。经过方案模型分析可得，该建筑物东西立面的渐变曲面看成由竖直平面YOZ上的直线为基线，沿X方向旋转移动而成的曲面；
或者可以解释为曲面是水平面XOY上的一条直线，在沿着Z轴方向移动一定距离的同时旋转一定角度而形成的曲面。
以该曲面方程为建模基准进行BIM模型的构建，确保了幕墙工程的设计质量和外观艺术效果，同时也忠实还原了建筑师卓越的设计意图，给幕墙系统方案设计提供有效依据。
2、对设计质量的控制。
施工图的准确性是项目正确实施的必要条件，其中结构与幕墙之间的交接关系和准确定位、以及结构尺寸的适应变化也是重点之一。
3、参数化生产及虚拟施工。
在BIM参数化建模的基础上，探索参数化生产加工以及动态模拟现场安装，从而大幅度提高生产效率和施工效率。
4、参数化建模
该应用主要任务在于解决建筑的BIM模型与幕墙专业的衔接，同时创建一个符合实际项目需要的幕墙BIM模型，以此指导其施工图设计。天津项目采用了Rhino（犀牛）、Autodesk Revit Architecture、Solidworks2010以及AUTOCAD2011作为创立模型的软件基础，以此完成其复杂造型的三维BIM模型的创建。
该幕墙工程项目的建模难点位于建筑物东西立面的渐变直纹双曲面。由于在全面施工前，已经根据建筑师的建筑方案模型推导出了该建筑物东西立面曲面方程，因此有理由相信，我司以曲面方程为基准建立的幕墙工程BIM模型比招投标方案中的建筑BIM模型更为精确，而BIM数据准确性的保证，也进一步为幕墙施工、加工BIM模型提供准确依据。
6、碰撞检测
将幕墙BIM模型与其他相关专业BIM模型严格按照设计图纸的定位、相互关系，在适当的BIM软件环境下进行叠加及整合，以形成一个分层次、符合工作任务需求的阶段性或最终整合的任务BIM模型。
针对幕墙系统与其它相关专业之间的碰撞问题，对待检模型进行外部碰撞检测。最优定位参数的数据将对模型进行修正及更新；如碰撞容许误差在限制范围内，则进入流程的下一步。
5、4D模拟施工
5.1、将BIM施工任务模型导入、合并到4D模拟管理软件中，该项目选用了NAVISWORKS软件进行施工4D模拟仿真。
5.2、将项目真实的施工进度安排）导入时间控制工具（Timeliner），以建立建筑构造的施工进度任务。
5.3、将模型中的幕墙构件、组件或组件集合在其时间控制工具中模拟构造施工任务相关联，模拟出施工过程中幕墙构件、单元组件的开始外观、结束外观及其相应的过程变化。
5.4、可将施工安装动画关联到单个组件安装的任务上，实现施工过程的完全模拟仿真。
5.5、保存项目文件，并上传到业主或BIM顾问公司指定的网络平台，以供项目各方随时调用及查询，以便施工单位或业主、监理等对项目进度进行动态追踪及监控。
6、自动构件统计及数字化加工
自动构件统计及数字化加工是该项目的幕墙构件的加工、组装阶段的最重要的BIM应用，也是项目实现精益制造的关键技术。该阶段主要任务是利用BIM模型指导加工图设计。
1）、 BIM模型使得单元板块加工精度与现场测量控制方案相结合，对生产加工工程中的用料进行指导。结合BIM模型提供的材料数据，对其进行快速而精确的材料统计，并对项目中受各种因素影响的材料用量进行实时分析和调整，从而优化加工计划和方案。
2）、利用BIM模型，直接将幕墙单元、构件模型尺寸转换为合适格式的加工尺寸数据，精确输入CAD或其他机械设计软件中（如Solidworks），确定加工参数，最后转换成数控加工设备能识别的数据格式，进而直接驱动数控机床、加工中心等设备进行铝型材等幕墙构件加工。
7、技术解决方案
7.1、通过幕墙单元系统内的可调节插接构件，调整板块之间在15mm范围内错位拼接的阶差，并结合其针对性的幕墙系统设计以及BIM技术，对该工程数字化模型中单元板块的三点控制定位技术，解决了因为曲面形成的板块之间微小的角度，达到矩形平板单元拼接曲面的效果。
7.2、通过Revit软件建立模型，完成整个工程的碰撞检测，共进行了三次主要的碰撞检测，检测出幕墙碰撞问题约100处，可规避的问题80余处，以碰撞检测报告的方式，上报业主、设计单位解决问题20余处。
利用BIM技术对工程项目进行工程仿真，将模型与实际的施工技术、工期安排、工艺措施等结合，对项目进行预演模拟施工，可提前发现工程中隐藏问题，降低技术风险，也可以实现对工程项目的动态信息管理。
7.3、通过Revit软件中的三维模型，对单元板块类型和其参数化数据进行归纳分类，再利用这些数据导入Solidworks软件进行加工建模及下料，比传统的CAD加工图的绘制方式，大大的缩短了设计和加工的时间，同时提高了下料设计的准确度。
四、总结语
该项目在利用传统技术的同时，融入BIM新工艺从设计、加工、测量及现场安装全程的全周期BIM信息化处理，使该曲面建筑的建筑师设计意图得到完美体现。
论文作者:朱丽娟
论文发表刊物:《基层建设》2016年9期
论文发表时间:2016/7/28
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