摘要：BIM技术早几年前已进入我国建筑行业，被设计单位广泛应用。随着BIM技术的不断推广，各类施工单位及科研院校也开始重视并应用。目前我国一些大型复杂的幕墙工程均使用BIM技术进行建模，取得很好的效果。本文主要对幕墙设计工程中的BIM技术进行分析，供同行借鉴参考。
关键词：BIM；幕墙设计；应用
引言
伴随着我国经济的飞速发展，BIM技术在建筑幕墙中已得到越来越多的应用。随着现代建筑越来越复杂、越来越大、越高以及建筑样式更加多样化，建筑幕墙的生产和设计也发生了极大地变化。随之而来的有许多信息，以前的二维软件已经不能满足建筑幕墙的设计需要，必须通过三维模型来实现其设计。
一、BIM技术的应用概况
BIM技术也就是我通常所说的建筑信息模型或者建筑数字模型。建筑信息模型是指利用计算机信息技术为支撑对建筑的全生命周期，即从建筑设计、施工、运营等整个建筑生命阶段对建筑工程进行全方位的管理。随着我国科技的发展，目前BIM技术在设计、施工和运营管理方面已经逐渐得到了大量的应用。
BIM技术在建筑行业管理中的应用，为建筑全生命周期的管理带来了翻天覆地的变化，BIM技术不仅对建筑的设计方面带来了巨大的改变，而且为建筑行业的协作方式做出了革命性的创举。关于BIM技术在建筑全生命周期中的应用，美国的building SMAR Talliance曾做了比较详细的归纳。首先BIM技术在建筑的全生命周期各阶段的管理中都起着非常重要的作用。在规划阶段，BIM技术主要用于建模和成本预算、空间规划等方面的管理；在建筑设计阶段，BIM技术主要用于对建筑方案设计、工程的可行性分析等方面进行管理；建筑施工阶段，BIM技术主要用于对场地使用规划、数字化信息加工、三维控制、材料场地追踪等方面的管理；在建筑运营阶段，BIM技术主要用于制定建筑的维护计划和建筑资产。空间等方面的管理。
二、BIM的特征
2.1 模拟性
BIM最大的一个特点就是它的模拟性，并且模拟性较强，体现在不仅能够模拟建筑物实物，还能够去模拟建筑物建成的整个项目的实施过程，也就是说BIM技术兼顾了过程和结果两个方面。具体来说，在设计过程中，可以利用BIM对项目进行结构安全模拟、光照模拟等；在施工阶段过程中能够进行5D模拟（三维模型加时间及费用），通过完整全面地模拟现场施工的状况来优化和完善施工的方案，从而可以节约成本、优化项目方案；最后在项目的运营阶段还能够利用BIM及相应灾害分析模拟软件对应急方案进行模拟，在灾害发生前，模拟灾害发生的过程，分析灾害发生的原因，制定避免灾害发生的措施，以及发生灾害后人员疏散、救援支持的应急预案。
2.2 可视化
可视化是BIM另一个较为突出的特点，可视化即“所见即所得”，建筑行业可视化的应用对项目建造来说非常重要。比如在施工蓝图中的节点构造、构件信息等都是通过二维线框表达。一些较为简单的构造和设计可以通过人的想象和理解来实现，但是随着不规则建筑物或者复杂造型的出现，仅凭想象就难以理解了。这时，BIM可视化的特点就为这类问题提供了解决的办法，它的可视化体现在可以把复杂的建筑物以三维立体实物图表达出来，不仅如此，还可以通过各种设计和操作，对项目的设计、施工、管理和运行等实行可视化处理。
三、BIM技术在建筑幕墙上的应用
BIM在幕墙中的使用，最早只是用于一些外形复杂的项目，双曲弯扭的截面用CAD制图无法绘制。BIM软件有强大的三维功能，可以根据参数建模，然后在模型的基础上进行设计，按照实际幕墙的板块进行分格，最后再从三维模型中拆分出每一个板块，直接生成加工图，以指导加工，保证幕墙安装完成面，能流畅的表达出设计师想要的效果。
目前国内传统的幕墙设计主要依赖于CAD软件进行二维的图纸绘制。根据设计院给定的平立面及结构图纸，进行幕墙系统的深化设计，不同位置绘制幕墙的分格，在幕墙分格的基础上进一步细化为幕墙的节点图，以分格和节点图为依据绘制不同材料的加工图，进行下料加工，进而上墙安装。
通过在不同工程项目中的一系列BIM实践，我总结了BIM在幕墙工程中的核心应用价值：
（1）曲面优化：设计师对建筑外形的设计理念是理论性的，比如很多工程的曲面是无规则的，或者说参数化的。用普通的软件难以绘制出建筑的外形，更不要说进行深化设计。幕墙BIM软件具有强大的三维功能，可以按照建筑师的设计理念模拟出设计师想要的外形。把理论性的概念变成实体模型（如图1所示）。
图1 BIM软件三维模型
（2）方案推敲：有了模型。再在模型的基础上进行细化。即把外立面按幕墙的面材材质不同进行分格。幕墙BIM协助设计师进行参数化幕墙分格，根据设计师的需求通过参数化控制幕墙分格，快速准确表达设计师的设计理念。帮助设计师在设计理念与制造成本之间寻找平衡点。在不影响设计师设计理念的前提下，对曲面玻璃平面化，自由曲面板材可展化，降低生产安装难度，减少建造成本。
幕墙工程随着施工的不断开展，施工方案也随之不断优化，复杂施工位置更是如此，在以往研讨方案的例会上大家众说纷纭，描述过半，多数人还未理解方案的内容，借助BIM可视化技术，将方案以三维形式呈现出来，附加几部软件操作，即可对施工方案形象具体的表达出来，并让与会人员深入了解，快速进入论证阶段，同时也有助于最优方案的深度发觉。
（3）幕墙系统基础建模：根据设计师的图纸和幕墙顾问公司的大样节点图，快速搭建模型，直观展示建筑的真实表现，完成幕墙系统的基础建模。也可通过与其他专业模型整合检查幕墙的设计缺陷和建筑、机电、结构、钢结构的问题。基于BIM创建的三维模型，对外幕墙、外幕墙支撑钢结构及其他相关专业进行碰撞检查，快速发现问题，协调解决。
（4）幕墙深度建模：通过幕墙公司的节点图以及前期制作好的模型进行深化建模，模型参数化可以提取出加工、定位所需的数据，根据幕墙公司的需求制作加工图，定位图。幕墙公司按照BIM建模的数据图纸进行生产和安装，保证了设计师对建筑外形要求的延续性，在施工阶段避免了对建筑形体的更改。
（5）构件加工图，定位图与数据：
模型可直接导出材料加工图纸，直接与加工厂接口，进行下料加工。基于BIM模型，可快速分析现场测量数据，自动对不同偏差情况分类判别（正常偏差征超差项超差），效率大大提高；
可运用现场测量数据，快速修正设计模型，提取加工图，抽取细目定额理论数据。即使在超过设计运行的偏差情况下，也通过快速设计变更响应，设计加工运输绿色通道等措施，在最短时间内可将新构件运至现场。响应速度大幅提升；
进行BIM模型预拼装。对于偏差较大的情况，采用先进的测量手段和设备，自动生产实际单元板块，置人理论模型中进行现场预拼装模拟。
（6）简易幕墙安装动画，指导安装：可视化模型也是指导现场施工的重要参考数据，可以通过模型进行施工顺序的指导。基于BIM创建现场施工机具模型，包括钢平台、双层吊篮、施工吊机等等，进行运行分析模拟。
（7）幕墙系统数据管理：BIM模型在幕墙使用过程中的应用。在模型中快速找到破损位置的单元板块编号，进而找出其对应的玻璃规格以及链接的构件加工图。同时，分析该板块两侧的单元尺度，从而制定合理的更换方案。
（8）造型优化设计。众所周知，幕墙是高端建筑的代言词，造型越独特越具观赏性，这也使幕墙设计难度大幅增加，随着幕墙行业的逐步发展，幕墙优化设计也渐入业内人士眼帘，将双曲幕墙的几何信息通过BIM软件的参数化计算，优化成整体造型不变，安装板块由双曲面变成单曲造型或平面板块，此类优化通常可以将板材的采购成本降低50%及以上，BIM在幕墙优化设计方面所带来的价值也不言而喻。
（9）物料过程跟踪。幕墙采购流程通常为设计部门下单、采购部对接加工厂家，项目部只能电话催促材料到场，但是BIM5D平台可以解决现有采购流程带来的信息流通不畅的情况，通过BIM5D将设计发出的材料采购单进行模型构建材料单跟踪设定，并通过二维码进行构件状态的查询和录入，在设计、采购、加工、运输、施工、验收等各个阶段都可以浏览到模型形成的颜色状态的区分，准确分析出因材料可能导致的窝工、误工等情况，对项目整体施工状态精准把控。
（10）异形施工辅助。幕墙不光设计难度大，异形幕墙的施工质量控制更是难上加难，通过BIM软件对模型几何参数分析，提取出各板块安装所需的空间坐标点，再借助施工机器人或全站仪等精密放线工具，在项目现场将BIM软件分析出来的坐标数据形成空间表达，使安装工人参照空间坐标点进行定位安装，减小幕墙造型偏差，提高项目施工质量。
四、BIM在幕墙设计中的应用实例
4.1 成都大魔方售楼就是现实生活中的一个工程案例。从总体上分析，它的形状大致是倒圆形的台壮，建筑的底部半径大约是12.2米的一个半圆，而顶部则是短半轴长为12.2m，而长半轴长是21.8m所组成的一个椭圆。对于这个建筑项目，其支点出采用的是玻璃幕墙，并且表皮造型是正圆形和椭圆形，它们之间还可以进行流动，正是这一建筑造型的实际情况，它的玻璃幕墙在表皮处进行三维曲面，而其竖向方向上只是在任意位置出实施了不同的曲率。除此之外，建筑中的幕墙不能出现任何的折角。
在设计过程中，初步决定运用玻璃板块组合成不同的三维曲面，从而使得幕墙的玻璃板块能够下料加工图中获得较好的准确性，同时在实际施工过程中也提出了较高要求。正是由于这个项目的复杂性，如果运用常规二维制图方式已经难以满足了工期以及难度的具体要求，而经过相关工作人员的商议并决定运用BIM的技术制作出三维建模。此时，这就需要设计人员在设计过程中通过犀牛软件而制作出三维建模，并加强对幕墙中表皮的分格。所以在此过程中，工程幕墙的表皮就是通过三维空间方面设计出一个曲面，并且其左右没有采用对称的形状。但是从现场测量情况可知，如果通过CAD的平面图，则可以建立一个良好的幕墙表皮，然后再实施板块分割，最后此项目中一定产生四百一十六快具有不同尺寸以及不同大小玻璃板块。在建模时，玻璃板块测试的边长是1400mm，而拱高则小于1mm，并且上下边缘都的椭圆形都具有不同的曲率。因此，通过3D建模绘图的软件Rhino，则需要在板块的边缘出进行上、下边缘线的复制，同时要做好自端点的连接工作，便于在辅助线中可以找到中点，进而通过做垂线以及辅助线的方式使得能够在原椭圆的位置处有三个交点，由此而形成一个半径圆。通过此方式最终得到一个整体性的玻璃幕墙。
4.2 深圳市南华区的“华润春笋”项目，它的外形就像该项目的名字一样，宛如一个“春笋”屹立在城市中。该建筑的总高度是392.5米，而且该建筑分为地上和地下，地下是四层的设计，地上是六十六层的设计。该项目的幕墙形式是单元式幕墙和不锈钢幕墙等组成，由于该建筑的外形是弧形的，每一层的直径都是不同的，所以就产生了具有不同单元板块的每一层，这样就对设计和制图要求变得更为严苛。
华润幕墙系统有两个不同的特点，第一个是每层平面组成的单元板块具有数量大以及种类多的特点，而且加工工艺也较为复杂；第二个是不锈钢的装饰柱，其尺寸具有多变性，因此，在现场放样以及吊挂的难度较大。而运用BIM 技术则能够体现出如下三点的优势：第一，在方案设计和筹划过程中，BIM技术通过模拟性、可视化以及协同性的优势，而把设计方案进行调整、对比，同时也可以获得良好的视觉效果。第二，在施工阶段，则通过结合本项目的工艺图纸情况，通过1：1的实体建模方式而有效确保了单元板块之间实现无缝配合。第三，在BIM建模过程中，现场的施工员可以通过比对的方式找到单元板块的编号并进行安装和吊装，这就可以保证施工中的准确性，同时也极大限度地降低返工概率。
结束语
BIM技术在幕墙设计中的应用保证了每一步工作的合理性、科学性、可控性，真正做到了事前预控与事中调控，以及BIM技术在建筑施工过程中保证其安全有效的完成任务。该技术的运用将会成为建筑界的主流，前景无可限量，并且将会是建筑界一场值得庆祝的大革命。
参考文献
[1] 梁林彬.浅谈“BIM”技术在幕墙工程中的应用[J].门窗，2015，（01）.
[2] 李轶云.BIM在幕墙设计中的应用[J].门窗，2015，（04）.
[3] 张东海.BIM技术在幕墙工程中的应用[J].施工技术，2013，（08）.
论文作者:刘琪杰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第26期
论文发表时间:2018/10/1
标签：幕墙论文; 建筑论文; 模型论文; 技术论文; 板块论文; 建模论文; 加工论文; 《基层建设》2018年第26期论文;