BIM軟件在幕墻工程中的應(yīng)用

      隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平的提高、設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)理念的革新以及施工技術(shù)的進(jìn)步，建筑幕墻從單一化、規(guī)整化向多元化、復(fù)雜化發(fā)展。建筑師們?yōu)樽非螵?dú)特的建筑效果，不再滿足于規(guī)整、中庸的設(shè)計(jì)，而是憑借天馬行空的想象，在實(shí)現(xiàn)其使用功能的前提下，張揚(yáng)每棟建筑物的個(gè)性，各大體育場(chǎng)館、機(jī)場(chǎng)和會(huì)展中心等大型公共建筑更是如此。隨著建筑物造型越來越復(fù)雜，建筑物承載的信息越來越多，傳統(tǒng)的二維軟件無法滿足類似這些工程的方案設(shè)計(jì)、放線定位，材料下單的要求，需要建三維模型去完成，于是BIM軟件走進(jìn)了視野。

       BIM（Building Information Modeling）即建筑信息化模型，BIM建立模型時(shí)給模型賦予建筑信息的屬性（如構(gòu)件的材料、尺寸、配筋、鋼號(hào)，設(shè)備的型號(hào)、廠家、功率等）。BIM以其可視化、協(xié)同效率高、參數(shù)化及對(duì)項(xiàng)目全生命周期的關(guān)注贏得了建筑行業(yè)市場(chǎng)的認(rèn)可，在美國(guó)、英國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的發(fā)展和應(yīng)用已達(dá)到一定水平，但是在我國(guó)建筑幕墻的應(yīng)用還處于起步階段，僅僅在幾個(gè)超高層幕墻項(xiàng)目進(jìn)行探索和嘗試。雖然由于客觀條件的限制，BIM軟件在632m的上海中心大廈雙層幕墻設(shè)計(jì)施工過程中只是扮演了輔助的角色，但是其在深化設(shè)計(jì)、解決現(xiàn)場(chǎng)施工碰撞方案、施工協(xié)調(diào)、施工預(yù)算、生化計(jì)算等方面出色的表現(xiàn)已經(jīng)展示出了它的潛質(zhì)，在信息化程度越來越高的未來建筑幕墻行業(yè)，BIM軟件一定會(huì)走上主舞臺(tái)，擔(dān)當(dāng)大任，其發(fā)展和應(yīng)用的前景不可限量。

       我司在發(fā)展和成長(zhǎng)過程中也勇于探索和嘗試BIM軟件在建筑幕墻的應(yīng)用，并獲得不錯(cuò)的效果，下面以成都大魔方售樓處和武漢新城國(guó)際博覽中心會(huì)議中心工程實(shí)例來介紹犀牛軟件（Rhino）在曲面幕墻表皮劃分、材料下單方面的應(yīng)用。

2.   BIM軟件在我司幕墻工程中的應(yīng)用實(shí)例

2.1 成都大魔方售樓處

       我司承建的成都大魔方售樓部，建筑造型類似于一個(gè)倒圓臺(tái)狀，底部為半徑12.2m的半圓，頂部為短半軸長(zhǎng)12.2m、長(zhǎng)半軸長(zhǎng)21.8m的橢圓。

一層及頂部平面圖

       該項(xiàng)目的點(diǎn)式玻璃幕墻表皮造型為正圓形與橢圓形之間流動(dòng)形成的建筑造型體，其玻璃幕墻表皮為三維曲面（豎向任意位置的曲率都不相同），另外業(yè)主對(duì)視覺感官的要求很高，不能有折角出現(xiàn)。因此初步?jīng)Q定玻璃板塊要做成三維曲面板塊，這樣針對(duì)幕墻玻璃板塊的下料加工圖的準(zhǔn)確性以及對(duì)現(xiàn)場(chǎng)施工提出了更高的要求。時(shí)間緊，任務(wù)重，常規(guī)的二維制圖很難滿足工期、難度的要求，故經(jīng)討論決定采用BIM軟件進(jìn)行三維建模。

      根據(jù)對(duì)比幾種BIM軟件的優(yōu)劣點(diǎn)，設(shè)計(jì)人員決定采用犀牛軟件進(jìn)行三維建模、劃分幕墻表皮分格。犀牛軟件是一款基于NURBS的造型軟件，具有非常強(qiáng)大曲面建造功能，可以在Windows系統(tǒng)中建立、編輯、分析和轉(zhuǎn)換NURBS曲線、曲面和實(shí)體，不受復(fù)雜度、階數(shù)以及尺寸的限制。犀牛軟件跟其他BIM三維建模軟件相比有以下幾點(diǎn)優(yōu)勢(shì)：

1、與建筑工程制圖最常用的AUTOCAD等軟件有對(duì)接接口，可以互相導(dǎo)入，進(jìn)行無縫搭接，具有良好的兼容性。

2、操作簡(jiǎn)單，容易上手，而且沒有很高的硬件要求，在一般配置的計(jì)算機(jī)上就可以運(yùn)行。

3、建模功能強(qiáng)大，且建模后誤差很小，此誤差在建筑單位級(jí)別中可以忽略不計(jì)（小于1mm）。

4、犀牛軟件建模感覺非常流暢，它所提供的曲面工具可以精確地制作所有用來作為渲染表現(xiàn)、動(dòng)畫、工程圖用的模型。

5、本身犀牛軟件對(duì)建立好的NURBS三維模型還能進(jìn)行曲率分析、對(duì)幕墻表皮板塊劃分、表皮劃分等一系列幕墻加工圖的鋪助工作。

       本工程幕墻表皮為三維空間曲面，且左右不對(duì)稱（建筑理想上應(yīng)該是對(duì)稱的，現(xiàn)場(chǎng)建筑施工誤差導(dǎo)致不對(duì)稱）。我們根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)提供的返尺CAD平面圖和建筑立面圖上的玻璃板塊進(jìn)行幕墻表皮建立，然后對(duì)其進(jìn)行板塊分割,共產(chǎn)生了416塊不同尺寸及不同大小的玻璃板塊。

幕墻表皮劃分

       我們對(duì)具體的板塊模型分析發(fā)現(xiàn)，玻璃板塊豎向兩邊的邊緣線測(cè)量拱高值小于1mm，邊長(zhǎng)為1400mm左右，板塊上下兩邊的邊緣線為橢圓線，每一點(diǎn)的曲率都不相同。我方技術(shù)設(shè)計(jì)人員向玻璃加工廠家技術(shù)人員進(jìn)行這種曲面中空玻璃加工需要我司提供哪些相應(yīng)的加工參數(shù)和加工難度時(shí)得知，如要加工此種玻璃板塊需要提供每塊中空玻璃的彎曲軸位置，就算提供了此參數(shù)，玻璃加工廠的加工起來也很困難，加工周期也會(huì)很長(zhǎng)，造價(jià)也多了很多，而且也沒有跟犀牛這種專業(yè)工業(yè)軟件相匹配的數(shù)字化加工設(shè)備，所以不能直接把犀牛模型提供給加工廠家。

 

 借助輔助線將上下橢圓線段轉(zhuǎn)換為圓弧線段

       經(jīng)過對(duì)上下的橢圓線段分析發(fā)現(xiàn)，它們曲率變化不大。如果把上下的橢圓形線段變換與其相逼近的圓形弧線的話，這樣加工圖上的參數(shù)也能準(zhǔn)確的表達(dá)清晰，而玻璃加工廠也能讀懂加工圖紙。變換與其相近的圓弧方法是，在犀牛軟件中先提取板塊上邊緣線段，于是我們從板塊模型上分別復(fù)制取出上邊緣線段和下邊緣線段。并在他們水平兩個(gè)端點(diǎn)間創(chuàng)建一條輔助線，然后找到輔助線的中點(diǎn)，在中點(diǎn)上創(chuàng)建一條垂直于線段的輔助線與原橢圓線段相交，并產(chǎn)生交點(diǎn)。這樣我們就得到了三個(gè)點(diǎn)，在軟件中應(yīng)用三點(diǎn)生成圓弧工具。我們就得了一條有統(tǒng)一半徑的圓弧，在軟件中與最初的橢圓線段的間距變化比對(duì)發(fā)現(xiàn)，距離不超過1.34mm。用相同的方法把下邊緣的圓弧求出來。這樣得到了新的板塊外輪廓線，用同種方法對(duì)原先分割出來的416塊玻璃板塊模型進(jìn)行重建，最后得了一個(gè)整體的玻璃幕墻表皮。通過對(duì)模型在三維軟件中不同位置角度的觀察，認(rèn)為用圓弧替代橢圓曲線的方法得到的模型在電腦軟件中瀏覽觀察是可以接受的效果。

      借助犀牛軟件我們提供了讓加工廠家滿意的加工圖紙，最終我司在有限的時(shí)間內(nèi)圓滿地完成了施工任務(wù)，工程的感官效果和施工質(zhì)量得到業(yè)主和設(shè)計(jì)單位的高度評(píng)價(jià)，這是我司首次在幕墻工程中進(jìn)行犀牛軟件的嘗試和應(yīng)用，并獲得不俗的效果。

成都大魔方售樓處完工實(shí)景圖

2.2 武漢新城國(guó)際博覽中心會(huì)議中心

武漢新城國(guó)際博覽中心會(huì)議中心效果圖

       武漢新城國(guó)際博覽中心會(huì)議中心工程造型特異，如蓮花綻放，由三層屋面和三層玻璃幕墻交錯(cuò)結(jié)合構(gòu)成，施工難度大，工期也十分緊張。為了保證工期和施工質(zhì)量，我們采用犀牛軟件進(jìn)行三維建模分析。

會(huì)議中心三維模型透視圖

       前期經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量放線，發(fā)現(xiàn)土建的結(jié)構(gòu)偏差較大，與幕墻完成面有沖突，所以我們?cè)谀Ｐ椭邪涯粔ν瓿擅嫱�外偏移�?50毫米，這樣我們就能更好的搭建幕墻系統(tǒng)。因?yàn)榍�面是偏移過后的，所以會(huì)比原先的完成面大一些。我們就要考慮兩邊相交處的玻璃完成面會(huì)有所改變，偏移后的曲面也會(huì)造成與下沿的交線位置發(fā)生改變，也減小了一定的幕墻表皮。

提取出下片曲面幕墻表皮

       在偏移后的曲面上我們又根據(jù)以前模型上的分割線又偏移出250毫米，在模型中對(duì)玻璃表皮進(jìn)行分割。我們單獨(dú)提取幾個(gè)面進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)曲面的左右兩條邊是接近直邊，上下弧邊的拱高不超過4毫米，根據(jù)以往工程的經(jīng)驗(yàn)，所以我們決定在下片玻璃用直板玻璃來代替，這樣既節(jié)省造價(jià)又縮短了玻璃的加工周期。

板塊拱高分析

        我們?cè)谀Ｐ椭星懈畛雒恳粔K玻璃分別編好號(hào)，把它排成平板玻璃。用這種方式去復(fù)合原先的模型，這樣來達(dá)到最優(yōu)化的幕墻表皮。

每一塊玻璃都具有唯一編號(hào)

       目前幕墻樣板已經(jīng)完成，視覺效果和安裝質(zhì)量令人滿意，而且大大縮短玻璃加工周期，減少了造價(jià)，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，后續(xù)的下片曲面以及中片上片曲面擬依此方法進(jìn)行大面積施工。鑒于犀牛軟件強(qiáng)大的功能以及應(yīng)用以來良好的表現(xiàn)，將在后續(xù)的測(cè)量放線、龍骨定位中得到更多的應(yīng)用。

3.    結(jié)語

       BIM不僅是一類軟件，更是一種新的思維方式。幕墻行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)是信息化程度更高、更加透明化，未來的設(shè)計(jì)趨勢(shì)將由二維走向三維，達(dá)到一個(gè)新的階段。相信隨著我國(guó)幕墻行業(yè)的日趨成熟以及人們對(duì)建筑美學(xué)的更高追求，BIM軟件的應(yīng)用將成為主流，應(yīng)用的空間將更大，前景不可限量。