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摘 要：本文從建筑幕墻領(lǐng)域，結(jié)合實(shí)際工程案例闡述如何利用BIM技術(shù)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)、優(yōu)化構(gòu)件、提取數(shù)據(jù)以及為施工提供放線定位數(shù)據(jù)等應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);幕墻設(shè)計(jì)施工;參數(shù)化設(shè)計(jì)
1 引言
近年來，BIM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)各個(gè)專業(yè)中，它強(qiáng)大的空間造型能力、可視化的建筑形態(tài)、專業(yè)間協(xié)同智造能力，在當(dāng)代異形建筑項(xiàng)目落地中功不可沒。
2 項(xiàng)目概況
項(xiàng)目位于上海市閔行區(qū)，為34.2米高裙樓+49.95米高塔樓組成的大型商業(yè)綜合體，包含十二類幕墻形式，其中F類型的豎向單索玻璃幕墻系統(tǒng)及K類型的鋁板幕墻系統(tǒng)造型復(fù)雜，為本項(xiàng)目的重點(diǎn)及難點(diǎn)部分。項(xiàng)目局部透視圖見圖1，項(xiàng)目鳥瞰圖見圖2。
3 建模與碰撞檢測
將方案圖紙中的平立面圖對應(yīng)導(dǎo)入Rhino軟件中，在Rhino+Grasshopper平臺對各個(gè)幕墻類型進(jìn)行整體建模，然后通過Navisworks軟件，將相關(guān)專業(yè)模型整合碰撞檢測。生成碰撞檢測報(bào)告，能快速準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)圖紙中各專業(yè)間存在的問題，及時(shí)進(jìn)行調(diào)整和修改，優(yōu)化設(shè)計(jì)圖紙。
項(xiàng)目累計(jì)發(fā)現(xiàn)圖紙問題37處，解決碰撞點(diǎn)1320余處，見圖3、圖4所示。
4 重難點(diǎn)部分模型的深化、優(yōu)化
4.1 豎向單索玻璃幕墻模型深化、優(yōu)化
項(xiàng)目的一大難點(diǎn)為豎向單索玻璃幕墻系統(tǒng)，該部分幕墻位于裙樓4F-6F位置，采用四周為鋼結(jié)構(gòu)（詞條“鋼結(jié)構(gòu)”由行業(yè)大百科提供），上下設(shè)置鋼耳板作為支座，豎向?yàn)?a target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>不銹鋼（詞條“不銹鋼”由行業(yè)大百科提供）拉索，在玻璃板塊相關(guān)處設(shè)不銹鋼夾具，直接支撐鋼化夾膠玻璃板塊。根據(jù)位置和拉索用法不同，分為ABCD區(qū)域及相互交界區(qū)，幕墻形態(tài)多樣(圖5)。
分析建筑師的設(shè)計(jì)理念，不管各部分及交界的幕墻形態(tài)如何，豎向的單索都是直線布置，其形態(tài)是根據(jù)設(shè)計(jì)進(jìn)行獨(dú)立的傾斜角度設(shè)置，模型深化時(shí)可以先將豎向的拉索位置及其相關(guān)節(jié)點(diǎn)位置定出來。首先，按照4層和6層的平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供）圖分格點(diǎn)位定出幕墻立面豎向分縫線，根據(jù)豎向分縫線找出拉索的參考線，AB區(qū)采用單根∅36不銹鋼拉索，CD區(qū)及交界區(qū)采用兩根∅36不銹鋼拉索。然后，在初始模型表皮的基礎(chǔ)上偏移出拉索位置的參考面，將參考線沿著參考面的法線方向放到參考面上，再把放出來的線轉(zhuǎn)成直線，拉索的中心線位置就基本鎖定了。最后，按照節(jié)點(diǎn)尺寸定出上下耳板銷軸中心點(diǎn)位(圖6)。
C區(qū)、D區(qū)均為過渡區(qū)域，屬于扭面結(jié)構(gòu)，為確保玻璃的生產(chǎn)及安裝，必須用多個(gè)小塊的平板面或單曲面來擬合這兩個(gè)區(qū)域。同時(shí)，平板面或單曲面要盡可能地與扭面吻合，才不至于造成各個(gè)面角點(diǎn)間的偏差過大。在Grasshopper的參數(shù)化設(shè)計(jì)平臺里，可以快速找到每一塊面板的中心，我們通過計(jì)算經(jīng)過每塊單獨(dú)面板中心的曲率線來找到平板面或單曲面的基準(zhǔn)線，再將基準(zhǔn)線沿已定的傾斜角度方向往上往下偏移、放樣，便得到了優(yōu)化后的基準(zhǔn)玻璃面。最后用橫向及豎向分縫線將基準(zhǔn)玻璃面分割，得到實(shí)際尺寸的玻璃面(圖7)。實(shí)際完成的效果見圖8、圖9所示。
4.2 鋁板幕墻難點(diǎn)部位深化、優(yōu)化
此部分幕墻主要為位于裙樓4F-6F退臺轉(zhuǎn)角位置的鋁（詞條“鋁”由行業(yè)大百科提供）板幕墻、裙樓屋頂彎弧各轉(zhuǎn)角處的鋁板幕墻，以及鋁板立面上的造型裝飾線。
退臺位置是直面到傾斜面的轉(zhuǎn)角過渡區(qū)，屋頂轉(zhuǎn)角由于剖面的彎弧半徑大于平面轉(zhuǎn)角倒角的半徑，所以均屬于非規(guī)則的雙曲面板。模型深化時(shí)通過優(yōu)化相鄰面與面之間的連續(xù)性，保證了造型正確，過渡自然平滑，見圖10所示。施工完成后的實(shí)景圖見圖11。
造型裝飾線在方案中的做法為保證飾線底面始終保持與地面平行的基礎(chǔ)上，以裝飾線中為基準(zhǔn)，將裝飾線從鋁板表面往外移出40mm(圖12)。但經(jīng)模型深化放樣后發(fā)現(xiàn)，此做法將造成部分位于裙樓頂部彎弧區(qū)域的裝飾線底部會與鋁板表面發(fā)生干涉，干涉尺寸達(dá)20mm。在與顧問、業(yè)主及建筑師溝通后，將節(jié)點(diǎn)優(yōu)化為保證飾線底面始終保持與地面平行的基礎(chǔ)上，以裝飾線下表面為基準(zhǔn)，將其從鋁板表面往外移出40mm(圖13)。另外，裝飾線的分格與鋁板分格一致，有部分弧形的裝飾線拱高其實(shí)特別小，如果都加工成弧形，一則需要拉彎的裝飾線多，耗時(shí)長，再則成本也增加了。在保證外觀不打折扣的基礎(chǔ)上，我們利用參數(shù)化設(shè)計(jì)，只需輸入一個(gè)參數(shù)(拱高)，即可快速將拱高小于一定尺寸的裝飾線轉(zhuǎn)為直線(如圖14所示)。我們反復(fù)比試，將需要拉彎的拱高設(shè)定為10mm，在不影響外觀效果的基礎(chǔ)上，大大減少了拉彎裝飾線數(shù)量，完成后的效果見圖15。
5 復(fù)雜板塊提料下單
5.1 豎向單索玻璃幕墻C、D區(qū)域
此兩區(qū)域?yàn)橛美硐朊姘鍞M合而來，造成各塊板的角點(diǎn)相互錯(cuò)位，導(dǎo)致不銹鋼夾具尺寸多樣，需選用合適的夾具才能滿足安裝。得益于以上所有的操作均為在Grasshopper中完成，Grasshopper編程形式的操作，將每一個(gè)步驟都完整的記錄了下來。起初，我們生成了原始的玻璃表皮，而后在其基礎(chǔ)上得到理想的平板面和單曲面。所以，可以再次通過這個(gè)平臺，快速地得到原始扭面轉(zhuǎn)理想面板后各個(gè)夾具固定（詞條“固定”由行業(yè)大百科提供）點(diǎn)與原始面的偏差值，以及兩相鄰?qiáng)A具的相對距離(圖16)。通過統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)際需求分析得到，整個(gè)豎向單索幕墻區(qū)域共需采用8種尺寸不同的可調(diào)節(jié)夾具類型。
在初始建模階段，我們就已經(jīng)有意識地將每一塊玻璃按一定的規(guī)則來生成，如玻璃的橫列排布、每塊玻璃四個(gè)角點(diǎn)的順序等。為方便材料生產(chǎn)下單和后期的對應(yīng)安裝，需對每塊構(gòu)件進(jìn)行編號，并將三維模型中實(shí)際尺寸的面板轉(zhuǎn)放到平面上，以方便標(biāo)示各個(gè)尺寸和繪制加工圖樣板。整理后的面板加工圖如圖17所示。
5.2 鋁板幕墻區(qū)域
部分扭面、單曲、雙曲面區(qū)域的鋁板幕墻，二維圖紙中難以準(zhǔn)確地表達(dá)各個(gè)關(guān)鍵部位數(shù)據(jù)。經(jīng)與專業(yè)鋁板廠家咨詢了解，異形鋁板加工工藝已經(jīng)很成熟，在Rhino中整理好面板模型，提取面板關(guān)鍵數(shù)據(jù)后，附加一張加工留縫、折邊等注意事項(xiàng)，便可直接給加工廠深化、排產(chǎn)(圖18)。
6 提取施工定位數(shù)據(jù)
每一個(gè)項(xiàng)目的成功落地，均需要科學(xué)合理的施工工序，施工則要有準(zhǔn)確的定位，對于形態(tài)復(fù)雜的表皮，三維模型中的定位數(shù)據(jù)就顯得尤其重要，是現(xiàn)場施工放線定位的依據(jù)。此項(xiàng)目中定位的數(shù)據(jù)主要有豎向拉索上下耳板銷軸中心孔位、各個(gè)扭面及裙樓頂層龍骨定位和支座定位等。
豎向拉索耳板定位為在已優(yōu)化的模型中找到銷軸中心點(diǎn)位，從中心點(diǎn)出發(fā)畫出每條分縫線上耳板的安裝方向，整理導(dǎo)出CAD圖形，給每個(gè)點(diǎn)標(biāo)好相對尺寸，給方向線標(biāo)好角度(圖19)。
鋁板龍骨定位是以靠近幕墻表皮的龍骨表面中線為定位放樣線，輔以一些弦長線參考。支座則是將橫龍骨所在的橫向分縫線沿著表皮法線方向投影到豎龍骨的定位線上，兩者生成的交點(diǎn)為支座固定點(diǎn)(圖20)。
帶軸網(wǎng)的三維模型里提取定位點(diǎn)和相關(guān)輔助測量線，然后導(dǎo)出為CAD二維圖紙，標(biāo)示各尺寸信息，可視化的三維模型配合二維圖紙，讓施工變得更明晰也更高效，有效減少失誤。
7 結(jié)語
BIM技術(shù)的優(yōu)勢是在施工前將建筑在電腦里模擬建造一遍，提前發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。通過碰撞檢測，有效避免了施工過程中因圖紙問題出現(xiàn)停工、返工情況，從而縮短工期和節(jié)約成本。通過參數(shù)化設(shè)計(jì)，高效地處理疑點(diǎn)難點(diǎn)，提出合理的解決方案。通過深化設(shè)計(jì)讓施工人員更直觀地了解異形結(jié)構(gòu)，獲得所需的關(guān)鍵信息。
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作者單位：中山盛興股份有限公司總工程師。
