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(mǎn)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(lái)越復(fù)雜，建筑物承載的信息越來(lái)越多，傳統(tǒng)的二維軟件無(wú)法滿(mǎn)足類(lèi)似這些工程的方案設(shè)計(jì)、放線(xiàn)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(chǎng)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(yíng)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(guān)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(guò)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(lái)越高的未來(lái)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(guò)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(lái)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(lèi)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(jué)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(mǎn)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(xiàn)、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(wú)縫搭接，具有良好的兼容性。

2、操作簡(jiǎn)單，容易上手，而且沒(méi)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(jué)非常流暢，它所提供的曲面工具可以精確地制作所有用來(lái)作為渲染表現(xiàn)、動(dòng)畫(huà)、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(chēng)（建筑理想上應(yīng)該是對(duì)稱(chēng)的，現(xiàn)場(chǎng)建筑施工誤差導(dǎo)致不對(duì)稱(chēng)）。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(xiàn)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(xiàn)為橢圓線(xiàn)，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(chǎng)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(chǎng)的加工起來(lái)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(méi)有跟犀牛這種專(zhuān)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(chǎng)家。

 

 借助輔助線(xiàn)將上下橢圓線(xiàn)段轉(zhuǎn)換為圓弧線(xiàn)段

       經(jīng)過(guò)對(duì)上下的橢圓線(xiàn)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(xiàn)段變換與其相逼近的圓形弧線(xiàn)的話(huà)，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(chǎng)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(xiàn)段，于是我們從板塊模型上分別復(fù)制取出上邊緣線(xiàn)段和下邊緣線(xiàn)段。并在他們水平兩個(gè)端點(diǎn)間創(chuàng)建一條輔助線(xiàn)，然后找到輔助線(xiàn)的中點(diǎn)，在中點(diǎn)上創(chuàng)建一條垂直于線(xiàn)段的輔助線(xiàn)與原橢圓線(xiàn)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(xiàn)段的間距變化比對(duì)發(fā)現(xiàn)，距離不超過(guò)1.34mm。用相同的方法把下邊緣的圓弧求出來(lái)。這樣得到了新的板塊外輪廓線(xiàn)，用同種方法對(duì)原先分割出來(lái)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(guò)對(duì)模型在三維軟件中不同位置角度的觀(guān)察，認(rèn)為用圓弧替代橢圓曲線(xiàn)的方法得到的模型在電腦軟件中瀏覽觀(guān)察是可以接受的效果。

      借助犀牛軟件我們提供了讓加工廠(chǎng)家滿(mǎn)意的加工圖紙，最終我司在有限的時(shí)間內(nèi)圓滿(mǎn)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(guò)現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量放線(xiàn)，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(guò)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(xiàn)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(xiàn)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(guò)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(lái)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(lái)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(jué)效果和安裝質(zhì)量令人滿(mǎn)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(lái)良好的表現(xiàn)，將在后續(xù)的測(cè)量放線(xiàn)、龍骨定位中得到更多的應(yīng)用。

3.    結(jié)語(yǔ)

       BIM不僅是一類(lèi)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(lái)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。