摘要：隨著我國生產(chǎn)力的不斷提高，我國社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來越迅速，城市大規(guī)模的建設(shè)也隨之增多。伴隨著越來越多超高層建筑的出現(xiàn)，形態(tài)也跟著變的多種多樣，而外幕墻結(jié)構(gòu)的變化也隨著日益復(fù)雜。在今天三維技術(shù)應(yīng)用日趨成熟，幕墻以及BIM及時也在不斷的發(fā)展，也在建筑行業(yè)引起了一場變革。本文主要分析了BIM技術(shù)在幕墻設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，研究分析BIM技術(shù)在幕墻設(shè)計(jì)中所存在的問題和建議，為今后BIM技術(shù)在我國的發(fā)展推廣應(yīng)用提供參考。

關(guān)鍵詞：BIM技術(shù);幕墻設(shè)計(jì);應(yīng)用研究;

Application of BIM Technology in Curtain Wall Design

Shuo Yao*

ShenYang YuanDa Aluminium Industry Engineering Co.，Ltd.， Shenyang 110027， Liaoning， China

Abstract： With the continuous improvement of China’s productivity， China’s social and economic development is getting faster and faster; and the large-scale urban construction has also increased. With the emergence of more and more super high-rise buildings， the shape has also become more diverse， and the changes in the structure of the outer curtain wall have become increasingly complex. Today， the application of 3D technology is becoming more and more mature; curtain walls and BIM are constantly developing in time， which has also caused a change in the construction industry. This paper mainly analyzes the application and existing problems of BIM technology in curtain wall design and puts forward some suggestions to provide a reference for the future development and application of BIM technology in China.

Keywords： BIM technology; curtain wall design; application research

一、引言

在社會高速發(fā)展中，城市在不斷發(fā)展壯大，隨著城市大規(guī)模建設(shè)的需要，人們對建設(shè)的外觀要求也在不斷提高，從而促使建筑行業(yè)在建設(shè)中不斷的出現(xiàn)異形建筑。這種建筑造型復(fù)雜，外觀華麗，以鋼為主要結(jié)構(gòu)作為支撐的玻璃幕墻在建筑中應(yīng)用的范圍越來越廣泛。幕墻對于建筑的設(shè)計(jì)和施工技術(shù)來說需要具備更高的要求，傳統(tǒng)的二維軟件根本無法做到這些工程的設(shè)計(jì)要求，需要靠三維模型完成，于是BIM技術(shù)走到了建筑行業(yè)的視野中[1]。如何將BIM技術(shù)應(yīng)用在幕墻設(shè)計(jì)中變成了至關(guān)重要的部分，因此BIM技術(shù)在幕墻設(shè)計(jì)中得到了較為廣泛的應(yīng)用，也為我國幕墻設(shè)計(jì)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

二、BIM技術(shù)簡介

BIM技術(shù)的英文全稱是Building Information Modeling，也就是建筑信息化模型。BIM技術(shù)是在工程設(shè)計(jì)中用來進(jìn)行建造管理和數(shù)據(jù)化的工具，以建筑工程中的各項(xiàng)數(shù)據(jù)作為模型的基礎(chǔ)，進(jìn)而建立出建筑模型;通過信息技術(shù)仿真模擬處建筑物的各項(xiàng)真實(shí)性信息，讓技術(shù)人員可以對各種建筑的信息做到正確理解和應(yīng)對各種情況，為設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及建設(shè)團(tuán)隊(duì)提供工作的基礎(chǔ)信息。BIM模型就是以用BIM技術(shù)所模擬建造出來的虛擬模型，它囊括了建筑物內(nèi)的所有信息。為整個建造提高工作效率，將成本減少到最低并且會縮短建造工期等方面。BIM技術(shù)具有可視化、模擬分析、多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)、修改與圖紙的生成等特點(diǎn)。在針對多種設(shè)計(jì)方式時，通過可視化這一特點(diǎn)可以更直觀有效的進(jìn)行方案對比，選擇出最合適的設(shè)計(jì)方案。

三、BIM技術(shù)在幕墻設(shè)計(jì)中的應(yīng)用優(yōu)勢

（一）可視化

在建筑設(shè)計(jì)中模型的建立過程主要是施工圖和加工圖的繪制過程，跟建筑相關(guān)的圖紙只是用線條的形式，將建筑的構(gòu)造描繪出來。普通的建模軟件最多只能做到表現(xiàn)出這個建筑的外觀效果，更建筑物有關(guān)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。比如說線路、水暖管道及內(nèi)部構(gòu)造等等，沒有辦法以三維模型的形式呈現(xiàn)出來，只能靠專業(yè)的設(shè)計(jì)師根據(jù)需要在圖紙上描繪來設(shè)想[2]。這種設(shè)計(jì)方式不僅沒有辦法仔細(xì)觀察研究建筑內(nèi)部各單位之間的關(guān)系，還經(jīng)常會因?yàn)閳D紙出現(xiàn)錯誤問題。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用不但能模擬出建筑三維形式的外部模型，還可以將建筑內(nèi)部的各種構(gòu)造、線路等以三維形式呈現(xiàn)在面前，在設(shè)計(jì)的過程中可以隨時查看幕墻設(shè)計(jì)的效果，做到設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和安裝的高度協(xié)調(diào)，在幕墻設(shè)計(jì)上更是可以完全呈現(xiàn)出幕墻的細(xì)節(jié)問題，即使是包裹幕墻的構(gòu)件在三維模型上的表達(dá)也十分清晰。

（二）模擬分析

在模擬分析上，BIM技術(shù)跟以前的二維技術(shù)CAD相比差距更是巨大。CAD主要設(shè)計(jì)的是圖紙，而BIM技術(shù)則是直接設(shè)計(jì)模型。CAD的設(shè)計(jì)圖中每一個地方都是單獨(dú)存在，無法出現(xiàn)結(jié)合的情況，一旦其中一張圖出現(xiàn)問題，甚至可能引發(fā)相關(guān)圖紙出現(xiàn)問題，修改起來需要大量的時間;而BIM技術(shù)直接將圖紙變成數(shù)據(jù)構(gòu)建模型，能夠從不同的角度對模型進(jìn)行觀察，及時某處圖紙出現(xiàn)了問題進(jìn)行修改，其他圖也會隨著自動更新。二維技術(shù)在繪制圖紙上需要應(yīng)專門的軟件進(jìn)行分析計(jì)算，即便是這樣設(shè)計(jì)出的模型仍然存在模型粗糙，容易出現(xiàn)誤差等問題，而且在建模時需要的時間也存在過長的問題[3]。而通過BIM技術(shù)，可以將繪圖、建模計(jì)算分析兩個要分開進(jìn)行的工作融合在一起。只要將模型存入到軟件中，就能直接對模型各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析檢驗(yàn)，不僅可以節(jié)省大量時間，還能完善設(shè)計(jì)方案中的不足之處，讓數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確無誤。

（三）工廠加工

由于在幕墻建筑工程中的材料需要從工廠加工，并且數(shù)量龐大;加上很多材料的加工難度較大周期較長，工廠需要派專門的工作人員打印圖紙，以及對圖紙進(jìn)行核對。耗費(fèi)了大量的人力、物力、財(cái)力跟時間，哪怕是再仔細(xì)都容易出現(xiàn)錯誤。通過BIM技術(shù)來定制幕墻所需材料的批量，快速建立三維模型，降低了加工中的圖紙數(shù)量，再提高工廠效率的同時還能為工廠帶來極大的成本節(jié)約。

（四）現(xiàn)場安裝

通過BIM技術(shù)進(jìn)行三維模型的建立，可以幫助現(xiàn)場安裝時精準(zhǔn)定位，提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息。通過數(shù)據(jù)定位將安裝的偏差控制在允許范圍內(nèi)，這讓現(xiàn)場安裝的進(jìn)度得到了快速、可靠的保障，如圖1所示。

四、BIM技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前我國幕墻建設(shè)以單元幕墻和框架幕墻為主，其中單元幕墻可提出獨(dú)立的幕墻單元。每個單元的材料都需要在工廠獨(dú)立加工完成，工廠按照需求生產(chǎn)組織構(gòu)件，當(dāng)建筑主體完成施工后再運(yùn)到現(xiàn)場進(jìn)行組裝。框架幕墻則是工廠按照流程跟計(jì)劃，根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙?jiān)诂F(xiàn)場進(jìn)行組裝，在過程中需要對材料進(jìn)行二次加工或修復(fù)。由于建筑主體的建造跟單元幕墻可以同時進(jìn)行，為了加快進(jìn)度和提高工作效率，大多數(shù)的建筑工程在建造時都會選擇單元幕墻，而BIM技術(shù)又是單元幕墻的重要工具，利用BIM技術(shù)對單元幕墻進(jìn)行設(shè)計(jì)[4]。國內(nèi)在進(jìn)行幕墻設(shè)計(jì)時大多數(shù)依賴于CAD軟件進(jìn)行二維圖紙制作，BIM技術(shù)只會在復(fù)雜的設(shè)計(jì)方案中應(yīng)用，比如說雙曲彎扭的截面就無法通過CAD制圖進(jìn)行繪制，只能通過BIM技術(shù)強(qiáng)大的三維功能根據(jù)參數(shù)進(jìn)行建模，再在模型基礎(chǔ)上對其進(jìn)行設(shè)計(jì)更改，按照幕墻實(shí)際的需求進(jìn)行分格，最后從三維模型中拆分出各個板塊直接生成加工圖紙，流暢完美的表達(dá)出設(shè)計(jì)師想要的效果材料，以確保指導(dǎo)加工保證幕墻安裝完成。

（一）曲面設(shè)計(jì)優(yōu)化

通常情況下建筑師對于建筑外形的設(shè)計(jì)停留在理論性階段，很多工程需要的曲面材料是無規(guī)則，只有獲得具體的數(shù)據(jù)才能進(jìn)行。用普通的軟件很難詳細(xì)的繪制出外形得到數(shù)據(jù)，更不用說對設(shè)計(jì)進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，進(jìn)行更深方面的改善。利用好BIM技術(shù)的三維功能，在幕墻設(shè)計(jì)時可以按照建筑師的設(shè)立想法建立出想要的模型，把理論變成實(shí)際模型，再計(jì)算出所需材料的詳細(xì)數(shù)據(jù)。比如說鳥巢中的建設(shè)就運(yùn)用到了該技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2所示。

（二）方案制定

制造出了模型后，需要在現(xiàn)有的模型基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)化，也就是把外立面按照幕墻的面材材質(zhì)的不同進(jìn)行分格。在幕墻設(shè)計(jì)時用BIM技術(shù)協(xié)助設(shè)計(jì)師進(jìn)行數(shù)據(jù)化的分格，按照設(shè)計(jì)師的需求通過數(shù)據(jù)化控制幕墻的分格，準(zhǔn)確無誤的表達(dá)出設(shè)計(jì)師的理念，幫助設(shè)計(jì)師在完成設(shè)計(jì)想法的同時，在最大范圍內(nèi)減少制造成本;在不改變設(shè)計(jì)師的想法同時，對曲面玻璃進(jìn)行平面化降低生產(chǎn)時的難度，幫助工人準(zhǔn)確安裝減少失誤，從而達(dá)到減少建造成本的想法[5]。

（三）幕墻的建模

根據(jù)設(shè)計(jì)師制造出的圖紙和幕墻公司的樣圖，快速建造出三維模型，將建筑的真實(shí)表現(xiàn)狀況展示出來，完成基礎(chǔ)的建模步驟，也可以通過與其他專業(yè)模型結(jié)合檢查幕墻設(shè)計(jì)中存在的問題。在用BIM技術(shù)建造的三維模型的基礎(chǔ)上，對外幕墻、外幕墻的支撐結(jié)構(gòu)以及其他相關(guān)進(jìn)行檢查，快速發(fā)現(xiàn)問題，并在第一時間改變?nèi)毕萁鉀Q問題[6]。通過幕墻公司的樣圖和前期制作出的幕墻基礎(chǔ)模型，將模型參數(shù)化，提取出工廠加工、安裝時所需要的數(shù)據(jù);再根據(jù)幕墻公司的需求制造出加工圖、定位圖，既能保證設(shè)計(jì)師對幕墻外形的要求，又能保證再安裝施工階段不對建筑形體進(jìn)行改變。

（四）3D模擬碰撞

工作人員在安裝施工的過程中往往會遇到大量的構(gòu)建碰撞問題。傳統(tǒng)的2D平面圖紙不能對個體和系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，并且存在設(shè)計(jì)人員所忽略掉的碰撞問題。BIM技術(shù)則擁有可視化功能，能夠?qū)κ┕ぶ械呐鲎矄栴}進(jìn)行檢測，之后再進(jìn)行優(yōu)化，防止各種碰撞情況的出現(xiàn)，避免施工工程中因?yàn)殄e誤造成的不必要損失。促使工程質(zhì)量的提高，還能解決業(yè)主臨時添加的要求進(jìn)行有效溝通。

（五）4D模擬檢測、5D工程造價控制和6D綜合

4D模擬檢測是在3D的基礎(chǔ)上進(jìn)行，主要的作用是研究目前方案的可行性，通過模擬對施工時間和施工工作進(jìn)行合理的安排。4D模擬檢測的主要作用體現(xiàn)在防止施工中出現(xiàn)的意外，設(shè)計(jì)人員和管理人員可以將實(shí)際遇到的問題，通過BIM技術(shù)建造的模型進(jìn)行研究模擬，最后制造出合理的方案解決問題。5D主要是在工程造價方面，建造幕墻過程中的預(yù)算是一件很麻煩的統(tǒng)計(jì)工作，沒有BIM技術(shù)去收集信息，很難完成龐大的預(yù)算計(jì)算工作，BIM技術(shù)能對整個工程所發(fā)生的變化進(jìn)行檢測并完成計(jì)算，將幕墻建設(shè)預(yù)算降到最低[7]。6D是綜合性的模擬，主要內(nèi)容包括：對幕墻抗風(fēng)性能的研究，對幕墻抗震心內(nèi)的研究，對幕墻內(nèi)空氣流通試驗(yàn)的模擬，對于幕墻水密性能的研究，對于幕墻節(jié)能的模擬試驗(yàn)。檢查幕墻是否到達(dá)建筑規(guī)范要求，確保幕墻建筑的最大效益，將幕墻的性能發(fā)揮到最大程度。

（六）構(gòu)件加工圖

根據(jù)定位圖和數(shù)據(jù)，將模型直接導(dǎo)出材料加工圖紙，與承接加工任務(wù)的工廠對接進(jìn)行材料的加工。在BIM模型的基礎(chǔ)上，可以對現(xiàn)場測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行快速分析，自行對不同偏差的情況進(jìn)行判斷，將效率極大地提高。同時還可以通過現(xiàn)場的測量數(shù)據(jù)，快速修正設(shè)計(jì)模型出現(xiàn)的問題，提取加工圖獲取詳細(xì)的理論數(shù)據(jù)。哪怕是在設(shè)計(jì)出現(xiàn)的偏差情況，也能通過快速設(shè)計(jì)進(jìn)行改變，在最短的時間內(nèi)將構(gòu)件運(yùn)至現(xiàn)場，減少了時間的浪費(fèi)。在進(jìn)行BIM模型拼裝時，對于偏差大的情況，可以通過測試手段和設(shè)備自動生產(chǎn)所需的單元板塊，在理論模型中進(jìn)行預(yù)拼裝。

（七）通過簡易動畫指導(dǎo)安裝

可視化的模型是指導(dǎo)現(xiàn)場安裝的重要參考，通過模型進(jìn)行的施工順序指導(dǎo)，在BIM制造的現(xiàn)場模型上進(jìn)行分析模擬，給予現(xiàn)場工作人員的演示。

（八）數(shù)據(jù)信息的共享

BIM模型中包含了大量的數(shù)據(jù)信息，這些信息可以在數(shù)據(jù)后臺的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行共享，負(fù)責(zé)建筑的各個部門人員可以在同一個平臺上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分享，方便不同部門間的溝通和協(xié)商解決問題。BIM在幕墻施工的工程中，能夠根據(jù)原有的數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化，對工程中存在的問題和錯誤，進(jìn)行及時的調(diào)整。BIM系統(tǒng)還會對數(shù)據(jù)信息進(jìn)行保存，通過信息共享如果施工中有一方對數(shù)據(jù)產(chǎn)生異議，可以及時作出合理的調(diào)整。在傳統(tǒng)幕墻建筑的施工過程中，不能將數(shù)據(jù)信息共享，施工人員在進(jìn)行協(xié)商時還會耽誤工程的進(jìn)展[8]。BIM就可以極大的減少施工現(xiàn)場對測繪的工作量，最大程度的控制施工質(zhì)量。在BIM模型的基礎(chǔ)上還可以通過其他軟件進(jìn)行信息整合，甚至能夠做出動畫進(jìn)行觀賞，以最客觀的程度展現(xiàn)出組裝加工的工程。

BIM技術(shù)在幕墻設(shè)計(jì)中分為兩個階段：一是初始階段，以傳統(tǒng)的項(xiàng)目管理為主，用BIM技術(shù)作為輔助功能，這個階段的BIM技術(shù)往往是根據(jù)工程的進(jìn)展，選在一項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行應(yīng)用，不會改變幕墻設(shè)計(jì)、施工等工作流程。二是高級階段，高級階段的BIM技術(shù)在建造幕墻的各個階段提供解決方案，參與各項(xiàng)數(shù)據(jù)的收集整合工作，以確保數(shù)據(jù)信息的準(zhǔn)確，如圖3所示。

五、BIM技術(shù)的相關(guān)應(yīng)用軟件

（一）民用建筑：Autodesk Revit

（二）工廠設(shè)計(jì)和基礎(chǔ)設(shè)施：Bentley

（三）專業(yè)建筑事務(wù)所：ArchiCAD，Revit，Bentley

（四）項(xiàng)目完全異形、預(yù)算比較充裕：DigitalProject

六、結(jié)語

綜上所述，BIM技術(shù)在幕墻設(shè)計(jì)中有著不可替代的重要地位，它貫穿整個幕墻的工作，從最初的設(shè)計(jì)到最終的安裝完成，每一步都需要BIM技術(shù)的應(yīng)用。在我國很多的知名建筑中都運(yùn)用到了BIM技術(shù)，但從廣大范圍上來看，BIM技術(shù)在我國還處于剛起步的階段。隨著社會建筑的越來越多，BIM技術(shù)的發(fā)展與普及，在以后的幕墻設(shè)計(jì)中，BIM將成為幕墻設(shè)計(jì)工程中不可或缺的一部分。為了將BIM技術(shù)更好的應(yīng)用到幕墻設(shè)計(jì)中，還需要我國建筑企業(yè)在各方面的細(xì)致管理，運(yùn)用最科學(xué)的辦法將效益最大化。

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通訊作者：姚碩，1980年11月，男，漢族，遼寧沈陽人，就職于沈陽遠(yuǎn)大鋁業(yè)工程有限公司，工程師，?？啤Ｑ芯糠较颍簷C(jī)電工程專業(yè)。