陳林海

【摘要】本文結(jié)合寧波新世界廣場(chǎng)5#地幕墻項(xiàng)目實(shí)例，通過BIM在整個(gè)項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用，針對(duì)BIM設(shè)計(jì)流程進(jìn)行專項(xiàng)論述，介紹了BIM模型在建筑幕墻審核中的應(yīng)用，探討了BIM在專業(yè)內(nèi)部和各專業(yè)之間的協(xié)同設(shè)計(jì)，論述了如何根據(jù)設(shè)計(jì)的工程量?jī)?nèi)容利用BIM快速準(zhǔn)確的列出工程量主材清單，如何根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況進(jìn)行準(zhǔn)確的數(shù)字化加工下料，論述了基于BIM的復(fù)雜構(gòu)件加工，以及利用BIM技術(shù)對(duì)工程的精細(xì)化管理。研究成果可為相關(guān)應(yīng)用與研究提供參考。

【關(guān)鍵詞】模型審核;數(shù)字化下料;工程精細(xì)化管理;寧波新世界廣場(chǎng)

1、BIM簡(jiǎn)述

建筑信息模型化（Building Information Modeling，BIM），是以三維數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)，集成了建筑工程項(xiàng)目中設(shè)計(jì)、生產(chǎn)加工、安裝、現(xiàn)場(chǎng)施工管理、物業(yè)運(yùn)維管理等各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)模型，是對(duì)整個(gè)工程項(xiàng)目相關(guān)信息的詳盡表達(dá)。

2、BIM在建筑幕墻方面的應(yīng)用

BIM 技術(shù)正逐漸被越來越多的業(yè)主和開發(fā)商所重視，并被要求應(yīng)用于其所開發(fā)的工程項(xiàng)目中。幕墻作為建筑工程的重要專業(yè)之一，外立面分包工程中的BIM 應(yīng)用被認(rèn)為是BIM 創(chuàng)造價(jià)值的主要領(lǐng)域之一，并且其技術(shù)難度和潛在開發(fā)空間也被認(rèn)為要超過機(jī)電和基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。正是由于這一特點(diǎn)，決定了只有很好的掌握了BIM 技術(shù)并擁有深厚的幕墻實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，才能將兩者有機(jī)的結(jié)合，為幕墻工程項(xiàng)目真正創(chuàng)造價(jià)值。通過長(zhǎng)期實(shí)踐探索，筆者總結(jié)BIM技術(shù)在幕墻中應(yīng)用價(jià)值點(diǎn)主要包括：

2.1 可視化及虛擬漫游：

可視化是BIM應(yīng)用后的必然產(chǎn)物，這里所說的可視化不僅僅是由于BIM本身基于三維模型而帶來的更高的可視化程度，也包括了在BIM模型基礎(chǔ)上提升表現(xiàn)效果，從而獲得更好的視覺效果。由于BIM模型中已經(jīng)集成了項(xiàng)目的幾何、物理和功能信息，因此，在模型中表現(xiàn)出來的效果會(huì)更接近實(shí)際。虛擬漫游則實(shí)際屬于一種動(dòng)態(tài)的可視化。

2.2基于BIM的多專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)

BIM提供了很好的多專業(yè)可視化協(xié)同平臺(tái)，不同專業(yè)在這一平臺(tái)上獲得的信息是一致的、實(shí)時(shí)的，從而更好的避免“錯(cuò)漏碰缺”，更大程度的減少“設(shè)計(jì)變更?！?/p>

2.3 4D施工模擬

項(xiàng)目施工過程中所有的活動(dòng)都是和時(shí)間有關(guān)聯(lián)的，也就是4D的。將時(shí)間信息集成到三維BIM模型當(dāng)中，就變成了4D模型。通過4D施工模擬，可以有效判斷施工工序合理性，減少交叉施工時(shí)存在的問題。

2.4工程量計(jì)算及5D模擬

BIM模型的信息支撐了其能夠進(jìn)行快速的工程量計(jì)算。同時(shí)，在4D模型中加入成本數(shù)據(jù)后BIM模型就變成了5D模型，基于5D模擬可全面系統(tǒng)的查看工程資金狀況，調(diào)整資金分配，優(yōu)化項(xiàng)目成本。

2.5基于BIM的快速出圖：

BIM技術(shù)是應(yīng)用三維的方式創(chuàng)建模型，然而目前國內(nèi)還是需要基于二維圖紙進(jìn)行審圖。BIM的核心建模軟件基本都提供了快速出圖的功能，并且通過三維和二維的關(guān)聯(lián)性，修改BIM模型后，將能夠快速自動(dòng)調(diào)整相應(yīng)的二維圖紙。

2.6基于BIM的現(xiàn)場(chǎng)施工管理

基于BIM模型可以方便的模擬現(xiàn)場(chǎng)施工工況，施工機(jī)具運(yùn)行，展示施工進(jìn)度組織，模擬出現(xiàn)場(chǎng)施工重點(diǎn)、難點(diǎn)，對(duì)實(shí)際施工管理起到很好的指導(dǎo)作用。配合總包進(jìn)行各個(gè)階段的模擬驗(yàn)收。

3、BIM在寧波新世界廣場(chǎng)5#地塊項(xiàng)目幕墻工程中的應(yīng)用

下面將以實(shí)際工程為例，講述BIM在具體幕墻工程中的應(yīng)用。

3.1 項(xiàng)目概況

寧波新世界廣場(chǎng)5#地塊項(xiàng)目位于寧波市江東核心區(qū)廣福路5號(hào)地塊。項(xiàng)目主要為一棟主體建筑，包括塔樓的辦公樓、酒店、商業(yè)裙樓等。本工程外觀為塔式設(shè)計(jì)，建筑層數(shù)56層，主樓建筑高度249.8米，裙樓建筑高度30.0米。項(xiàng)目于2018年7月開工，預(yù)計(jì)于2020年10月竣工。見圖1

3.2塔樓設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)

寧波新世界廣場(chǎng)項(xiàng)目塔樓每層平面由四段大面圓弧和四段角部圓弧組成（23F以上大、小圓弧過渡區(qū)域，圓弧半徑與大弧半徑略有不同），除雙“S”線區(qū)域影響外，其它部位均按5-T5和5-TE軸對(duì)稱。建筑體態(tài)由1層漸變變大到11層，達(dá)到建筑最大外輪廓，然后由11層漸變微縮直到塔冠。決定了單元板塊安裝時(shí)的傾斜狀態(tài)，在3F～11F為外傾式安裝，而11F～RF為內(nèi)傾式安裝。在塔頂面55F起始位置，整個(gè)塔冠由21.1335°斜切面切除上部體塊后形成。除東立面外，兩條相互垂直、輪廓形態(tài)不一樣的樣條曲線拉伸成面與南、北、西立面局部相交，相交位置進(jìn)行200mm厚度的切除，形成本工程建筑外觀自身特有獨(dú)特體態(tài)，也是本項(xiàng)目外立面幕墻設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)。

3.3 BIM技術(shù)設(shè)計(jì)階段

針對(duì)寧波新世界廣場(chǎng)5#地塊幕墻工程設(shè)計(jì)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，決定使用BIM技術(shù)貫徹幕墻設(shè)計(jì)、加工、施工、竣工的全流程，以更好的提升建造品質(zhì)、縮短建造工期、降低綜合成本為目標(biāo)，采用參數(shù)化建模的方式創(chuàng)建了本項(xiàng)目關(guān)鍵區(qū)域的LOD400精度的模型，對(duì)幕墻設(shè)計(jì)有效輔助。幕墻設(shè)計(jì)分兩個(gè)階段：

（1）幕墻初步設(shè)計(jì)階段，將創(chuàng)建LOD100～LOD300精度等級(jí)的模型，期間BIM工作重點(diǎn)在于：創(chuàng)建符合精度等級(jí)要求的模型，并通過參數(shù)化工具有效傳遞建筑設(shè)計(jì)理念并為深化設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)，通過參數(shù)化提高設(shè)計(jì)效率，快速完成方案變更并有效關(guān)聯(lián)響應(yīng)，通過模型有效傳遞設(shè)計(jì)變更信息等，將施工建造工作前置。

（2）幕墻深化施工階段，將創(chuàng)建LOD300～LOD500精度等級(jí)的模型，期間BIM工作重點(diǎn)在于：創(chuàng)建符合精度等級(jí)要求的模型，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)減少工程錯(cuò)漏碰缺、增進(jìn)交流、提高效率、減少人員投入、保證加工精度、降低成本、優(yōu)化工期、提升施工質(zhì)量等目標(biāo)。

3.4 BIM技術(shù)在寧波項(xiàng)目中的實(shí)施應(yīng)用過程

3.4.1工程量分析計(jì)算及設(shè)備材料統(tǒng)計(jì)

在已有模型的深度和精度范圍內(nèi)，在 BIM 模型中直接計(jì)量模型內(nèi)的工程量，作為工程計(jì)量的輔助工具。

BIM模型迅速的的生成加工細(xì)目、材料明細(xì)表、定額表，根據(jù)實(shí)際情況選擇需要的表格的內(nèi)容，得到準(zhǔn)確的工程量。無論是玻璃、鋁板、石材等，還是鋁合金龍骨、鋼結(jié)構(gòu)龍骨等，都可以根據(jù)已經(jīng)確定型材還是鋼材的型號(hào)和參數(shù)直接輸出。以 EXCEL 表格方式提供工程量計(jì)量清單。統(tǒng)計(jì)內(nèi)容包括玻璃幕墻嵌板面積，主材構(gòu)件數(shù)量。

3.4.2 碰撞檢查

BIM 三維模型的主要應(yīng)用之一，用于專業(yè)內(nèi)部和各專業(yè)之間的沖突檢查，實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)過程中提前發(fā)現(xiàn)各種沖突問題，避免因沖突原因?qū)е碌脑O(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工返工的情況發(fā)生。檢查內(nèi)容包括：1）幕墻專業(yè)內(nèi)部碰撞檢查 2）與其他專業(yè)的碰撞檢查。

3.4.3 加工組裝模擬分析

應(yīng)用Autodesk Inventor軟件創(chuàng)建詳細(xì)的構(gòu)建加工圖，在寧波項(xiàng)目中，可以用它做各種材料的加工圖以及模擬板塊組裝，并可以將之作為動(dòng)畫，直觀詳細(xì)的表現(xiàn)框架加工和組裝的過程。此外，綜合應(yīng)用BIM技術(shù)，還可實(shí)現(xiàn)：構(gòu)件信息化預(yù)拼裝;構(gòu)件加工精度及工藝優(yōu)化;自動(dòng)加工數(shù)據(jù)批量提取。

圖2 雙“S”線整體單元板塊

3.4.4 施工進(jìn)度模擬

在編制施工組織設(shè)計(jì)和施工方案時(shí)，根據(jù)模型所編制的施工進(jìn)度計(jì)劃，通過三維方式展示施工進(jìn)度組織。并加入直接相關(guān)和互相穿插施工的其他專業(yè)的工序進(jìn)度。配合總承包商使用 BIM 模型對(duì)總控施工施工計(jì)劃、總體施工方案進(jìn)行模擬演示。

3.4.5 施工重難點(diǎn)模擬

對(duì)于施工重點(diǎn)難點(diǎn)， BIM模擬展示的內(nèi)容包括但不限于：節(jié)點(diǎn)大樣、幾何外觀、內(nèi)部構(gòu)造、工作原理、作業(yè)工業(yè)、施工順序等。模擬展示確保能真實(shí)充分地反映施工重點(diǎn)難點(diǎn)，并對(duì)實(shí)際操作起到良好的指導(dǎo)作用。配合總承包及幕墻相關(guān)承包商使用 BIM 模型對(duì)專項(xiàng)施工方案和專項(xiàng)施工工藝進(jìn)行演示。配合總承包及幕墻相關(guān)承包商對(duì)特殊節(jié)點(diǎn)綜合施工工藝?yán)?BIM 進(jìn)行施工模擬驗(yàn)收。

3.4.6 現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)獲取

寧波項(xiàng)目，幕墻支撐結(jié)構(gòu)的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)很多，但對(duì)于幕墻實(shí)施而言，最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)就是預(yù)埋件的安裝位置數(shù)據(jù)。為此，在埋件設(shè)計(jì)時(shí)，考慮后期測(cè)量的方便性，例如，在預(yù)埋件或支撐結(jié)構(gòu)上設(shè)置反射片，以便高精度全站儀測(cè)量使用。全站儀獲得的數(shù)據(jù)可以通過電腦錄入或人工的方式進(jìn)行記錄，一般情況下，整理成為BIM軟件能夠識(shí)別的編排方式。

3.4.7 偏差報(bào)告

使用參數(shù)化的BIM模型將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)直接驅(qū)動(dòng)構(gòu)件變化的同時(shí)，在BIM軟件中設(shè)定自動(dòng)判斷并歸類偏差數(shù)值的方法，將不同的偏差數(shù)值進(jìn)行自動(dòng)歸類，同時(shí)，將不同類別的偏差以特定的顏色區(qū)別表示，讓工程實(shí)施人員對(duì)偏差的分布情況能夠直觀的了解，進(jìn)而指導(dǎo)后面施工精度的控制。

3.4.8 負(fù)超差應(yīng)對(duì)措施

所謂負(fù)超差，就是幕墻支撐結(jié)構(gòu)遠(yuǎn)離幕墻輪廓面，且數(shù)值大于工程設(shè)計(jì)合同允許的范圍。負(fù)超差將會(huì)增大幕墻與支撐結(jié)構(gòu)之間的距離。此時(shí)，由于預(yù)埋件的位置固定，標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)接件的偏差吸收能力不夠，一般可通過重新調(diào)整轉(zhuǎn)接件設(shè)計(jì)來解決。此時(shí)，基于BIM模型可以快速的判讀出負(fù)超差出現(xiàn)的數(shù)值大小以及分布情況，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一個(gè)或多個(gè)級(jí)別吸收能力的轉(zhuǎn)接件，甚至通過參數(shù)驅(qū)動(dòng)的方式，直接在模型中生產(chǎn)需要的轉(zhuǎn)接件，從而節(jié)省設(shè)計(jì)時(shí)間，快速響應(yīng)。

對(duì)于負(fù)超差的情況，通過增大轉(zhuǎn)接件的方式應(yīng)對(duì)，但同時(shí)應(yīng)考慮由于幕墻面的外移而導(dǎo)致的重力荷載對(duì)支撐結(jié)構(gòu)及連接系統(tǒng)產(chǎn)生的額外附加扭矩，這一數(shù)值需通過計(jì)算確定并進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

3.4.9 正超差對(duì)應(yīng)措施

前面提到，幕墻構(gòu)件都需要在150～300mm左右的空間內(nèi)被全部容納。因此，如果說幕墻支撐結(jié)構(gòu)的負(fù)超差尚為“可以原諒的錯(cuò)誤”的話，正超差的發(fā)生則為“不可原諒的錯(cuò)誤”，因?yàn)檎顚?duì)幕墻結(jié)構(gòu)的影響將可能導(dǎo)致建筑效果的變化同時(shí)對(duì)總體建筑工程產(chǎn)生的影響將會(huì)非常嚴(yán)重。

所謂正超差，就是幕墻支撐結(jié)構(gòu)靠近幕墻輪廓面，且數(shù)值大于工程設(shè)計(jì)合同允許的范圍。通過BIM模型可以快速的分析改變構(gòu)造設(shè)計(jì)是否能夠吸收一定范圍的正超差，當(dāng)數(shù)值過大無法吸收時(shí)，需要重新調(diào)整模型設(shè)計(jì)原則，對(duì)局部超差位置的幕墻偏移情況進(jìn)行分析，通過三維可視化的能力，將分析結(jié)果最快的展現(xiàn)給業(yè)主和設(shè)計(jì)方，從而確認(rèn)方案的可行性，縮短響應(yīng)周期，減少項(xiàng)目損失。同時(shí)，BIM模型也可以為將來的責(zé)任追查提供依據(jù)。

3.4.10 結(jié)構(gòu)蠕變及沉降變形的應(yīng)對(duì)

（1）結(jié)構(gòu)蠕變及沉降的產(chǎn)生原因

此外，幕墻支撐結(jié)構(gòu)產(chǎn)生偏差的另一種情況就是：

①隨著幕墻及建筑其他專業(yè)的進(jìn)場(chǎng)，例如機(jī)電設(shè)備等，建筑結(jié)構(gòu)的荷載將隨著施工的進(jìn)展而變化，這一荷載增加將導(dǎo)致例如：主體結(jié)構(gòu)支撐系統(tǒng)的蠕變，亦或者幕墻支撐結(jié)構(gòu)體系的沉降等問題，這一數(shù)值分解到每個(gè)樓層時(shí)其數(shù)量級(jí)一般為幾個(gè)毫米，但一旦在某些特定情況，例如大跨度大空間結(jié)構(gòu)體系，微小數(shù)值的累加將會(huì)產(chǎn)生量變到質(zhì)變的效果。

②由于幕墻的掛點(diǎn)位置的支撐結(jié)構(gòu)的剛度的不同，往往導(dǎo)致不同的變形量，這些變化不能影響最終的幕墻施工質(zhì)量，必須在幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)就予以充分的考量。然而，計(jì)算和分析這些變化最困難之處在于：這些沉降或蠕變的數(shù)值是持續(xù)變化的，必須在特定的時(shí)間內(nèi)模擬出荷載并精確計(jì)算相應(yīng)的變化數(shù)值，然后加以分析。

（2）結(jié)構(gòu)蠕變及沉降的應(yīng)對(duì)措施

① 分析的過程可以運(yùn)用BIM技術(shù)，將計(jì)算得出的沉降數(shù)值輸入到由參數(shù)化驅(qū)動(dòng)的幕墻支持結(jié)構(gòu)模型中，對(duì)應(yīng)的幕墻掛點(diǎn)位置將發(fā)生改變，掛點(diǎn)的變化可以驅(qū)動(dòng)幕墻轉(zhuǎn)接件的變化。當(dāng)轉(zhuǎn)接系統(tǒng)設(shè)計(jì)的三維可調(diào)構(gòu)件可以吸收這些數(shù)值時(shí)，BIM模型將不會(huì)產(chǎn)生變化。而當(dāng)沉降數(shù)值過大，轉(zhuǎn)接系統(tǒng)無法吸收時(shí)，BIM模型將可以對(duì)部位進(jìn)行提示，例如以特殊顏色標(biāo)示;

②可以在模型中設(shè)定幕墻轉(zhuǎn)接件依據(jù)最大沉降數(shù)值進(jìn)行變化，關(guān)聯(lián)參數(shù)驅(qū)動(dòng)幕墻面的變化，以便進(jìn)一步判斷這一過大的數(shù)值是否會(huì)對(duì)幕墻系統(tǒng)產(chǎn)生致命的影響，如果不會(huì)，則可能忽略以節(jié)省工程造價(jià)。

③使用BIM技術(shù)的參數(shù)化模型，可以簡(jiǎn)化復(fù)雜變形的分析過程，對(duì)大量的變形數(shù)值及關(guān)聯(lián)變化狀態(tài)進(jìn)行可視化分析，有助于快速判斷主體結(jié)構(gòu)沉降或蠕變對(duì)幕墻施工質(zhì)量的影響，同時(shí)基于BIM模型尋求解決方案。

4、結(jié)論與展望

綜上所述，通過BIM技術(shù)在寧波新世界廣場(chǎng)項(xiàng)目整個(gè)項(xiàng)目的實(shí)際應(yīng)用，很好的發(fā)現(xiàn)和解決工程實(shí)施中遇到的各種問題。幕墻BIM技術(shù)極大的方便了設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)思路，運(yùn)用BIM技術(shù)，能夠?qū)こ陶麄€(gè)實(shí)施過程進(jìn)行有效的控制和監(jiān)督，增加項(xiàng)目透明度，降低工程造價(jià)成本。

總之，未來BIM技術(shù)將會(huì)越來越多的運(yùn)用到整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)中來，實(shí)現(xiàn)建筑產(chǎn)業(yè)上真正的信息化的交流和溝通。

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