BIM在幕墙设计中的应用探索

1.概述：
　　BIM（Building Information Modeling）即建筑信息化模型，BIM建立模型时给模型赋予建筑信息的属性（如构件的材料、尺寸、规格、要求进场时间，设备的型号、厂家、功率等）。BIM以其可视化、协同效率高、参数化及对项目全生命周期的关注赢得了建筑行业市场的认可，在美国、英国等发达国家的发展和应用已达到一定水平。BIM在深化设计、工艺模拟、解决现场施工碰撞方案、施工协调、预算、辅助验收等方面出色的表现已经展示出了它的潜质，本文将从设计角度来探索BIM在幕墙深化设计中的应用。
　　2．工程概况：
　　我司承建的华为北京环保园无线终端研发中心的第三期项目幕墙工程，是业主的一个重要的研发楼。鉴于该项目的重要性与复杂性，业主明确提出，要求该项目的幕墙、机电、精装等专业要利用BIM进行设计、施工和后期管理与维护。本建筑造型类似于一个汉堡包，底部由半径分别为71.1m和15.4m的8段圆弧组成，立面上，上下楼层之间为隐框玻璃幕墙，横向铝板装饰条分布在各层楼层位置。铝板装饰条的截面尺寸在宽度及高度方向都是渐变的，宽度方向凸出玻璃面500～1200mm，高度方向尺寸为950～2310mm，双向呈波浪形变化。铝板为双曲面造型，结构复杂，每块铝板曲率都不一样。每块玻璃挂扇的尺寸和形状也不一样，每根立柱、横梁的尺寸和加工图都不一样。
　　3、使用revit软件建立全专业BIM模型
　　在初步设计阶段，将CAD图纸导入到Autodesk Revit软件中，建立华为北京环保园无线终端研发中心的第三期项目的全专业模型，本项目包括建筑结构模型（幕墙、精装）、设备模型（暖通空调、给排水、消防系统）、电气模型（强弱电桥架），通过Autodesk Revit软件的“复制、监视”功能实现各模型之间的实时信息更新。通过三维模型的建立，设计师能够直观准确地理解复杂的建筑空间，最大限度地弥补了二维设计的缺陷和不足，准确表达设计意图，精确指导施工。

　　图一 建筑结构模型
　　4、使用Rhinoceros软件建立幕墙表皮模型
　　在深化设计阶段，使用Rhinoceros软件建立外幕墙表皮模型，然会通过Rhinoceros软件将其导入Autodesk Revit模型，与建筑结构模型整合为一个整体。之所以选择Rhinoceros来建幕墙的表皮模型，是因为建筑大部分是曲面造型，Rhinoceros软件在曲面三维建模上有很大的优势。Rhinoceros软件是一款基于NURBS的造型软件，具有非常强大曲面建模功能，可以在Windows系统中建立、编辑、分析和转换NURBS曲线、曲面和实体，不受复杂度、阶数以及尺寸的限制。并且，Rhinoceros软件跟AUTOCAD、revit等软件有对接接口，可以互相导入，进行无缝链接（类似CAD里面的外部引用），具有良好的兼容性。配合Grasshopper插件，还可以实现参数化建模，使修改模型变得相当容易快捷，通过链接功能，在Rhinoceros里面的修改内容能够马上反应到revit软件里面。

　　图二 幕墙表皮的Rhinoceros模型
　　5、使用revit软件建立幕墙各构件四维模型
　　建筑结构、幕墙表皮完模型成以后，下一步是建立幕墙的分格和各种构件模型。这个可以在Revit里面进行，利用Revit将幕墙表皮划分成一个个网格，对应于幕墙的分格，这样幕墙被分成一个个的幕墙嵌板，幕墙嵌板再细分成各种幕墙构件。幕墙构件模型主要包括幕墙金属板、幕墙龙骨、幕墙预埋件、龙骨上墙支座、各种安装附件等内容。
　　在Revit里面，幕墙嵌板和各种幕墙构件模型是通过族来实现的。Revit族是一个包含通用属性（称作参数）集和相关图形表示的图元组。属于一个族的不同图元的部分或全部参数可能有不同的值，但是参数（其名称与含义）的集合是相同的。Revit族中的这些变体称作族类型或类型。
　　本项目幕墙构件族的思路：利用嵌套族的原理，分别做出各个组成部分的构件族文件，一个或多个构件族嵌套到另一个构件族里作为一个独立的族用于另一个族文件或者项目文件中。
　　1）分别做出幕墙横梁、立柱、立柱装饰条、玻璃（面板）、双曲铝板、支座、预埋件等构件的族文件。

　　图三 立柱构件族

　　图四 横梁构件族
　　在建立模型前要设置好各构件的工作平面。比如：立柱绘制截面时，工作平面为参照标高，而横梁在绘制截面时，工作平面要在左右立面视图上。根据不同位置（标准位、开启扇位、收边位），附加不同的加工的孔位、铣切避位和切角，分别赋予立柱与横梁构件族的各种属性，其中长度可定为参数化变量。
　　2）利用已有的各种构件族组合竖向构件嵌套族、横向构件嵌套族、双曲铝板嵌套族、上墙支座嵌套族等。并将各构件的长度、宽度、高度等构件参数与嵌套族的相应参数相关联，这样以保证零件与部件的尺寸同步改变。

　　图七 上墙支座嵌套族
　　3）构建幕墙嵌板族，在参照标高中把横向嵌套族、竖向嵌套族、双曲铝板嵌套族、上墙支座嵌套族以及其他相关附件载入到幕墙嵌板族文件中，并标注锁定各嵌套族间的相对位置，将其长度、高度参数关联在一起。

　　图八 幕墙嵌板族
　　4）、将前面建好的幕墙嵌板族载入到项目中，在类型编辑器里替换系统默认的幕墙玻璃嵌板，形成四维的幕墙嵌板族。本项目的玻璃挂扇和双曲铝板都比较复杂，每个板块和铝板的尺寸和形状都不一样，如果要人工去一个个建模，费力又耗时。针对这个特点，在嵌板族里面可以设立相应的变化参数，设置成自适族，使软件能根据网格的形状和大小，自动组建出所需的各种形状和大小的幕墙嵌板。
　　6.施工图、加工图及材料清单的导出
　　利用revit模型可以方便快捷的导出CAD格式的幕墙施工图。导出的施工图可以自动将尺寸标注上去，稍作修改即可作为施工图使用。对于比较复杂的建筑或幕墙构件，利用普通的二维设计软件，需要多个平面和及剖面才能将设计内容表达清楚，有些根本就没法表达清楚。但借助于Autodesk Revit模型可以非常直观的看到建筑物的空间结构。并且可以随意剖切出不同标高的平面和不同位置的剖面，帮助施工人员将幕墙构件精确定位。

　　图九 导出CAD格式的平、立、剖面图
　　同样，利用revit强大的信息统计功能，对每一个幕墙构件、嵌板进行编号，并对其定位坐标、颜色、材质、加工尺寸和到场时间等信息进行统计梳理，可以方便快捷的导出板块清单、材料清单。
　　7.结束语
　　BIM不仅是一类软件，更是一种新的思维方式。幕墙行业的发展趋势是信息化程度越来越高，未来的设计将由二维走向三维，达到一个新的阶段。相信随着我国幕墙行业的日趋成熟以及人们对建筑美学的更高追求，BIM软件的应用空间将更大。BIM技术为整个建筑行业提供了一个应用平台，让业主方、设计方、施工方、运营方、城市管理方能够在同一平台上获取信息展开工作，并且能够通过二次开发拓展模型的应用。随着BIM相关软件的不断完善和丰富，BIM技术必将推动建筑设计乃至建筑工程全行业的技术进步。