BIM技术在异形幕墙中的应用

摘要：现代建筑中异形作品不断涌现，建筑师的奇思妙想使建筑的风格发生天翻地覆的变化，那么如何给它们穿上华丽的外衣，成为了首要攻克的任务。异形建筑表面的形态异样而使设计及加工难度增大，其空间造型特殊使工程施工难度加大。异形建筑造型越复杂，承载的信息越多，传统的二维图纸无法满足要求，而BIM技术的出现则可以解决异形建筑幕墙在建筑施工中遇到的难题。本文针对后湖之芯幕墙工程中所有关键的设计难点进行了详细的阐述，希望给建筑界的同仁提供一些参考。

1.工程概况

(1)工程名称：岳麓山国家大学科技城核心区E39地块工程设计--后湖之芯

(2)工程地点：湖南省长沙市岳麓区

(3)工程规模：建筑总高度为23.5米，外幕墙总面积约3058平方米

(4)建筑设计单位：湖南省建筑设计院有限公司

2.建筑特点

（1）建筑造型呈流动形，高低起伏的屋顶，使得建筑很灵动。

（2）建筑外表皮为异形幕墙，玻璃分为矩形，梯形与不规则四边形。

（3）横向的铝板装饰条随着立面起伏，使得铝板有许多需要进行切角的加工。

3.BIM技术的具体应用

后湖之芯幕墙工程为异形折面幕墙，玻璃分为矩形，梯形与不规则四边形。玻璃幕墙在水平方向有内凹与外凸两种情况，幕墙外饰面有不同的角度，型材连接件的加工方式多种多样。

（1）异形幕墙优化设计

建筑平面为弧线与直线的组合的平面，但幕墙要控制成本，所以要将弧形面的玻璃优化成平板的玻璃，由于弧线段的半径比较大，优化成平板后，实际效果与弧形玻璃区别不大。

A.平板优化

根据CAD图纸的分格，来将曲线的平面划分成折线的平面。

平面图

优化前

优化后

翘曲板块

在平板优化的过程中，发现有些板块是翘曲板，最大的翘曲值是6.1516mm，将翘曲板进行进一步的优化，使得板块与四周板块只有±3.122mm的翘起大小，可以利用龙骨的空间来消化这个误差。

B.方案优化

在最初的立面设计中，开窗是根据起伏的线条来设计形状与大小的，窗户的上边与下边是斜的，变成不规则的窗户，不方便加工与使用，所以将窗户的上边与下边做成水平，优化成规则的矩形，易于加工与使用。

原始开窗

优化后

C.空间碰撞

造型独特的建筑，由于主体结构楼层施工时不可避免的结构偏差、结构高程误差累计、异形结构施工难度大。在这个工程中，幕墙的立柱建模完成后，与主体钢结构进行空间碰撞，发现立柱与主体钢结构顶部有碰撞。按照以往的经验，应该是进行幕墙龙骨结构的调整，在这个项目中，需保证幕墙的外观效果，而此时主体钢结构并未施工，所以决定与设计院进行沟通，说服他们将主体钢结构进行调整。

立柱与主体钢结构发生碰撞

结构优化后

（2）异形幕墙预制装配

BIM介入预制异形幕墙，能保证项目全生命周期的顺利完成。BIM通过参数化建模极大地提高工作效率，又能精细到曲面幕墙表皮的划分，还可以减少预制幕墙的出错率。按照BIM模型的指导现场实际情况进行预拼装。用BIM做预制，使所有的构件都能做到能量化、能准确预估，那么就能将会带来能预估的效益，也能保证最基本的施工安全问题。

后湖之芯幕墙工程中的横梁，玻璃及铝板全是采用工厂预制，在现场安装时并未发现有任何安装失败的问题。

A.横梁加工图

由于玻璃幕墙在水平方向内凹与外凸两种，垂直方向，玻璃幕墙是倾斜的，所以横梁的加工方式多达十几种。在前期只有分格尺寸的条件下，并横梁的下单时间非常急，所以决定采用数学方法将横梁的长度及加工方式计算出来。在交付工厂时，提供每种横梁的加工方式以及每种横梁的加工长度与数量。

节点图

所有横梁加工工艺编号

平面角度误差控制

立面角度误差控制

横梁误差控制

横梁高度误差控制

二面角误差控制

横梁加工图

横梁加工图

横梁编号表格

B.玻璃加工图

在前期的优化设计中，已经将玻璃全部优化成平板面，所以在这个阶段至需要将胶缝的尺寸扣除，统计相同大小与形状的玻璃，然后利用Grasshopper导出玻璃加工图。所有的标注，编号均在Grasshopper中处理。

扣缝后的玻璃

导出加工图

玻璃加工图

玻璃加工图

C.铝板加工模型

在横向分格的位置，有铝板来做装饰线条。每块铝板都有很多折边，而且需要开洞来避免与立柱发生碰撞，所以铝板的设计加工难度大。通过BIM技术，首先将铝板的模型在Rhino中绘制出来，进行切缝与开洞，保证铝板的形状与大小的准确性，然后将铝板进行展开绘制加工图（由铝板厂负责）。

标准节点

铝板模型

铝板加工图

铝板加工图

（3）施工安装阶段应用

在施工阶段，为了降低建造时的误差，所以要保证最原始数据的准确性。在本项目中，施工安装顺序是立柱—横梁—玻璃—铝板，所以在最初的立柱与横梁定位上尤为重要。利用BIM模型，提取每根横梁与立柱的坐标点，利用全站仪的准确定位，使每根横梁与立柱能准确地安装到它所在的位置，确保后面玻璃能顺利的安装。

立柱的坐标点位

横梁的坐标点位

4、BIM技术应用总结

此幕墙项目通过运用BIM技术，解决了异形幕墙中的玻璃，横梁，铝板的加工与施工的数据提取问题，得到龙骨的定位坐标，确保项目的准确施工。在今后越来越多的异形项目中，这套BIM技术应用的流程要广泛地运用下去，贯穿前期设计，预制装配，施工安装，后期运维整个过程，来指导整个建筑的全生命周期，实现建筑行业的工业化与智能化。在文章论述中如有表达不妥之处，敬请各位同行和专家批评指正。