BIM遇上“建筑外衣”所产生的碰撞效果

应用背景

建筑幕墙作为建筑的独特外衣，其将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来。如今，各种材料、结构形式的幕墙已遍布全球，幕墙建筑已成为气派、高雅、具有时代感的代名词并且成为现代化大都市的重要标志与显著特征。幕墙板块的定制化程度高，不仅体现在各个项目幕墙面板的设计样式不同，甚至有时在同一个项目中的幕墙面板样式也各不相同。随着新材料、新技术的出现以及人类对建筑外观的不断追求，使得幕墙的尺寸越来越大，形状也日益复杂，随之而来的便是现场安装的难度提高。如果交货顺序和安装过程管理不善，混淆幕墙板块的安装位置，就可能造成工期延误和资源的浪费。

利用BIM模型对构件的参数化实现对幕墙深化设计图纸数据、详细节点加工工艺数据和现场安装定位数据的无缝衔接;实现加工无图纸化和模型驱动加工。通过BIM技术的应用，创建一个精准的幕墙数据整合环境，将幕墙的建筑设计、详细节点设计以及现场安装融合为一体，用于幕墙表皮的生产、定位、检测、造价估算以及风险管控等一系列管理活动。

在湖南省湘潭县一中艺体馆项目幕墙工程中进行了深入探索。以下针对该复杂幕墙工程BIM技术实践进行详细介绍。

一、项目简介

湖南省湘潭县一中艺体馆项目位于湘潭县一中主入口东侧，东北两侧临贵竹北路、 凤凰东路，东侧紧邻金霞山风景区，西侧为校运动广场，南侧为校行政办公楼。工程建筑面积14815.53㎡，地上3层，建筑高度23.99m，建筑结构形式框架 网架结构。幕墙面积约为11000 ㎡，由明框玻璃幕墙、半隐框玻璃幕墙、金属幕墙及石材幕墙组成。本工程由湖南建工集团三公司承建，幕墙工程由湖南华意建筑装修装饰有限公司进行深化设计和施工。

二、项目重难点

1、幕墙东、西立面呈波浪型，由带幕墙面板拼接组成。每块幕墙面板规格大小都不相同，无法确定特殊型材数量。

2、幕墙平面度的控制比较困难，因为本工程幕墙幅面较长，幕墙全长约113m，施工时难免发生施工累计误差，而幕墙工程依据国家规范平面度要控制在10mm之间内，这就对幕墙龙骨安装提出了更大的挑战。施工时平面度累计误差控制是本幕墙工程的难点。

3、幕墙设计中采用的材料规格、品种较多，安装定位困难。在施工前必须对施工人员作专项交底，需建立专项方案对材料的采购、管理、进出库等进行规范。

4、现场有八组专业施工队伍，交叉进行作业，容易造成幕墙面板损坏，成品保护困难。

三、幕墙BIM技术应用实施流程

本项目幕墙工程在确定应用BIM技术之初便结合项目幕墙工程4大重难点与施工各参与方的多次沟和通确定了BIM技术的具体实施方案和流程。实施流程的确定为开展幕墙BIM技术的应用指明了方向，便于更有序和高效的开展工作，使BIM技术真正落实到项目，为项目发挥实实在在的经济效益。以下为幕墙BIM技术应用实施流程：

幕墙BIM技术应用实施流程

四、BIM模型创建和复杂节点可视化交底

本项目东、西立面是用不同弧度的曲线段拼接而成的波浪造型。要塑造这种线性造型，需要用不同大小的扇形面板进行拼接，每块幕墙板的形状和大小都不一样，制作成本高昂，给施工和下料带来了挑战。依据设计院的幕墙施工图纸，建出幕墙模型。

不规则幕墙面板

1、建立幕墙体量模型，对模型的表皮进行初步分格，所分网格作为幕墙的板块分格。由于幕墙面板由不同半径、不同圆心的曲线拼接而成，所以处理起来十分麻烦。建立模型时，首先根据每个区域所在圆心范围，划分成多个体量，然后将每个体量进行分割，最后拼接成一个整体。

曲线面板划分

2、根据幕墙分割，建立符合项目安装要求的若干种基本幕墙嵌板，并将嵌板主要尺寸参数化，使其可依据参数变化驱动板块尺寸，即在嵌板族里面设立相应的变化参数，设置成自适应族，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。

参数化幕墙嵌板

隐框玻璃幕墙施工时，平面上缝隙的允许宽度为6mm～15mm。在建模过程中，幕墙嵌板中设置了缝隙的调整参数，可以根据幕墙网格，调整幕墙面板的尺寸。将参数化的幕墙嵌板导入建立好的体量模型，在类型编辑器里替换系统默认的幕墙玻璃嵌板。

幕墙面板细部构造

3、分别做出幕墙横梁、立柱，铝板、角码、支座、埋件等构件的族文件。根据构件的位置设定各族参数化变量，使其适应对应的属性。将建立的构件族组合成竖向构件嵌套族、横向构件嵌套族、上墙支座嵌套族等。并将各构件的长度、宽度、高度等参数与嵌套族的相应参数相关联，保证零件与部件的尺寸同步改变。

4、可视化交底：利用所建立的三维模型，将施工工艺、关键节点等施工过程以三维动画的形式展现出来形成视频文件，在施工交底时，通过播放施工工艺过程模拟，直观、简洁地展示施工工艺。

半隐框幕墙工艺交底

石材幕墙工艺交底

5、将参数化族导入建立好的体量模型，组成各个立面的幕墙系统。

幕墙西立面

幕墙北立面

幕墙屋面

五、4D施工模拟

将项目部制定的施工计划与各施工工序相链接，进行施工工序模拟，以便于项目管理人员实时动态掌控施工进度，确定最好的施工顺序和时间节点，快速优化施工资源配置，为制定物资供给计划提供及时、准确的数据参考。

通过4D模拟施工方案讨论和优化，最终确定将幕墙施工划分为东西南北四个立面区段，其中南北立面区段由东至西按造型分别划分为1、2、3区域;东西立面区段由北至南按设计立面图上以表皮分格竖线划分为1-6号区域，其中1-5号区域由10块表皮分格组成，6号区域由5块表皮分格组成;幕墙龙骨安装为先下后上，板块安装则为先上后下进行施工。充分利用平面、空间和时间，组织平面立体流水交叉作业。

分区示意图

塔吊的覆盖半径,和运送能力不能满足施工需求，制订了先安装屋面幕墙面板，再安装东西立面，再施工南北立面的方案，给项目部提供了指导建议。

模拟施工

六、BIM指导施工下料

由于幕墙需要通过拼接调整来塑造线条，每个板块和幕墙板的尺寸和形状都不一样，下料时难以控制精度，通过BIM模型准确计算标准型材和非标型材的用量。

在设计图纸完成之后可以计算出整个幕墙工程所需钢龙骨约93吨、后置埋板约2956个、铝板约7500㎡、玻璃约4100㎡、石材约900㎡。

在施工深化设计阶段通过BIM模型提量快速生成玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙的下料表，提高下料的准确性，提升工作效率。在整个幕墙的玻璃嵌板部分分为钢化中空玻璃、钢化中空夹胶玻璃、钢化中空防火玻璃三大类，分别是:

8 12A 6 LOW-E钢化中空防火玻璃：216.7㎡，56块。

6 12A 6A LOW-E钢化中空玻璃(扇形)：1796.9㎡，624块。

6 12A 6 1.52PVB 6 LOW-E钢化中空夹胶玻璃(热弯玻璃)：114.3㎡，48块。

6 12A 6 1.52PVB 6 LOW-E钢化中空夹胶玻璃：1385.55㎡,462块。8 12A 6 1.52PVB 6 LOW-E钢化中空夹胶玻璃：35.36㎡,16块。

8 12A 6A LOW-E钢化中空玻璃：628.71㎡,268块。

以上六种规格，合计4177.52㎡，1474块。

铝板主要是厚氟碳铝单板分为四种规格，合计7414.25㎡，2322块，通过精确的BIM模型提量有助于项目部精确下料备料和商务合同签订。

龙骨示意图

明框面板示意图

材料统计表

主体结构会因施工、层间位移、沉降等因素造成建筑物的实际尺寸与设计尺寸不符。因此，在幕墙工程制作安装前需对建筑物进行实测实量，以掌握建筑物结构尺寸的偏差值。

测量完成后，技术人员将模型数据与现场测量数据进行对比分析，根据实际数据对模型进行调整，保证模型数据和实体数据的一致性，确定幕墙面板的加工下料尺寸。项目部管理人员审查复核幕墙面板、构件模型尺寸后，交付厂家进行幕墙构件预制加工。

七、二维码的应用

本项目为组合幕墙，材料多，规格不统一，安装时需区分幕墙面板的材料和规格。如果按二维CAD图纸进行定位，操作起来相当繁琐，难以识别图纸位置所对应的幕墙面板。

利用BIM技术深化的模型，每个构件都有唯一编号。输出构件列表，提取每个构件的ID和其相关的一些属性(包括厂家、材质、规格、位置信息)，利用二维码批量制作工具，制成每个构件专属的二维码标识。

根据划分好的施工区段，在模型中选择相应部位，对幕墙材料分块进行编号，制作出幕墙安装布置图。

幕墙编号图

厂家将幕墙生产出来后，贴上相应的二维码标识后，交付项目部。产品送达工地后，堆放到相应的安装区域。施工人员可以用终端设备，扫描二维码，获得每块幕墙板的身份信息，根据幕墙安装布置图，按编码序号，进行安装作业。

在后期运营阶段，需要替换某块幕墙面板，则可以直接在模型中提取该快面板的身份信息，获得相应的加工尺寸。就可直接发给厂家进行生产，再进行更换。