BIM技术在复杂异形曲面设计中的应用

简要：该项目为铜仁机场航站楼改扩建工程，其规划建设用地面积为58000㎡，总建筑面积11887.35㎡，总高度为19.9m，地上二层，设计使用年限为50年。项目的设计者采用了当地佛教文化中的凤凰转世主题，采用双轨扫掠，曲面翻转的手段使得机场整体造型形似佛教中的法螺，寓意凤凰转世，生生不息。俯瞰又犹如凤凰的转世吉鸟——孔雀。

一、项目简介

该项目为铜仁机场航站楼改扩建工程，其规划建设用地面积为58000㎡，总建筑面积11887.35㎡，总高度为19.9m，地上二层，设计使用年限为50年。项目的设计者采用了当地佛教文化中的凤凰转世主题，采用双轨扫掠，曲面翻转的手段使得机场整体造型形似佛教中的法螺，寓意凤凰转世，生生不息。俯瞰又犹如凤凰的转世吉鸟——孔雀。机场表面的金属铝板随形体变化或舒张或紧收，在阳光的照耀下宛如孔雀绚丽多姿的羽翼。

二、BIM技术应用背景

1、该工程项目的一个重难点在于如何将建筑设计师的意向性概念转化为可供实际操作的施工方案。

2、复杂的异形曲面，每点的法线方向都可能存在不同，幕墙安装完后嵌板之间的间距缝隙是否可以既满足防水等功能需要，又能充分保证设计师的预期效果，做到不走样不变形。

3、项目的工期相对较为紧张，使用常规现场方式对幕墙安装位置进行定位，需要等结构网架施工完毕才可以进行，同时又面临定位信息与重复计算量大的问题。

4、为适应曲面造型，幕墙嵌板存在大小尺寸不一的情况，常规现场裁剪安装的方式，既无法满足工期需要，又容易造成施工误差累积。

基于以上种种客观存在的问题，我们将目光转移到了BIM技术上，希望通过BIM技术做到：更早时间的得到幕墙安装的定位信息，已保证施工时间；幕墙嵌板的准确预制数据，方便提前加工，减少现场施工误差；更加合理优化的幕墙排布方式，既能保证原设计方案效果的实现，又能减少成本预算的增加。

三、BIM应用情况介绍

在本项目中幕墙的安装基于结构网架之上，因此第一步我们通过BIM技术，准确还原了结构网架模型，使每一个结构节点数据精确数据化。

网架平面图

在结构模型精确建立的基础上，我们通过 Grasshopper 的数据控制功能，将固定尺寸的幕墙嵌板进行初次排布，保证嵌板的固定点均可与结构节点法线拟合。在初次排布划分之后，我们发现绝大多数嵌板边角存在四点不共面的情况。四点中的任意一点距离其它三点构成的平面的距离为该点的翘曲值。该值若过大将影响原设计方案效果表现，又造成施工困难。

为此针对这项问题我们对幕墙划分进行了二次优化。通过对 Grasshopper 源代码进行二次编写，对翘曲值超值的位置进行全局检索。通过对检索数据进行分析，排查幕墙面板划分不合理的区域进行对应优化。尽可能用标准单元代替非标准单元，合理优化嵌板尺寸类型数量，降低设计、施工难度，从而节省造价和提高施工质量。

幕墙划分效果

优化完成后对划分节点位置，进行施工工艺建模模拟，完美精确的复制实际安装构件，从而为统计幕墙嵌板定位信息，预制加工尺寸，龙骨杆件长度等信息提供基础，方便后续预制加工与安装施工。

在幕墙连接和细部构造方面，我们对铝单板的连接进行了优化，在布置铝单板时，铝单板侧边垂直于所在位置的结构控制面，铝单板角点指向龙骨交点、边缘与龙骨走向吻合，使得连接件可以顺利穿过胶缝连接到龙骨上，方便铝单板与龙骨的连接。

铝单板与胶缝的对应关系示意图

屋面幕墙细部构造

四、BIM应用效果

在设计过程中，利用BIM技术建立三维设计模型，在建模过程中能及时发现设计中存在的问题，并且利用BIM技术可视化的特点可以随时和项目各参与方进行沟通和模型调整，大大的提高了设计的效率。在施工阶段，对于复杂异形曲面来说，通过BIM技术的应用，在施工前对复杂曲线部分进行施工模拟，对特殊节点进行细部处理，从而避免了在施工现场可能会出现的放样、安装等各种问题。