王 偉

（北京帕克國際工程咨詢有限公司， 北京 100022）

0 引 言

BIM 起源于美國，于 2002 年被歐特克公司引入中國。BIM 除具有可視化、協(xié)調(diào)性、模擬性、優(yōu)化性及可出圖性外，強大的信息整合能力為其最核心的競爭力。目前，BIM技術(shù)越來越受到國內(nèi)建筑行業(yè)的認(rèn)可，已有不少建設(shè)項目在建設(shè)的各個階段不同程度地進行應(yīng)用，其中上海中心大廈是全生命周期應(yīng)用 BIM 技術(shù)的典型案例。

建筑行業(yè)中的幕墻專業(yè)與機械制造業(yè)很相似，使用 BIM技術(shù)可以強化幕墻專業(yè)的這一特性，提高工程管理效率及工程質(zhì)量。目前，BIM 在設(shè)計階段使用較多，也取得了一些成果，但在幕墻施工階段如何運用 BIM 技術(shù)進行工程管理，則需要我們進一步探索。

1 幕墻的建模

BIM 技術(shù)的運用首先需要進行建模。如果項目已由設(shè)計院或開發(fā)商委托的第三方提前建好，則可以直接使用；如果沒有提前建好或者建模的深度達(dá)不到施工的要求，則需要根據(jù)施工圖先建模。

BIM 的建模軟件較多，如 Autodesk 公司的 Revit 系列軟件、Bentiey、Archi CAD、CATIA、Rhino、Sketchup 等等。可以根據(jù)項目特點、設(shè)計階段及軟件的適用范圍靈活選擇。本文只簡單介紹適合民用建筑且應(yīng)用較廣泛的 Revit 系列建模軟件。

使用 Revit 系列軟件進行幕墻建模的思路有很多。在施工階段的建模，目前普遍采用更改輪廓建模法、欄桿建模法和嵌套族建模法這三種。下面簡單介紹下使用靈活、適用性強的嵌套族建模法。

1.1 材料族的建模

在使用嵌套族之前，需要對幕墻所使用的材料分別建模。首先在 Revit 中創(chuàng)建常規(guī)族，如果是釘子、鉚釘之類建模，則需要創(chuàng)建基于面的常規(guī)族或基于線的常規(guī)族；然后將施工圖中幕墻所使用的材料模圖(CAD 版)分別導(dǎo)入到 Revit中(見圖 1)，再通過 Revit 中的拉伸、融合、旋轉(zhuǎn)、放樣等命令進行建模(見圖 2)；最后對建好的模設(shè)置尺寸參數(shù)、添加材質(zhì)及控件(見圖 3)。

圖1 材料模圖導(dǎo)入

圖2 通過各種命令建模

圖3 設(shè)置尺寸等

1.2 嵌套族的生成

嵌套族是指在一個族里面鑲嵌進另一個族。任何一個族都可以鑲嵌到另一個族里面(柱、梁、板、墻等系統(tǒng)族要除外)。如果是構(gòu)件式幕墻，僅需要完成一些組合構(gòu)件(如螺栓、石材掛件、玻璃爪件等)，就可以直接進行幕墻的建模(見圖 4)；如果是結(jié)構(gòu)較復(fù)雜且規(guī)格較統(tǒng)一的幕墻(如單元體幕墻)，可以先生成嵌套族，然后再以構(gòu)件導(dǎo)入完成幕墻的建模(見圖 5)。

圖4 構(gòu)件式幕墻嵌套

圖5 單元體幕墻嵌套

1.3 幕墻的建模

在工程所需的所有材料建模完成以后，即可著手進行幕墻的建模工作了。首先選用與本工程其他專業(yè)相同的統(tǒng)一項目模版創(chuàng)建新的項目，在新項目中導(dǎo)入 CAD 版軸網(wǎng)(如已有可不用再導(dǎo)入)、幕墻的立面圖及剖面圖；然后將所建的材料模型載入到本項目中；最后根據(jù)立面圖及剖面圖進行定位即可完成幕墻的建模工作(見圖 6)。

圖6 幕墻建模

本文僅簡單介紹使用 Revit 進行幕墻建模的方法，具體如何操作還需要系統(tǒng)學(xué)習(xí)、多次練習(xí)、靈活運用。

2 可視化的技術(shù)交底與施工方案模擬

2.1 可視化的技術(shù)交底

常規(guī)的技術(shù)交底程序為幕墻單位的項目技術(shù)負(fù)責(zé)人填寫技術(shù)交底內(nèi)容，然后下發(fā)工長了解后簽字存檔。工長將大致了解的內(nèi)容口頭傳授給一線實際操作的工人。技術(shù)交底能否到位受限于技術(shù)負(fù)責(zé)人的文字表達(dá)能力、工長的理解能力和口頭表達(dá)能力以及工人的理解能力。由于語言描述抽象、理解能力的差異，往往導(dǎo)致節(jié)點復(fù)雜、特殊要求多的幕墻技術(shù)交底工作達(dá)不到預(yù)期的目標(biāo)。

運用 BIM 技術(shù)可以將構(gòu)造復(fù)雜的幕墻節(jié)點通過模型和模擬施工形象的展示。根據(jù)構(gòu)造要求進行模擬施工，在演示的過程中，可以針對每道工序的技術(shù)要求、注意事項進行特別的說明。工人在觀看的過程中，可以直觀地了解整個施工過程，掌握各道工序的技術(shù)要求(見圖 7)。

圖7 模擬施工

2.2 施工方案的模擬

隨著建筑外立面造型的復(fù)雜多變，單位工程的幕墻墻型越來越多，幕墻的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，僅僅憑借以往的施工經(jīng)驗安排施工，往往會出現(xiàn)問題。有時即便是造型規(guī)整的幕墻，按照常規(guī)的工序進行施工，也會出現(xiàn)意想不到的問題。如某工程轉(zhuǎn)角為干掛石材幕墻，四邊為單元體幕墻(見圖8)，因造型簡單構(gòu)造也不復(fù)雜，先施工哪個墻型都可以，所有沒有引起管理人員的重視，未進行樣板施工，也未進行施工模擬，現(xiàn)場依舊按照常規(guī)做法進行施工。由于石材供應(yīng)不及時，現(xiàn)場先安裝單元體，后裝干掛石材，結(jié)果層間位置的干掛石材膠因受單元體板塊影響，無法施打。

圖8 干掛石材幕墻

可見，在工期緊張，沒有時間安裝施工樣板的情況下，提前使用 BIM 技術(shù)進行施工模擬，既可以優(yōu)化和調(diào)整施工方案，避免工序倒置等問題的產(chǎn)生，又可以縮短工期，降低安裝施工樣板的成本。

3 在工程進度控制方面的應(yīng)用

建筑施工是一個高度動態(tài)的過程。隨著幕墻工程規(guī)模的不斷擴大，施工項目管理變得極為復(fù)雜。然而，當(dāng)前幕墻工程項目管理卻相對落后，通常用橫道圖表示進度計劃，用直方圖表示資源計劃，無法清晰地描述施工進度以及各種復(fù)雜關(guān)系，難以準(zhǔn)確表達(dá)工程施工的動態(tài)變化過程，更不能動態(tài)地優(yōu)化分配所需要的各種資源和施工場地。

3.1 施工進度計劃的編制

施工進度計劃作為進度控制的重要文件，在編制和調(diào)整時，要考慮以下幾個方面：(1)資金、材料、人力、作業(yè)面等各方面因素；(2)保證施工工序正確；(3)考慮周全，避免丟項；(4)避免與其他專業(yè)交叉施工。

在編制施工進度計劃時，受編制人水平、工程復(fù)雜難易程度等因素影響，編制完成的施工進度計劃往往會出現(xiàn)各種問題。通過 BIM 技術(shù)，將 Revit 完成的幕墻三維模型導(dǎo)入到Navisworks 軟件中，在 Navisworks 中進行進度計劃的編制，原先晦澀難懂的進度計劃表將以形象的三維動態(tài)模型進行表現(xiàn)，可以有效避免丟項、保證正確的工序；與其他專業(yè)的三維模型綜合，可以有效地避免交叉施工；在 Navisworks 中引入材料價格、人力需求等資源后，每個階段的資金、人力需求信息清晰可見。

3.2 施工進度控制

施工進度控制是當(dāng)前工程管理的薄弱環(huán)節(jié)。由于施工進度信息滯后，各方在工期已經(jīng)延誤了一段時間后，才著手尋找解決辦法或者重新調(diào)整工期。通過 BIM 的施工模擬技術(shù)，安排 BIM 專業(yè)人員根據(jù)現(xiàn)場實際施工進度對三維模型數(shù)據(jù)進行每天進行維護更新，“已完成”的用清晰的實體表示；“在建”的用半透明綠色實體表示，并標(biāo)明在建時間；“延誤”的采用半透明的紅色實體表示。通過這種“清晰直白”的表示方式，可以讓各方隨時了解工程進展情況，對工期滯后情況及時了解，及時采取措施。

4D 施工模擬技術(shù)可以在幕墻施工過程中合理制定施工計劃、精確掌握施工進度、優(yōu)化施工資源，對整個工程的施工進度、資源進行統(tǒng)一管理和控制，可以縮短工期、降低成本、提高質(zhì)量。

4 特殊結(jié)構(gòu)和復(fù)雜節(jié)點的幕墻輔助設(shè)計

4.1 特殊結(jié)構(gòu)幕墻的輔助設(shè)計

隨著經(jīng)濟的發(fā)展以及人們對建筑美學(xué)的更高要求，建筑的設(shè)計越來越追求個性，從而促使幕墻的設(shè)計也不斷創(chuàng)新。幕墻結(jié)構(gòu)由原來的簡單、規(guī)整變得越來越復(fù)雜、多變，單曲、雙曲等造型特殊的幕墻形勢層出不窮，傳統(tǒng)的二維繪圖方式已經(jīng)很難表達(dá)。如圖 9 所示，幕墻交接位置呈現(xiàn) X 型，且三維尺寸均為變量。

圖9 “X”型幕墻

傳統(tǒng)的做法為設(shè)計人員先規(guī)劃大概做法，現(xiàn)場施工人員根據(jù)實際情況自由發(fā)揮，在框架完成后進行測量，根據(jù)測量數(shù)據(jù)，設(shè)計人員再進行面材的下料加工工作。由于處于失控狀態(tài)，這種做法既無法保證工程質(zhì)量和外觀效果，又無法保證工期。使用 BIM 技術(shù)，根據(jù)現(xiàn)場實測的數(shù)據(jù)進行建模，通過三維建?？梢匀嵌日故境瞿粔Φ耐庥^效果，并根據(jù) Revit中的材料統(tǒng)計命令進行材料的采購及下料加工工作。這樣既可保證工程質(zhì)量及外觀效果，又可保證工期。

4.2 復(fù)雜節(jié)點幕墻的輔助設(shè)計

對于復(fù)雜的幕墻節(jié)點(見圖 10)，在二維圖紙的識圖中，很難想象其空間邏輯關(guān)系。通過三維建模模擬施工(見下圖11)，可以提前發(fā)現(xiàn)型材之間“打架”現(xiàn)象(見圖 12)，在施工開始前調(diào)整設(shè)計方案，避免因圖紙原因耽誤施工。

圖10 復(fù)雜幕墻節(jié)點

圖11 三維建模模擬施工

圖12 發(fā)現(xiàn)“打架”現(xiàn)象

5 施工過程中的質(zhì)量監(jiān)管

質(zhì)量管理是現(xiàn)場施工管理中最重要的工作內(nèi)容之一，質(zhì)量管理的好壞直接決定了最終工程質(zhì)量的優(yōu)劣。在日常的施工質(zhì)量管理中，各方質(zhì)檢人員檢查發(fā)現(xiàn)問題后，會發(fā)工作聯(lián)系單要求施工單位整改，但由于工期緊張、施工方故意拖延等原因，造成整改工作滯后。因滯后時間太久、工作聯(lián)系單中的質(zhì)量問題部位表述不具體、積累的質(zhì)量問題過多等原因，易造成后期整改找不到具體位置和遺漏整改項等情況發(fā)生。

5.1 質(zhì)量問題精確定位

工作聯(lián)系單中關(guān)于質(zhì)量問題位置的表述常規(guī)為某層某軸線，最多再附上一張照片。如果時間過久，現(xiàn)場環(huán)境已變化，再加上位置表述不清，在后期整改的時候很難找到質(zhì)量缺陷的具體部位。使用 BIM 的模擬建造，在日常的模型維護中，將現(xiàn)場檢查的施工質(zhì)量缺陷隨時標(biāo)注在模型中，對質(zhì)量缺陷部位采用不同顏色的參數(shù)進行表示，可以精確到一根釘子，這樣就不存在后期找不到質(zhì)量缺陷在哪的問題了(見圖13)。直到整改完成后，再在模型中進行參數(shù)更改。

圖13 質(zhì)量問題精確定位

5.2 質(zhì)量問題精確統(tǒng)計

近幾年幕墻工程的體量越來越大，墻型及構(gòu)造也越來越豐富，相應(yīng)的質(zhì)量問題也越來越多。在整改過程中，進行質(zhì)量缺陷的精確統(tǒng)計就成了問題。特別是材料方面的統(tǒng)計(如破損玻璃、型材劃傷數(shù)量等方面)，費時費力還容易統(tǒng)計漏項和統(tǒng)計錯誤。

通過 BIM 創(chuàng)建的施工模擬模型，根據(jù)日常維護中設(shè)置的質(zhì)量缺陷參數(shù)，通過過濾器功能進行篩選，可以很容易地統(tǒng)計出質(zhì)量缺陷的數(shù)量、尺寸及具體位置。既省時省力，又統(tǒng)計精確，提高工程管理效率。

6 結(jié) 語

BIM 技術(shù)作為計算機信息技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，以其可視化、協(xié)同效率高、參數(shù)化和對項目全生命周期的關(guān)注贏得了建筑行業(yè)市場的認(rèn)可，在美國、英國等發(fā)達(dá)國家的發(fā)展和應(yīng)用已達(dá)到了一定的水平，但是在我國建筑幕墻的施工階段應(yīng)用還處于起步階段，僅僅在幾個超高層幕墻項目中進行了探索和嘗試，只是扮演了輔助的角色。但是 BIM 在輔助設(shè)計、解決現(xiàn)場施工碰撞方案、施工協(xié)調(diào)、質(zhì)量管理等方面出色的表現(xiàn)已經(jīng)展示出了它的潛質(zhì)，在信息化程度越來越高的未來建筑幕墻行業(yè)，BIM 技術(shù)一定慢慢會走上主舞臺，其發(fā)展和應(yīng)用的前景將不可限量。