葉永輝

佛山華構南方建筑幕墻設計有限公司 廣東 佛山 528000

1 工程概況

江蘇大劇院整體外形設計取意為“荷葉上的水滴”，漂浮在生態(tài)綠野之上的四顆水珠，四顆“水珠”分別容納了歌劇廳、戲劇廳、音樂廳、綜合廳等主要功能，全部坐落在一個公共活動平臺之上。外立面采用金屬屋面和玻璃立面設計，使熠熠生輝的鈦金板幕墻和晶瑩剔透的全玻璃幕墻渾然一體，呈現(xiàn)“圓潤剔透，靈動匯聚，水波涌動”之意[1]。

考慮到此項目的復雜性和重要性，保證此項目按時保質完成，通過引進BIM技術并利用其功能和特點，指導深化設計、施工階段、生產加工和后期應用管理。并通過參數(shù)化建模，大大減少了煩瑣的人工操作和潛在錯誤，實現(xiàn)工程量信息與設計方案的完全統(tǒng)一，完美呈現(xiàn)項目設計效果。

圖1 建筑效果圖

2 BIM在深化設計上的應用

BIM技術可使設計參數(shù)化。在BIM軟件中完成建筑外殼分板，定位結構形式和位置，劃分幕墻，以及確定經度、緯度總長度和劃分數(shù)等可調參數(shù)，由參數(shù)控制的建筑形體便于設計師依據專業(yè)分析結果，快捷地完成調整，高效、直觀[2]。

在深化設計階段，使用Rhino軟件建立外立面表皮模型，然后通過Rhino軟件將其導入Revit模型，與建筑結構模型整合為一個整體。之所以選擇Rhino來深化建筑表皮模型，是因為建筑大部分是曲面造型，Rhino軟件在曲面三維建模上有很大的優(yōu)勢，功能強大。

Rhino軟件是一款基于NURBS的造型軟件，具有非常強大曲面建模功能，可以在Windows系統(tǒng)中建立、編輯、分析和轉換NURBS曲線、曲面和實體，不受復雜度、階數(shù)以及尺寸的限制。并且Rhino軟件跟AutoCAD、Revit等軟件有對接接口，可以互相導入，進行無縫鏈接（類似CAD里面的外部引用），具有良好的兼容性。配合Grasshopper插件，還可以實現(xiàn)參數(shù)化建模，使修改模型變得相當容易快捷，通過鏈接功能，在Rhino里面的修改內容能夠馬上反映到Revit軟件里面；以便于與建筑院的協(xié)同工作[3]。

直立鎖邊板排版設計，排版方式是否合理，對整個屋面工程的施工效率、工期有重要影響。屋面造型、屋面曲率分析、等高線分析、屋面坡度分析直接影響到屋面板的排版及排水。采用rhino參數(shù)化軟件將屋面劃分單元進行曲率分析，并進行屋面板空間三維排版；同時對每單元劃分的板塊進行三維量化分析和優(yōu)化，確保每單元板塊能滿足生產加工和現(xiàn)場安裝的要求。

金屬板外表皮設計，根據對原建筑模型的綜合分析，本工程屋面表皮為三維空間曲面，且左右不對稱。我們以此原則重建建筑、結構表皮。在此基礎上進一步建立屋面的分格及其各種構件模型。雙曲面轉換成平面網格，這個可以在Revit里面進行，利用Revit將表皮劃分成一個個網格，對應于屋面板塊的分格，這樣屋面板塊被分成一個個的平面板塊。屋面系統(tǒng)模型主要包括金屬板、支撐龍骨、直立鎖邊板、固定支座、次檁、主檁及檁托等構件內容。

同樣，導入Revit軟件并利用其強大的信息統(tǒng)計功能，對每一個屋面系統(tǒng)、采光頂系統(tǒng)的構件、嵌板進行編號，并對其定位坐標、顏色、材質、加工尺寸和到場時間等信息進行統(tǒng)計梳理，可以方便快捷的導出板塊清單、材料清單[4]。

專業(yè)協(xié)調是BIM的基礎應用和核心功能，從軟件的操作上可以簡單地理解為將各專業(yè)模型匯總后做碰撞檢測。屋面工程的工序是在具備完整的主體結構后開始施工，可與機電工程并行施工。屋面專業(yè)與其他各專業(yè)在空間占位上聯(lián)系緊密。復雜幕墻系統(tǒng)通過BIM加強了如下空間占位管理：

（1）屋面系統(tǒng)主檁通過檁托將荷載傳遞到主鋼結構，BIM可以檢查結構梁尺寸是否滿足檁托安裝，避免屋面安裝時與主鋼結構發(fā)生沖突情況發(fā)生；

（2）BIM能處理好屋面工程與精裝修的空位關系問題，如二次隔墻與屋面龍骨的對位關系、檢修孔與檢修走道的位置關系等；

（3）屋面專業(yè)與機電專業(yè)協(xié)調，如在施工圖設計時樓體泛光照明系統(tǒng)方案無法完善，其線路與燈具的布局就需要與屋面專業(yè)在施工二次深化設計時進行協(xié)調；屋頂機電設備布置密集與本專業(yè)需要大量的協(xié)調工作等；

（4）屋面與標識的專業(yè)協(xié)調，如主體建筑LOGO與屋面系統(tǒng)的關系；

（5）屋面與景觀的專業(yè)協(xié)調，如屋面與景觀地面收口的交接。

項目的實施過程中出現(xiàn)了設計“不一致”問題或者施工過程中產生新的空間占位問題，協(xié)作方通過開協(xié)調會，提出解決辦法，出具變更，這是傳統(tǒng)的做法。然而BIM模型可以真實地還原物理空間，在計算機里處理設計階段的碰撞問題，項目合作各方進行討論協(xié)調，使這些問題更早暴露，并在早期解決。

圖2 建筑整體模型

3 BIM在施工上的應用

江蘇大劇院異型的結構在平面圖中也很難表達，而在三維模型中，可以展現(xiàn)大劇院特有的雙曲面造型。在施工與檢測中，現(xiàn)場復核三維坐標跟設計模型坐標做對比。工程具體實施過程當中，由于整體造型為弧形、類橢圓錐形狀，使得每一塊鈦金板及玻璃都有其自身尺寸，相互之間不能代替更換。通過BIM技術的應用可以自動生成帶編號和三維空間坐標的加工圖紙，通過精確測量技術、誤差消減技術和BIM技術的聯(lián)合測量校正，使得每一塊鈦金板及玻璃在拼裝時可以嚴絲合縫[5]。

4 BIM在加工生產上的應用

項目主要加工構件包括線材（鋼通、鋁圓管、高頻焊H型鋼、外裝飾條）和板材（玻璃、鈦板、鋁復合板、鋁單板），各種材質受加工設備、材質屬性影響不可能完成依據建筑原意加工。比如鋁復合板無法加工雙曲面、玻璃加工半徑需大于1500mm、鋁型材同軸方向只能加工單半徑等等。

針對各種材料屬性所要求的加工局限，我司采用BIM軟件協(xié)助解決。如玻璃板塊的加工，通過rhino軟件曲線命令可以輕松生成規(guī)則線條，與原建筑曲面比對在誤差允許范圍即可采用；克服以往采用CAD模擬線段的人工操作煩瑣及隨意性大的缺點[6]。

5 展望未來

BIM引領建筑業(yè)信息技術走向更高層次，它的全面應用，將為建筑業(yè)的科技進步產生不可估量的影響，大大提高建筑工程的集成化程度。這對建筑幕墻業(yè)的發(fā)展帶來良好的機遇也是巨大的挑戰(zhàn)。

為提高BIM的應用水平，共享BIM數(shù)據信息，幕墻行業(yè)應當立即行動起來，投入到BIM應用的洪流中去，加強設計（包括方案設計、結構計算、熱工計算、日照計算等等）、加工制作、安裝施工和運行維護的各個階段的應用軟件的整合，提升產業(yè)技術能力。

[1] 李遠晟,孫璐.BIM技術成就建筑之美——江蘇大劇院項目實踐[J].建筑技藝,2014,(02):82-85.

[2] 張洋. 基于BIM的建筑工程信息集成與管理研究[D].北京:清華大學,2009.

[3] 王陳遠.基于BIM的深化設計管理研究[J].工程管理學報,2012,26(04):12-16.

[4] 劉占省,趙明,徐瑞龍.BIM技術在我國的研發(fā)及工程應用[J].建筑技術,2013,44(10):893-897.

[5] 王君峰.Autodesk Navisworks實戰(zhàn)應用思維課堂[M]. 北京:機械工業(yè)出版社,2015:219.

[6] 王奕修.Grasshopper入門&晉級必備手冊[M]. 北京:清華大學出版社,2013:211.