王春暉 張海軒 王有為

中國建筑第七工程局有限公司（450000）

現(xiàn)階段國內的幕墻設計以AutoCAD 二維平面設計方法為主， 面對建筑藝術性要求的不斷提高，二維平面設計面臨效率低下、質量不達標、工期不滿足等多重困難。 很多項目的設計構思也較為奇特，展現(xiàn)了百花齊放的建筑造型，這種項目的設計造型復雜多變、設計難度大，對施工質量的要求更加嚴格，傳統(tǒng)的二維平面設計方法已不能滿足此類項目的設計及施工要求。 通過分析研究，利用三維掃描技術復核現(xiàn)場，采用BIM 技術建模、模擬和實現(xiàn)材料快速下單、批量生成施工圖紙，利用全站儀定位、安裝幕墻基層龍骨及面板，既滿足了設計復雜造型的要求，又可縮短工期，提高工效，提高企業(yè)在異形幕墻項目建設中的影響力。

1 曲面幕墻的現(xiàn)場復核

幕墻是一種依附于主體結構上的圍護結構，曲面藝術的表達對施工精度要求較高，這就需要幕墻專業(yè)對建筑結構主體進行現(xiàn)場復核。傳統(tǒng)的測量工藝很難實現(xiàn)這一需求，而BIM 技術可通過三維掃描建筑主體獲得工程信息。

三維激光掃描儀是光、電結合的快速測量儀器。儀器通過發(fā)射激光和接收反射回來的激光，形成點云文件，通過BIM 技術的處理，可以迅速地形成模型。三維激光掃描儀還能快速測量現(xiàn)場結構施工尺寸， 在Rhino 等BIM 軟件中剖切點云及逆向生成幾何圖形，快速復核現(xiàn)場施工偏差，形成相應的校核報告，準確地還原現(xiàn)場實際尺寸，更好地指導現(xiàn)場施工，有效地縮短了復核現(xiàn)場的時間，極大地提高了復核的準確性。

曲面幕墻工程在深化設計前需開展三維激光掃描工作，以快速地獲取現(xiàn)場結構施工尺寸，對比理論模型，校核前期施工誤差，為深化設計提供基準。 在項目施工過程中，對重要幕墻構件（龍骨、面板）進行三維掃描，快速校核施工偏差，對不滿足施工偏差的部分進行反饋并及時整改， 從而保證整個項目的施工質量[1]。

2 曲面幕墻的生產(chǎn)加工

曲面幕墻的面板均依賴于工廠化生產(chǎn)， 板塊的分割、加工都需要實現(xiàn)可視化，更要實現(xiàn)成果的共享，以使設計方、業(yè)主方及生產(chǎn)廠商都能夠很好地理解和溝通。 通過BIM 模型的深化可以實現(xiàn)立體圖的展現(xiàn)，便于各方的討論和決策。 施工單位也可通過BIM 模型實現(xiàn)材料快速下單、批量導出施工圖紙，相對于傳統(tǒng)方式，縮短了下單周期，提高了下單的準確性，實現(xiàn)了BIM 的價值最大化。

Rhino 是一款超強的多維BIM 建模軟件，更是一款高精度、 高效率的信息處理軟件。 Grasshopper是基于Rhino 軟件平臺開發(fā)的參數(shù)化建模軟件，具有模塊化編程、參數(shù)化、超強數(shù)據(jù)處理能力的特點。曲面幕墻的BIM 建?？苫谶@兩款軟件進行參數(shù)快速搭建，包括龍骨、主要連接構件、面板等，精細的幕墻模型可以作為后期下單和出圖的依據(jù)。

在設計和深化階段， 主要使用 Rhino 及Grasshopper 快速搭建幕墻精細化模型，包括基層龍骨、轉接結構、主要連接構件以及面板，必要時對曲面進行優(yōu)化， 以節(jié)省幕墻面板的加工費用。 基于Rhino 及Grasshopper 搭建的精細化模型，是幕墻構件1∶1 的數(shù)字化建造， 且通過三維掃描與現(xiàn)場結構相匹配， 故具有直接可施工的特性。 使用Grasshopper 模塊化編程，快速導出面板、龍骨的加工數(shù)據(jù)及下單圖紙、構件安裝定位圖紙，指導工廠生產(chǎn)及現(xiàn)場施工。

3 曲面幕墻的排版編碼

要確保曲面幕墻實現(xiàn)預期的效果，就要對每一個板塊進行定尺、定形加工，并科學地進行編碼，合理地安排加工批次，以滿足現(xiàn)場施工進度要求。 使用EBIM 平臺進行模型下單， 可實現(xiàn)二維碼物料跟蹤、現(xiàn)場問題實時反饋，極大提高了現(xiàn)場問題處理效率。 EBIM 是一個BIM 平臺，可以將各專業(yè)的模型整合到平臺中，實現(xiàn)模型輕量化、多平臺查看模型、全員使用BIM 模型、二維碼物料追蹤、現(xiàn)場施工問題及時反饋和跟蹤等功能。

基于全員全過程運用BIM 的理念，將幕墻模型導入EBIM 平臺中，將模型輕量化的同時保留了幕墻構件的幾何與非幾何信息（尺寸定位、配置等）。施工項目團隊使用低配置電腦、手機App 便可以查看模型，同時，基于二維碼技術的物料跟蹤可以快速反映材料的下單、加工、到場、安裝及驗收狀態(tài)，施工管理人員可更好地對現(xiàn)場材料進行部署。

4 曲面幕墻的施工定位

現(xiàn)場施工中，很容易出現(xiàn)各專業(yè)“不兼容”的現(xiàn)象，如幕墻預埋件與結構沖突、機電通風口的位置與幕墻百葉的定位不一致，這些都需要各專業(yè)采用共同的一個標準，確保各自的施工測量精度。 一個工程一個BIM 模型，設計過程中就可模擬碰撞。 施工中通過共同的模型導出準確的施工定位坐標，使用全站儀精準定位，可確保幕墻面板的安裝位置準確、造型流暢。

基于精細化的BIM 模型，通過Grasshopper 編程的手段， 從模型導出數(shù)據(jù)表格及生成圖紙與標注，按照下單規(guī)范對數(shù)據(jù)和圖紙進行簡單整理后即可實現(xiàn)快速下單及交付現(xiàn)場施工。

幕墻的造型復雜，各專業(yè)、各系統(tǒng)間的交接及空間關系錯綜復雜，必然存在一定的錯漏碰缺。 將幕墻模型與建筑、結構、機電等專業(yè)的模型整合到一起，使用Navisworks 快速檢查碰撞問題并導出相應的圖紙與報告，與相關單位共同協(xié)調處理，避免了大量的現(xiàn)場整改。

5 BIM 技術的應用效益

1）質量效益:基于BIM 精細化模型，幕墻構件的加工、安裝定位數(shù)據(jù)精準，加工和安裝都保持極高的精度，相比于傳統(tǒng)的CAD 模式，施工精度與質量都得到極大的保證。

2）工期效益:BIM 技術具備高效性的優(yōu)勢，以最短的時間獲取極高的效率，在快速下單、批量出圖以及現(xiàn)場高效校核等技術的運用，縮短了復核現(xiàn)場、幕墻系統(tǒng)下單的時間，提高了曲面幕墻的加工與安裝精度，減少了現(xiàn)場的變更。

3）環(huán)保效益:基于BIM 模型導出的幕墻構件具有準確性的特點，設計下單時對相應的材料進行策劃和方案優(yōu)化， 配以準確的加工數(shù)據(jù)進行加工；在施工安裝中， 同樣以準確的定位數(shù)據(jù)和圖紙為參照，整個下單、加工、生產(chǎn)安裝的流程中最大限度地避免了材料浪費。

4）社會效益:通過運用三維掃描、參數(shù)化下單及出圖、二維碼物料追蹤、EBIM 平臺現(xiàn)場智能化管理，可取得較大的經(jīng)濟效益，很好地完成復雜造型面板的設計及施工，獲得建設單位的肯定，提高企業(yè)在異形幕墻項目建設中的競爭力，對類似項目具有借鑒作用。

5）經(jīng)濟效益:常規(guī)項目中，幕墻專業(yè)在材料下單、施工圖深化階段，若采用傳統(tǒng)平面CAD 的設計辦法，至少需要6 名幕墻設計人員才能滿足施工要求，且并很難達到協(xié)同工作的狀態(tài)；而采用BIM 設計方法，只需要1 名幕墻設計人員、1 名BIM 技術負責人和1 名BIM 工程師。 采用BIM 技術導出龍骨定位坐標圖，優(yōu)化了原有定位方案，在安裝龍骨時每組人員可以減少2 個輔助定位工人。從BIM 模型中導出基層龍骨的詳細尺寸， 優(yōu)化材料長度規(guī)格，最大限度減少余料廢料，至少節(jié)省2%龍骨提料。

6 BIM 技術在幕墻施工領域的發(fā)展趨勢

信息技術的快速發(fā)展，使得BIM 技術給建筑業(yè)帶來了新的革命， 未來將實現(xiàn)高水平的虛擬建造，以滿足建筑全生命周期的維護管理。 幕墻作為建筑遮風擋雨的外衣，必然要給物業(yè)管理提供建筑物的綜合情況，從而實現(xiàn)智慧化管理。

未來，基于云網(wǎng)絡的無線傳感技術將在幕墻上普及。 將監(jiān)控、電子傳感器等電子設備內置于幕墻上，對幕墻的熱傳遞、使用壽命等情況進行監(jiān)控，以便于工程師及時了解情況。 單元式幕墻將進一步得到完善，BIM 技術推動工廠化定制生產(chǎn)。

在建筑領域的幾大專業(yè)中，幕墻的機械化程度將會更高，虛擬建造技術將會得到更好的應用。 未來的設計必然是三維的天下，BIM 技術也將會與時間等維度深入結合，在模擬建造、能耗分析等領域再做突破。 而曲面幕墻由于其本身的特點，需要在設計單位、建設單位、施工單位和生產(chǎn)加工商之間形成一種有效的展示交流平臺，BIM 技術的應用也會成為一種必然。