范凱興

（西安航天神舟建筑設計院有限公司，陜西 西安 710075）

1 建筑幕墻設計現狀及BIM技術介紹

1.1 建筑幕墻設計現狀

為使建筑外墻具備節(jié)能、安全、美觀等多個功能，現代大空間、大跨度和高層建筑的設計常采用帶有裝飾效果的輕質幕墻作為建筑物的表面墻體。幕墻一般由結構框架（支撐裝置和系統）和鑲嵌版材組成，對主體具有一定的位移能力和形變能力，具有強勁、輕盈、美觀、安全、吸聲、設計靈活等特點。幕墻范圍主要包括建筑的外墻、采光頂和棚頂及室內裝飾墻，支撐結構現在廣泛使用鋼結構，面板按材質一般分為玻璃、金屬板、石材板等。

建筑幕墻作為建筑的“面子”，建筑設計師和業(yè)主越來越重視提高建筑的使用及觀賞價值。形狀不規(guī)則新奇的外墻一般稱為異形幕墻，其材料復雜、有凹有凸、有曲有折。建筑造型新穎多變、標新立異、環(huán)境色彩鮮艷明快，為現代化城市面貌增加了藝術效果。

但是在異形幕墻的設計過程中，傳統軟件其二維表現方式已難以滿足當前復雜、多樣的造型設計要求，不能清晰簡潔地呈現出設計意圖和創(chuàng)意。對于某些沒有重復模塊的異型建筑，由于每個構件的編號必須保證唯一性才能保證現場準確安裝施工，而傳統的紙質記錄保存混亂無序很容易導致失誤和返工，因此二維的設計顯然完全無法滿足現代建筑設計需求。

1.2 BIM技術介紹

BIM（Building Information Modeling）即建筑信息化模型，是一種廣泛應用于建筑設計和施工全生命周期中用于工程設計和建造管理的技術工具，利用建筑物的各種設計元素、組件信息、協作工序等信息搭建三維模型完成建筑對象數據化3D展示。BIM能可視化立體化地顯示幕墻系統的設計效果，也能實現幕墻與其他專業(yè)設計施工之間的協調配套，從而能夠保障幕墻系統的材料采購，利用建筑物數據不斷地完善、豐富、理順設計方案和施工時序，具有可視化、協調性、模擬性和關聯性等特點。在復雜建筑幕墻系統設計中應用BIM技術，為尺寸精準設計、材料采購、組件構件加工、質量控制、降低成本、方便施工裝配和后期維護等提供了有效保障。

基于BIM技術開發(fā)的軟件較多，通常工業(yè)基礎設施設計時建筑設計公司使用Bentley的Architecture系列較多，建筑單專業(yè)或系統設計常使用Graphisoft的Archi-CADBentley和Autodestk的Revit Architecture等，民用建筑常選用Autodestk的Revit系列，建筑物復雜、異形程度較高的設計可選用Gehry Technologies的Digital project等軟件。此類基于BIM技術的軟件可以支撐建筑設計及使用運維全生命周期，構建3D數字模型、可視化繪制仿真建筑物的每一處設計細節(jié)，能夠有效滿足二維設計工具的不足。BIM系統能使設計對象中各類管道、門窗、墻柱、內部構造、裝飾物等參數化和圖形化，從而達到材料、規(guī)格、外觀、構造等精準設計，減少返工誤時成本提高等不必要的損失，是當今設計師高效、低碳設計的最佳工具之一。

2 建筑幕墻設計施工要點及BIM工具應用案例

2.1 建筑幕墻設計施工要點

（1）合理的建筑表皮分格。由于對幕墻結構、板材大小不熟悉，因此通常建筑結構設計師提供的模型對建筑表皮是不進行分格的。在異形幕墻設計時，為了精準展示出建筑物造型外觀，需要由專業(yè)幕墻設計師根據幕墻板材實際的大小對建筑模型的表皮進行合理精確的劃分、定分和深化設計，并以此優(yōu)化形狀規(guī)格，減少非標準、規(guī)則化面板、構件、卡扣的返工，提高弧形幕墻板材的利用率，達到降低工程造價的目標。

（2）避免設計沖突和交叉。由于主體為鋼結構的復雜建筑設計，通常涉及的專業(yè)多、綜合程度高、時間要求緊，因此專業(yè)間的配合不會太通暢。會存在幕墻表面對建筑結構的尺寸不匹配、龍骨和結構之間有干涉、表面排水溝和主體桁架存在干涉等沖突交叉情況，需要設計師對幕墻和主體結構進行碰撞分析，避免主體工程完成時再次對幕墻面板或支撐結構進行調整。提高專業(yè)間的配合緊密度，有助于保證施工效率和質量。

2.2 幕墻設計及優(yōu)化的實踐案例

圖1 某A建筑物異形幕墻表皮分格設計效果

以某高層A建筑物的幕墻設計為例，該建筑物造型獨特新穎，建筑物外部幕墻主要使用異形的玻璃幕墻。幕墻設計過程為使用Autodestk公司的Revit專業(yè)BIM軟件搭建該建筑物的公用軸網、標高等作為建筑結構三維模型，制作幕墻平面圖紙并據此創(chuàng)建玻璃幕墻體量，利用幕墻設計圖紙使用Rhino犀牛軟件借助Grasshopper插件創(chuàng)建玻璃幕墻表皮（見圖1），將玻璃幕墻表皮導入建筑結構三維模型中，可以直觀地看出關聯設計的碰撞交叉問題，找出設計缺陷。幕墻設計優(yōu)化過程：將曲面玻璃墻面板優(yōu)化為平面，各類空間坐標為可自動更新，在Revit軟件中添加玻璃面板尺寸；在Rhino中進行參數設計和表皮優(yōu)化，將玻璃幕墻表皮優(yōu)化成加工生產方便的平面玻璃面板，較大面積的玻璃面板可使用插件進行分割設計以便于生產和安裝，重新生成新的建筑物三維模型和玻璃幕墻模型，優(yōu)化之后再次檢查設計交叉碰撞問題，確認無誤后在圖紙上標注各個立面。施工人員可以根據圖紙進行放線，生產廠家可以根據幕墻面板清單進行生產，以此提高工作效率，降低設計和施工成本，確保A建筑物的幕墻設計效果達到要求。同時Revit可以導入其他協同軟件如3DMAX等獲取更高品質的渲染圖，精美直觀地向業(yè)主方演示幕墻設計的效果和施工步驟。

3 BIM技術在建筑幕墻設計中的應用效果

3.1 精準的下料預加工

在幕墻面板及支撐架構下料階段，利用基于RIM技術的軟件提供的物料清單，可以快速生產玻璃、鋁材、鋼材、石材等的詳細下料清單，提高下料和預加工的準確度，為復雜材料和規(guī)格的板面加工爭取時間、提供精準的加工生產數據依據，提高人力、物料、時間的有效協同配置，減少誤差大的廢料、圖紙重復修改和加工周期不足引起的建設成本增加。

3.2 可視化精準設計

能夠深度全面完整地展示幕墻信息，包括基本的形狀、尺寸、材質、幕墻的熱傳系數、防水性能、抗風壓強度、施工工藝等多種信息，有助于幕墻板塊、構件的無紙化工廠下料預加工。能夠全方位呈現出復雜的施工節(jié)點、卡扣方案、更換維護工藝等，從而可以提前發(fā)現設計問題，及時對關聯專業(yè)設計中存在的交叉工序、施工施工等位進行糾偏，具有精確、直觀、清晰的特點。

3.3 參數化虛擬建造

使用物料造價、重量、材質、熱共性、編號等真實非幾何屬性參數，快速仿真并模擬計算幕墻的造型、節(jié)能、經濟、疏散、安全等重要指標，仿真施工進度、系統協調運作等，便于及時優(yōu)化關聯指標采取最合適的設計方案，并提高設計和施工協同工作的效率和質量，提前確認位置關系減少技術干擾沖突，為幕墻實際安裝施工提供良好的作業(yè)環(huán)境。

3.4 相關專業(yè)一體化

幫助幕墻設計師在相關設計工作中信息共享，促進了墻面造型、外部空間、內部結構、物料材質等多專業(yè)參與方之間順暢溝通和高度契合，借助BIM系統能夠有效解決多專業(yè)設計時的融合糾錯、板塊優(yōu)化設計、算量型材、參數調整等交叉問題，為促進幕墻系統精細化施工和確保相關結構的施工質量符合標準奠定基礎。

3.5 全方位出圖自動化更新

BIM能夠自動生成幕墻設計成果中的多角度平面圖、俯視圖、剖面圖、軸側圖等，當幕墻龍骨或某構件或建筑架構參數修改時，相關聯的所有成果圖將自動可視化修正，提高了幕墻設計工作效率，避免了傳統方式下的漏改、改錯等設計疏忽。數字化、可視化的設計深化內容可以指導施工，確保施工人員掌握要點，利用坐標數據可以控制安裝精度和允許偏差可控，提高施工作業(yè)效率、確保可靠性和工期可控。

4 結束語

在建筑幕墻設計方面，建造綠色建筑是每位業(yè)主、設計、物資、施工的共同目標，BIM三維虛擬建模技術的發(fā)展，有效促進了設計工作模式和建筑質量的技術改革，基于BIM技術開發(fā)的軟件成為建筑行業(yè)的主流設計軟件將會是必然發(fā)展方向。BIM技術應用在幕墻系統設計中實現了技術管理的合理性、精準性和科學性，能夠有效解決異形復雜幕墻工程設計深化不足、施工材料損耗高、信息化程度不夠等實際問題。BIM技術在高層復雜建筑設計中的應用，為有效實現設計、施工、供貨等綜合性管理目標提供了技術平臺和解決工具。設計公司、業(yè)主單位和政府單位應共同深入把握和引領BIM技術的應用優(yōu)勢，重視BIM技術在幕墻系統設計、施工安裝和后期維護中的重要意義，推動我國建筑行業(yè)信息化、綠色化、科技化健康平穩(wěn)發(fā)展。