顧正浩 蘇州蘇明裝飾股份有限公司

1 序言

隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新、科技進(jìn)步已然成為當(dāng)下企業(yè)可持續(xù)發(fā)展的主要部分。工業(yè)在信息化改革后生產(chǎn)效率得到很大提升，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超越了建筑業(yè)，可見建筑業(yè)的低生產(chǎn)效率與它在信息技術(shù)應(yīng)用方面的落后狀況有著明顯的關(guān)聯(lián)。BIM技術(shù)是針對建筑工程項(xiàng)目信息的數(shù)字化表達(dá)，是數(shù)字化技術(shù)在建筑業(yè)中的直接應(yīng)用，也是近來建筑幕墻行業(yè)重大共性技術(shù)的研究之一。本文將結(jié)合吳江農(nóng)村商業(yè)銀行綜合營業(yè)大樓的幕墻工程項(xiàng)目，闡述BIM技術(shù)在超高層建筑幕墻中的探索應(yīng)用。

2 項(xiàng)目概況

本工程地處江蘇省吳江濱湖新城核心區(qū)，整體建筑主要由裙樓部位的構(gòu)件式幕墻和塔樓部位的單元式幕墻構(gòu)成，建筑總高度為168m，屬于超高層建筑，建筑幕墻總面積約26000多平方米（圖1）。該項(xiàng)目整體外觀立面雄偉纖秀，是一幢國際化標(biāo)準(zhǔn)的商務(wù)辦公樓，整體建筑風(fēng)格體現(xiàn)著“以人為本，以環(huán)境為依托”的思想，注重建筑風(fēng)格與周邊環(huán)境的協(xié)調(diào)，建筑造型體現(xiàn)了現(xiàn)代、簡約、獨(dú)特、挺拔，與周邊美麗的環(huán)境融為一體，交相輝映。項(xiàng)目建成后將成為當(dāng)?shù)仡H具特色的標(biāo)志建筑，是城市的一道亮麗風(fēng)景線。

圖1

3 軟件環(huán)境

建筑信息模型BIM（Building Information Modeling）的核心是以三維數(shù)字模型技術(shù)為載體，集成建筑工程項(xiàng)目中各種相關(guān)信息的工程數(shù)據(jù)而建立的信息化模型，是對建筑工程項(xiàng)目信息的詳細(xì)綜合表述。建筑信息模型是數(shù)字化技術(shù)與信息化管理在建筑工程項(xiàng)目中的直接應(yīng)用，以解決建筑工程項(xiàng)目在信息傳遞、提取過程中的問題，使設(shè)計(jì)人員和工程技術(shù)人員能夠在協(xié)同設(shè)計(jì)的平臺上及時(shí)準(zhǔn)確地提取需要的信息，從而提高設(shè)計(jì)、施工的工作效率與質(zhì)量。建筑信息模型同時(shí)又是一種貫穿于設(shè)計(jì)、建造、管理的數(shù)字化解決方案，這種方案通過將工程信息自動化、透明化來提高管理人員的管理能力。

但是我們在談到BIM 時(shí)，很多時(shí)候大家想到的就只有Autodesk Revit 這一個軟件的使用，這是對BIM 的一種誤解。BIM絕對不是特指某一款軟件，它是一系列BIM軟件的在一個項(xiàng)目周期中進(jìn)行的綜合運(yùn)用。Autodesk Revit作為BIM的核心建模軟件和協(xié)同設(shè)計(jì)平臺，可以實(shí)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)和大部分幕墻的模型建模、明細(xì)表數(shù)據(jù)的生成、平立剖面等施工圖出圖等功能。Autodesk Inventor在幕墻標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)建模，實(shí)現(xiàn)機(jī)械加工工藝圖的設(shè)計(jì)上具備軟件的優(yōu)勢。另外還有Navisworks、Ecotect、Enscape、Fuzor等軟件幫助我們進(jìn)行模型碰撞檢測、綠色建筑分析（采光分析、陰影分析、風(fēng)環(huán)境分析等）、動態(tài)漫游、施工進(jìn)度4D模擬等。我們將結(jié)合本幕墻工程BIM技術(shù)的探索應(yīng)用進(jìn)行相關(guān)軟件的具體使用介紹。

4 項(xiàng)目實(shí)施重點(diǎn)

BIM技術(shù)之所以引起如此強(qiáng)烈的關(guān)注，源自于其對專業(yè)與信息的整合，利用數(shù)字建模軟件，提高了項(xiàng)目設(shè)計(jì)、建造和運(yùn)營管理的效率，進(jìn)而成為使企業(yè)更具競爭性的利器。下面圍繞吳江農(nóng)村商業(yè)銀行綜合營業(yè)大樓幕墻工程在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工管理等項(xiàng)目的實(shí)施過程中，重點(diǎn)從以下五個方面介紹BIM技術(shù)在本項(xiàng)目中的實(shí)際應(yīng)用情況。

4.1 項(xiàng)目整體建模

顧名思義我們需要以整個幕墻工程項(xiàng)目為對象創(chuàng)建三維參數(shù)化信息模型。本工程中我們利用Autodesk Revit 軟件，創(chuàng)建了工程項(xiàng)目的整體結(jié)構(gòu)框架模型及大樓幕墻模型（圖2）。結(jié)構(gòu)框架模型主要包括了柱、梁、墻及樓板等結(jié)構(gòu)構(gòu)件的詳細(xì)尺寸、位置等數(shù)據(jù)信息，一般以結(jié)構(gòu)施工圖為BIM 的建模依據(jù)。我們同時(shí)以幕墻施工圖為依據(jù)進(jìn)一步創(chuàng)建外立面的幕墻整體模型，能夠直觀體現(xiàn)建筑的整體效果。通常二維平面CAD 圖紙信息表達(dá)的不夠完整和準(zhǔn)確，特別是各種收邊收口的交接部位，這階段幕墻三維信息模型在結(jié)構(gòu)框架模型的基礎(chǔ)上，我們通過采用Navisworks 的碰撞分析，一方面已經(jīng)能夠粗略反應(yīng)建筑幕墻構(gòu)造與建筑結(jié)構(gòu)間存在的碰撞干涉情況，可以提前發(fā)現(xiàn)幕墻系統(tǒng)因與主體結(jié)構(gòu)干涉而無法施工的部位；另外一方面可能會存在實(shí)際施工尺寸偏差甚至局部缺少圖紙信息表達(dá)而無法建模的情況，這些都將是幕墻項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)施工時(shí)我們需要重點(diǎn)關(guān)注的問題，并需要在進(jìn)場施工前得到有效的解決。當(dāng)然項(xiàng)目整體BIM信息模型的創(chuàng)建是項(xiàng)目BIM應(yīng)用的前提和基礎(chǔ)，能為我們項(xiàng)目后續(xù)的細(xì)部構(gòu)造優(yōu)化調(diào)整和利用BIM 信息模型組織施工模擬等各類分析提供數(shù)據(jù)支撐。

圖2

4.2 幕墻系統(tǒng)深化

深化設(shè)計(jì)是整個幕墻項(xiàng)目能夠順利實(shí)施的前提，是把握項(xiàng)目的設(shè)計(jì)理念、滿足使用功能要求的關(guān)鍵。我們對本工程的幕墻系統(tǒng)構(gòu)造進(jìn)行BIM 建模，通過建筑幕墻構(gòu)造的細(xì)部可視化三維深化設(shè)計(jì)，能夠清晰表達(dá)幕墻各構(gòu)件間的空間關(guān)聯(lián)關(guān)系，這也是傳統(tǒng)CAD 二維平面所欠缺的。同時(shí)作為BIM 參數(shù)化模型是有別于一般的效果圖，需要能夠反應(yīng)建筑幕墻各構(gòu)件的參數(shù)化信息，主要包括如型材名稱、型材編號、牌號狀態(tài)、線密度、表面處理及長度等，以便能進(jìn)一步能夠?qū)崿F(xiàn)幕墻生產(chǎn)施工相關(guān)數(shù)據(jù)的提取，因此BIM 建模工作是幕墻設(shè)計(jì)中耗時(shí)耗力最大的環(huán)節(jié)。

為保證相同幕墻構(gòu)件在不同幕墻系統(tǒng)構(gòu)造中進(jìn)行BIM建模時(shí)能夠被重復(fù)調(diào)用，在保證構(gòu)件參數(shù)信息準(zhǔn)確的同時(shí)有效提高建模效率，我們需要在幕墻系統(tǒng)構(gòu)造BIM 建模前優(yōu)先在Autodesk Revit 軟件環(huán)境中建立幕墻標(biāo)準(zhǔn)型材族庫（圖3），將項(xiàng)目中需要用到的每一個構(gòu)件進(jìn)行參數(shù)化信息預(yù)置。標(biāo)準(zhǔn)型材族庫的建立不僅僅為本項(xiàng)目的BIM 幕墻系統(tǒng)建模提供便利，而且作為標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)構(gòu)件，若在其他工程項(xiàng)目中涉及相同參數(shù)構(gòu)件時(shí)同樣可以重復(fù)有效利用。本幕墻工程中我們主要針對橫明豎隱構(gòu)件式幕墻、豎明橫隱構(gòu)件式幕墻、橫明豎隱單元式幕墻、豎明橫隱單元式幕墻四種幕墻構(gòu)造系統(tǒng)，完成了BIM參數(shù)化信息模型的系統(tǒng)深化（圖4）。

圖3

圖4

另外在本工程幕墻系統(tǒng)構(gòu)造的深化階段我們運(yùn)用了3D打印技術(shù)，通過采用Rhino軟件建模導(dǎo)出后將幕墻型材各構(gòu)件等打印成1:1的實(shí)體模型，型材截面和幕墻系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)構(gòu)造進(jìn)行模擬比對后，能夠進(jìn)行設(shè)計(jì)方案的優(yōu)化調(diào)整（圖5），最終我們通過三維實(shí)體小樣確認(rèn)幕墻型材的實(shí)際開模尺寸和要求，從而有效節(jié)省了幕墻系統(tǒng)型材因試模而報(bào)廢的昂貴開模成本。

圖5

4.3 板塊下料

單元式幕墻是將幕墻的鋁合金龍骨、面板材料、五金配件、保溫防水材料及其他相關(guān)材料等構(gòu)件事先在工廠組合成單元組件，單元組件（板塊）直接固定在主體結(jié)構(gòu)上，不再是先安裝一根根幕墻元件組成框架，再安裝面板的施工過程。因?yàn)槊恳粏卧侥粔Π鍓K是構(gòu)成整個幕墻工程的最小基礎(chǔ)單位，也是相對獨(dú)立的組件，與BIM 的模塊化建模匹配性較高。因此我們利用BIM技術(shù)重點(diǎn)對本工程塔樓部位采用的單元式幕墻進(jìn)行單元板塊的自動摘料嘗試應(yīng)用。

想要獲取單元板塊的準(zhǔn)確摘料數(shù)據(jù)參數(shù)，前提是必須確保我們的建筑幕墻BIM三維參數(shù)模型的準(zhǔn)確性。我們在整體幕墻模型中首先對單元幕墻板塊按不同類型、不同尺寸等進(jìn)行分類編號，對具備相同類型、尺寸但位于不同部位的單元板塊采用相同編號的原則。通過利用Autodesk Revit 軟件的系統(tǒng)自動編號，所有單元幕墻板塊根據(jù)不同的分類編號及在BIM模型中所處的相對位置信息，構(gòu)成了本項(xiàng)目中每一單元幕墻板塊屬性數(shù)據(jù)的唯一性。我們利用Autodesk Revit 軟件的嵌板族庫為本項(xiàng)目的每一種不同幕墻類型創(chuàng)建了幕墻嵌板族（圖6），板塊尺寸不同但構(gòu)造形式相同的作為一種幕墻類型。然后對整個幕墻工程模型中的單元幕墻板塊進(jìn)行對應(yīng)的幕墻嵌板族參數(shù)調(diào)用嵌套設(shè)置。將所有的幕墻板塊參數(shù)調(diào)整設(shè)置完畢后，我們的整個BIM 模型幕墻系統(tǒng)已經(jīng)成為具備了本項(xiàng)目專屬屬性數(shù)據(jù)的三維信息參數(shù)化模型。

圖6

我們可以通過選擇本項(xiàng)目所有幕墻板塊或按樓層選擇幕墻板塊等多種任意方式組合選取后，利用軟件系統(tǒng)自動導(dǎo)出幕墻板塊統(tǒng)計(jì)表，包括板塊的類型、編號、寬高尺寸、面積、標(biāo)高及所處位置等信息；進(jìn)一步可以自動生成鋁材明細(xì)表、面板明細(xì)表等詳細(xì)參數(shù)數(shù)據(jù)，幫助我們進(jìn)行下料數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)。所有的數(shù)據(jù)來源均通過幕墻參數(shù)模型自動給出，數(shù)據(jù)不僅可以隨取隨用、快速便捷，而且準(zhǔn)確性高，避免了人為統(tǒng)計(jì)的誤操作偏差；并且幕墻板塊設(shè)計(jì)如果發(fā)生變更，僅需調(diào)整相應(yīng)的族參數(shù)等數(shù)據(jù)參數(shù)信息，所有幕墻下料數(shù)據(jù)即可瞬間自動計(jì)算更新，大大節(jié)省了因幕墻變更所帶來的重復(fù)畫圖、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)等大量重復(fù)工作的時(shí)間。

為了能將BIM信息參數(shù)模型與幕墻摘料更好的有機(jī)結(jié)合起來，同時(shí)提高幕墻板塊下料的數(shù)據(jù)處理效率，上述軟件系統(tǒng)自身的數(shù)據(jù)處理方式與我們?nèi)粘９ぷ髁?xí)慣匹配度不高，數(shù)據(jù)表單界面不夠直觀清晰，無法直接滿足我們的實(shí)際需要。我們針對公司幕墻單元板塊的實(shí)際下料流程，并基于Autodesk Revit 軟件平臺進(jìn)行了幕墻下料軟件的二次插件開發(fā)，能夠?qū)崿F(xiàn)將BIM信息參數(shù)模型中的幕墻嵌板各分類明細(xì)表數(shù)據(jù)進(jìn)行整合，同時(shí)快速生成符合公司日常使用標(biāo)準(zhǔn)的幕墻板塊下料單，進(jìn)一步提高了工作效率和BIM數(shù)據(jù)的可用性。

4.4 加工出圖

幕墻加工圖是用于幕墻構(gòu)件加工的重要文件，其尺寸的準(zhǔn)確和精度的高低會直接影響幕墻的加工質(zhì)量。通常幕墻的加工圖紙需要按機(jī)械制圖的標(biāo)準(zhǔn)來設(shè)計(jì)。我們在上述BIM的相關(guān)應(yīng)用中主要是采用Autodesk Revit 軟件來實(shí)現(xiàn)，但其最大的不足是軟件的最小精度為毫米級，導(dǎo)致幕墻鋁合金型材的細(xì)部如邊部小圓角等無法準(zhǔn)確表達(dá)。當(dāng)然我們可以采用Autodesk Revit 和AutoCAD 相結(jié)合的處理方案，因涉及部分傳統(tǒng)技術(shù)方案的處理方式，本文在這里不再詳述。

本工程幕墻中我們是通過Autodesk Inventor 軟件來實(shí)現(xiàn)幕墻生產(chǎn)加工圖的BIM 參數(shù)化設(shè)計(jì)。創(chuàng)建的幕墻板塊三維BIM參數(shù)化模型（圖7），不僅能夠直觀的呈現(xiàn)幕墻板塊系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)，而且可以直接導(dǎo)出幕墻每一根構(gòu)件的二維平面加工圖紙及幕墻板塊的裝配圖，同時(shí)通過Autodesk Inventor信息模型可以自動導(dǎo)出生成構(gòu)件的加工尺寸清單一覽表（圖8）用于幕墻車間的生產(chǎn)制作。導(dǎo)出的加工圖、裝配圖、數(shù)據(jù)單等與傳統(tǒng)方式無異，車間工人不需要額外進(jìn)行培訓(xùn)識別三維模型空間圖的技術(shù)能力，也不需要改變以往的常規(guī)工作模式就能順利完成幕墻產(chǎn)品的加工任務(wù)。

圖7

圖8

然而目前版本的Autodesk Inventor 軟件與Autodesk Revit軟件間的自定義參數(shù)族庫數(shù)據(jù)無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)平臺的互通共用，BIM 模型數(shù)據(jù)文件也無法直接相互引用，因此造成了我們在軟件應(yīng)用上的局限性，需要在不同軟件下有多次建模的情形，但筆者相信通過軟件版本的升級換代就會有很好的解決方案。

另外我們利用已創(chuàng)建的BIM 三維模型，借助Autodesk Inventor 完善的模型裝配和豐富的資源中心，可以輕松制作幕墻板塊的裝配動畫模擬（圖9），它作為對車間工人的可視化加工交底，比傳統(tǒng)的交底方式更加的形象生動。

圖9

4.5 施工管理

單元式幕墻都是在工廠加工組裝制作成單元組件，一個單元板塊即為一個受力單元，現(xiàn)場只需要進(jìn)行吊裝。在工廠制作好的單元板塊運(yùn)至施工現(xiàn)場，與建筑主體結(jié)構(gòu)預(yù)先設(shè)置的連接件支座精確連接，完成大樓整幅幕墻的施工安裝。本工程塔樓單元式幕墻的最大單元板塊尺寸為1500mm×4200mm，最大施工高度為168m。根據(jù)本項(xiàng)目的現(xiàn)場實(shí)際情況，本工程施工時(shí)計(jì)劃采用單導(dǎo)軌軌道吊裝，分別在塔樓的16層、32 層及頂層設(shè)置滑軌。我們依據(jù)該項(xiàng)目的幕墻施工組織設(shè)計(jì)方案，在項(xiàng)目正式施工前利用BIM 技術(shù)進(jìn)行了幕墻板塊吊裝方案的施工模擬（圖10），以便更直觀地展現(xiàn)該項(xiàng)目施工過程及施工管理中的重難點(diǎn)，能夠及時(shí)調(diào)整相應(yīng)的施工方案。同時(shí)我們制作了單元幕墻板塊的現(xiàn)場安裝動畫模擬（圖11），通過直觀的動畫演示給施工班組進(jìn)行施工交底，加強(qiáng)了安裝工人對板塊施工工藝的深刻了解和掌握，進(jìn)一步提高了本項(xiàng)目幕墻板塊的安裝質(zhì)量。

圖10

圖11

建筑幕墻的高效施工組織管理是項(xiàng)目施工管理中的主要要素之一，能夠保證整體項(xiàng)目的順利實(shí)施。通常幕墻板塊的運(yùn)輸成本相對較高，板塊容易破損，破碎后不易立刻更換等。我們?nèi)绾文軌蜃龅巾?xiàng)目的精準(zhǔn)下料、精準(zhǔn)加工、精準(zhǔn)運(yùn)輸及精準(zhǔn)掛裝，從而保證項(xiàng)目的整體進(jìn)度？BIM技術(shù)在本工程項(xiàng)目的施工中起到了重要作用。我們利用BIM技術(shù)進(jìn)行項(xiàng)目施工進(jìn)度的整體動畫模擬，通過關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)，控制項(xiàng)目的施工進(jìn)度要求。另外根據(jù)不同區(qū)域幕墻板塊的施工進(jìn)度情況，在BIM三維參數(shù)模型中采用顏色分區(qū)及板塊屬性參數(shù)管理（圖12），清晰地反應(yīng)出幕墻板塊已安裝和未安裝的區(qū)域，并與現(xiàn)場實(shí)際情況數(shù)據(jù)同步，及時(shí)直觀地反映項(xiàng)目的施工進(jìn)度情況，更好地進(jìn)行項(xiàng)目管控。

圖12

5 結(jié)語

通過對本項(xiàng)目幕墻工程中的BIM 技術(shù)的探索應(yīng)用，我們更加發(fā)現(xiàn)BIM技術(shù)在幕墻項(xiàng)目中特別是超高層建筑幕墻實(shí)施中的巨大潛力優(yōu)勢。它不僅能讓項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程更流暢、更精準(zhǔn)、更高效，而且還能讓項(xiàng)目的施工過程更合理、施工管理更高效，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)BIM 技術(shù)在本項(xiàng)目的實(shí)施應(yīng)用中也遇到了很多問題，不僅有技術(shù)上的，也有管理上的，但我們有理由相信BIM 的信息化參數(shù)設(shè)計(jì)是以往傳統(tǒng)工具所無法替代的，代表了信息技術(shù)在我國建筑業(yè)中的應(yīng)用趨勢，未來必然將展現(xiàn)很高的建筑信息化應(yīng)用價(jià)值。