嚴(yán)志偉 格構(gòu)建筑幕墻設(shè)計(jì) （上海） 有限公司工程師

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）以往在幕墻工程中的應(yīng)用偏向于可視化、碰撞檢測(cè)等方面，有關(guān)異形項(xiàng)目中加工下料環(huán)節(jié)的應(yīng)用較少。近年來(lái)，在建筑幕墻設(shè)計(jì)中對(duì)BIM 軟件的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，有效保障了人們對(duì)現(xiàn)代建筑外立面造型、外觀品質(zhì)等方面的設(shè)計(jì)需求[1]。加強(qiáng)對(duì)BIM 軟件在異形建筑幕墻加工下料環(huán)節(jié)中的應(yīng)用研究，對(duì)于提高效率、降低人工成本、提高準(zhǔn)確率具有重要的意義[2]。

1 項(xiàng)目概況

本項(xiàng)目為上海大中里綜合發(fā)展項(xiàng)目的商業(yè)天幕下方吊頂格柵部分，平面輪廓為不規(guī)則的長(zhǎng)條橢圓狀，分為中間大截面格柵（50×250 梭形）及兩側(cè)小截面格柵（50×150 梭形），中間大截面格柵相對(duì)兩側(cè)小截面格柵間隔300 mm。中間及兩側(cè)格柵均采用球鉸連接鋼件固定在與格柵垂直設(shè)置的鋼圓管上，鋼圓管預(yù)先設(shè)置帶螺紋的圓形固定基座用于連接。

大截面裝飾條及小截面裝飾條共2442根，且半徑、長(zhǎng)度均不相同，因?yàn)槭遣灰?guī)則長(zhǎng)條橢圓狀，因此所有的裝飾條的定位均需要通過(guò)三維坐標(biāo)進(jìn)行明確。同時(shí)，垂直設(shè)置的鋼圓管需預(yù)先設(shè)置固定基座，而固定基座在鋼圓管上的定位也隨著格柵的長(zhǎng)度、半徑及位置不同而不同。綜上可知，2442 根大、小鋁合金格柵各不相同，支撐鋼圓鋼的長(zhǎng)度及其上的固定基座定位也各不相同。如果采用傳統(tǒng)的二維方式，無(wú)法準(zhǔn)確得到各構(gòu)件的詳細(xì)參數(shù)；設(shè)計(jì)、加工、現(xiàn)場(chǎng)安裝等工序工作量巨大，而且無(wú)法在項(xiàng)目要求的工期內(nèi)按時(shí)完成，將嚴(yán)重影響整個(gè)項(xiàng)目的順利推進(jìn)。鋁合金格柵標(biāo)準(zhǔn)剖面效果如圖1 所示。

2 BIM技術(shù)應(yīng)用目標(biāo)及路徑分析

在本項(xiàng)目中，項(xiàng)目部的需求有以下幾點(diǎn)：①對(duì)天幕吊頂格柵的彎弧半徑進(jìn)行優(yōu)化，階差范圍在建筑師及業(yè)主可接受的情況下盡量減少?gòu)澔?gòu)件的半徑種類；②提交定案版的天幕吊頂裝飾條格柵實(shí)體模型供建筑師及業(yè)主審核效果；③對(duì)材料進(jìn)行快速統(tǒng)計(jì)、編號(hào)，在有限的工期內(nèi)精確完成材料的提料、加工項(xiàng)目的深化設(shè)計(jì)工作[3]④輔助提供現(xiàn)場(chǎng)安裝用的定位坐標(biāo)數(shù)據(jù)，確?，F(xiàn)場(chǎng)安裝與理論模型保持一致。

針對(duì)以上4 點(diǎn)應(yīng)用目標(biāo)，可應(yīng)用的軟件包括犀牛+Grasshopper、Digital Project、Revit、CAD（計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，Computer Aided Design）。

圖1 鋁合金格柵標(biāo)準(zhǔn)剖面效果圖

犀牛+Grasshopper 可以通過(guò)編制針對(duì)裝飾格柵控制線的參數(shù)提取程序，得到原始模型中所有格柵的半徑、線長(zhǎng)等參數(shù)，進(jìn)而可以判斷彎弧半徑的優(yōu)化方式；進(jìn)一步編制通過(guò)控制點(diǎn)、彎弧半徑生成新的裝飾格柵控制線的程序，可實(shí)現(xiàn)快速、批量生成控制線的目標(biāo)。Digital Project 有超級(jí)副本，可以通過(guò)拾取控制線和格柵截面，快速生成裝飾條格柵的實(shí)體模型。Revit 適合創(chuàng)建信息化模型，對(duì)本項(xiàng)目的彎弧構(gòu)件和需要批量提取數(shù)據(jù)的需求并不適用。

通過(guò)充分評(píng)估項(xiàng)目及各個(gè)軟件的特點(diǎn)后，最終選定利用犀牛+Grasshopper進(jìn)行參數(shù)化分析及提取數(shù)據(jù)、Digital Project 進(jìn)行實(shí)體建模、綜合應(yīng)用CAD 繪制帶參數(shù)的加工圖的實(shí)施路徑。

使用犀牛+Grasshopper 對(duì)2442 根格柵的控制線進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并將其數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，通過(guò)對(duì)比分析后進(jìn)行半徑的合并簡(jiǎn)化，優(yōu)化半徑規(guī)格種類數(shù)量，并在優(yōu)化過(guò)程中選取不同梯度的半徑值生成新的控制線，用新的控制線與原控制線進(jìn)行階差分析，得出不同梯度簡(jiǎn)化半徑情況下的階差，提交建造師及業(yè)主審核后得到最終的優(yōu)化方案。

3 關(guān)鍵應(yīng)用項(xiàng)及成果

在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，通過(guò)綜合運(yùn)用犀牛+Grasshopper 及Digital Project 這兩個(gè)三維建模軟件，實(shí)現(xiàn)了快速、精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)提取、優(yōu)化重生成、實(shí)體建模、加工料單制作及現(xiàn)場(chǎng)安裝定位等預(yù)設(shè)目標(biāo)，在保證準(zhǔn)確率的前提下按時(shí)、按質(zhì)完成相關(guān)任務(wù)，主要有以下幾項(xiàng)應(yīng)用及成果。

3.1 原始輸入裝飾條控制線幾何參數(shù)的數(shù)據(jù)提取及分析

通過(guò)犀牛+Grasshopper 的編程，編制了一個(gè)可以通過(guò)拾取線輸出該線長(zhǎng)度、半徑的程序，并在程序中加入了編號(hào)原則。通過(guò)這個(gè)程序，快速獲取了原始格柵裝飾條的關(guān)鍵參數(shù)數(shù)據(jù)，并按編號(hào)、按順序輸出到Excel 表格中進(jìn)行了進(jìn)一步分析對(duì)比，為后續(xù)的優(yōu)化半徑種類提供數(shù)據(jù)支持。

3.2 優(yōu)化后的數(shù)據(jù)對(duì)比、定案版裝飾條控制線輸出及定案版實(shí)體效果模型

獲得原始裝飾條的數(shù)據(jù)列表后，通過(guò)數(shù)據(jù)整合及分段優(yōu)化，先后設(shè)置了半徑差值100 mm、差值200 mm 以內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一的2 種優(yōu)化方案。通過(guò)犀牛+Grasshopper編程，分別生成了優(yōu)化后的裝飾條控制線，并在程序中生成了與原始裝飾條控制線的階差數(shù)據(jù)。通過(guò)對(duì)比，得到差值200 mm以內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)一，優(yōu)化后的裝飾條控制線與原始控制線階差在8 mm 以內(nèi)，此階差數(shù)值獲得了建筑師及業(yè)主的認(rèn)可，因此后續(xù)的裝飾條控制線均按此半徑差值進(jìn)行了合并優(yōu)化。在生成的定案版控制線基礎(chǔ)上，運(yùn)用Digital Project 快速批量生成了裝飾條的實(shí)體效果模型，效果獲得了建筑師及業(yè)主的認(rèn)可[4]。

3.3 裝飾條、吊桿及其支撐圓管加工參數(shù)提取

需要加工的構(gòu)件共4 種：大裝飾條、小裝飾條、吊桿及支撐鋼圓管，大、小裝飾條的加工參數(shù)主要為長(zhǎng)度及半徑，吊桿的加工參數(shù)為長(zhǎng)度，在優(yōu)化程序中已經(jīng)按編號(hào)按順序進(jìn)行了提取。通過(guò)犀牛+Grasshopper編程，在程序中生成了支撐圓管與裝飾條控制線之間的交點(diǎn)，并將交點(diǎn)在支撐圓管上的定位數(shù)據(jù)在犀牛+Grasshopper 程序中快速生成出來(lái)，再按照編號(hào)順序?qū)⒅螆A管的長(zhǎng)度、固定基座定位數(shù)據(jù)導(dǎo)出到表格中，配合CAD 中繪制的帶參數(shù)的加工圖，完成了支撐圓管的加工細(xì)目。

4 項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)總結(jié)及延展

本項(xiàng)目通過(guò)犀牛+Grasshopper 及Digital Project 的配合應(yīng)用，在規(guī)定工期內(nèi)精確地完成了實(shí)體模型創(chuàng)建、提料、加工細(xì)目及現(xiàn)場(chǎng)安裝定位數(shù)據(jù)的工作。在這個(gè)過(guò)程中，以下幾點(diǎn)是可以在其他項(xiàng)目中傳承并借鑒的。

4.1 提前研究分析及策劃

正式開展工作之前，針對(duì)項(xiàng)目特點(diǎn)及后續(xù)可能遇到的問(wèn)題進(jìn)行了詳細(xì)的分析，并對(duì)后續(xù)的實(shí)施路徑進(jìn)行了詳細(xì)的策劃和驗(yàn)證，因此實(shí)施過(guò)程比較順暢。

4.2 加工圖紙的參數(shù)化設(shè)置

制作加工圖時(shí)， 結(jié)合了犀牛+Grasshopper 提取數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，匹配了相應(yīng)的控制參數(shù)，使得程序?qū)С龅臄?shù)據(jù)能直接應(yīng)用于加工細(xì)目的相應(yīng)參數(shù)表，在快速制作加工細(xì)目單的同時(shí)避免了手填或?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整導(dǎo)致出錯(cuò)。

4.3 組合應(yīng)用不同軟件

制作實(shí)體模型時(shí)，沒有一味采用犀牛+Grasshopper 進(jìn)行裝飾條的模型創(chuàng)建，因?yàn)檠b飾條端部需要進(jìn)行彎弧蓋板造型建模，如果采用犀牛+Grasshopper 進(jìn)行建模，需要的工期將大大增加，而且出現(xiàn)調(diào)整時(shí)返工時(shí)間與重新建模時(shí)間相當(dāng)。充分利用Digital Project 的超級(jí)副本功能，創(chuàng)建一個(gè)裝飾條模型后就可以通過(guò)批量拾取控制線快速生成其余裝飾條的實(shí)體模型[5]。本項(xiàng)目正是充分發(fā)揮了不同軟件的優(yōu)點(diǎn)，使得各項(xiàng)任務(wù)均能較快完成。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)本項(xiàng)目的實(shí)施， 認(rèn)為犀牛+Grasshopper 比較適合用來(lái)處理點(diǎn)、線的數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)輸出，在處理大量有規(guī)律的數(shù)據(jù)時(shí)更能發(fā)揮其優(yōu)越性。如何應(yīng)對(duì)沒有規(guī)律、非標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)件，還需要進(jìn)一步進(jìn)行研究。

而Digital Project 比較適合用來(lái)生成實(shí)體模型，通過(guò)其超級(jí)副本的功能，可以在明確建模原則的前提下，將建模路徑程序化，批量拾取批量生成。而且在建模原則有所調(diào)整的情況下，只需要對(duì)超級(jí)副本進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，就可以重新批量生成新的模型，對(duì)創(chuàng)建實(shí)體模型效率提升大有幫助。