應(yīng)俊

（湖北高藝裝飾工程有限公司，武漢 430000）

1 項(xiàng)目概況及難點(diǎn)

1.1 項(xiàng)目概況

武漢長(zhǎng)江航運(yùn)中心項(xiàng)目位于武漢市江漢區(qū)民生路與沿江大道交匯處，毗鄰繁華的漢口商圈江漢路。其中超高層塔樓共66層，總高度335.85 m，結(jié)構(gòu)高度為301.1 m，地上建筑面積173 699.37 m2。建筑整體造型新穎，樓層平面為四角倒角的正方形截面，倒角部分自下而上逐漸加大，最后在東南、西北兩方向上收出一個(gè)曲面坡屋頂，整體效果氣勢(shì)磅礴（見(jiàn)圖1）。

圖1 武漢長(zhǎng)江航運(yùn)中心效果圖及BIM模型圖

1.2 項(xiàng)目難點(diǎn)

本項(xiàng)目總體建筑高度高，幕墻體量大，塔樓部分幕墻面積約70 000 m2，其中立面區(qū)域整體為單元式玻璃幕墻，頂部曲面斜坡為構(gòu)件式玻璃幕墻。由于每個(gè)樓層平面倒角處輪廓均不同，所以立面倒角造型處單元板塊每塊均不一樣，設(shè)計(jì)、加工難度巨大。塔冠的曲面斜坡屋頂，造型復(fù)雜，且與立面單元式幕墻相交接，精度要求極高。以傳統(tǒng)二維手段難以精準(zhǔn)高效完成設(shè)計(jì)工作，BIM技術(shù)的引入，成功使項(xiàng)目化繁為簡(jiǎn)，實(shí)施效率得到極大提升。

2 BIM技術(shù)的應(yīng)用

2.1 表皮模型的構(gòu)建

通過(guò)建筑施工圖建立項(xiàng)目表皮模型是幕墻BIM技術(shù)實(shí)施的基礎(chǔ)。依據(jù)建筑施工圖中提供的建筑造型相關(guān)信息，使用三維建模軟件完成建筑表皮的復(fù)建?？梢栽诮＿^(guò)程中發(fā)現(xiàn)圖紙存在的問(wèn)題，并及時(shí)進(jìn)行梳理糾正。

表皮模型也是后期幕墻深化的基礎(chǔ)，基于已經(jīng)完成的表皮，可以進(jìn)行碰撞分析、優(yōu)化分析及構(gòu)造分析等針對(duì)本項(xiàng)目的幕墻方案基礎(chǔ)研究，通過(guò)直觀的數(shù)據(jù)，反映幕墻方案的可行性以及可優(yōu)化方向，使方案修改做到有的放矢。從頂端把控整體設(shè)計(jì)流程，極大地提升了設(shè)計(jì)效率。

2.2 碰撞檢測(cè)

碰撞檢測(cè)在幕墻項(xiàng)目中具有極其重要的作用，通過(guò)建模模擬幕墻表皮與結(jié)構(gòu)、幕墻自身系統(tǒng)交接處的理論空間狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)空間中存在干涉的位置，并進(jìn)行相應(yīng)修改，避免后期施工過(guò)程中才暴露問(wèn)題，影響現(xiàn)場(chǎng)施工進(jìn)度，造成物料和人力的浪費(fèi)。

對(duì)于本項(xiàng)目，立面倒角及塔冠處為曲面造型，主體結(jié)構(gòu)均是異形結(jié)構(gòu)，通過(guò)已經(jīng)構(gòu)建完成的項(xiàng)目表皮模型明確主體結(jié)構(gòu)的控制面，與建筑結(jié)構(gòu)模型合模，發(fā)現(xiàn)在塔冠異形鋼結(jié)構(gòu)處存在多處結(jié)構(gòu)穿出結(jié)構(gòu)控制面的問(wèn)題。經(jīng)與設(shè)計(jì)院溝通，逐一完成碰撞的消除，為項(xiàng)目后期的順利推進(jìn)奠定了基礎(chǔ)。

2.3 自動(dòng)出圖系統(tǒng)的應(yīng)用

塔樓立面為單元式玻璃幕墻系統(tǒng)，倒角部位每個(gè)幕墻板塊形狀都不一樣，且與大面相交處有轉(zhuǎn)角板塊，此處的單元板塊設(shè)計(jì)極為復(fù)雜，每個(gè)板塊都需要一套單獨(dú)的加工圖和組件圖，工作量巨大。

基于BIM建?？蓞?shù)化的優(yōu)勢(shì)，在此處運(yùn)用自研參數(shù)化自動(dòng)出圖系統(tǒng)，通過(guò)Rhino+grasshopper平臺(tái)，完成此處非標(biāo)準(zhǔn)單元板塊的建模，并直接從模型中導(dǎo)出每個(gè)主要構(gòu)件的加工圖。此項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用，極大地提升了該復(fù)雜部位的設(shè)計(jì)效率，節(jié)省了人力，保證了出圖的精確度。

2.4 單元板塊自動(dòng)編號(hào)系統(tǒng)與二維碼識(shí)別的結(jié)合

本項(xiàng)目由于體量巨大，倒角區(qū)域板塊每塊不一樣，所以邏輯清晰的編號(hào)系統(tǒng)將有利于材料從加工到組裝，再到現(xiàn)場(chǎng)安裝各個(gè)環(huán)節(jié)的物料管控。采用參數(shù)化的編號(hào)自動(dòng)生成技術(shù)可以使編號(hào)靈活地與目標(biāo)構(gòu)件相對(duì)應(yīng)，適應(yīng)性強(qiáng)，且對(duì)應(yīng)關(guān)系準(zhǔn)確，避免了人為編號(hào)時(shí)可能出現(xiàn)的錯(cuò)漏。

為了方便現(xiàn)場(chǎng)板塊的信息識(shí)別，基于參數(shù)化自動(dòng)編號(hào)系統(tǒng)與二維碼批量生成系統(tǒng)的聯(lián)動(dòng)，將單元板塊的批次、編號(hào)、面積、樓層、位置等信息直接導(dǎo)入二維碼中，將二維碼張貼于板塊側(cè)邊，便于板塊在堆疊狀態(tài)下，現(xiàn)場(chǎng)施工人員能對(duì)板塊信息進(jìn)行快速查詢(xún)。

2.5 塔冠曲面的優(yōu)化

塔冠部位是整體建筑造型的亮點(diǎn)，從立面的倒角逐漸向上收出一個(gè)曲面坡屋面。以曲面UV坐標(biāo)系來(lái)分析曲面，展開(kāi)水平方向?yàn)閁方向，類(lèi)似于平面坐標(biāo)系中的X軸方向；與U垂直的方向?yàn)閂方向，可以類(lèi)比平面坐標(biāo)系的Y軸方向。屋面曲面在沿U方向上曲率為0，在沿V方向上存在曲率且曲率大小不斷變化，不具有固定半徑，曲面整體為可展開(kāi)的復(fù)雜單曲面。為方便幕墻的實(shí)施，降低總體曲面成本，需要對(duì)曲面進(jìn)行優(yōu)化，按照曲面曲率的分析結(jié)果，結(jié)合曲面橫向分格的情況，將曲面分為3個(gè)區(qū)域(見(jiàn)圖2)，上、下區(qū)域曲面變化較大，宜重新優(yōu)化為單一半徑的標(biāo)準(zhǔn)單曲區(qū)域，中間區(qū)域由于單位長(zhǎng)度上曲率半徑變化相對(duì)較小，所以將該區(qū)域的板塊按分格排布優(yōu)化為平面板塊，以折線拼接模擬出曲面造型。此優(yōu)化方案在完美復(fù)現(xiàn)建筑師構(gòu)思效果的同時(shí)更加貼合幕墻的深化需求，使該部位曲面幕墻綜合難度大大降低，也使造價(jià)更加合理。

圖2 優(yōu)化分區(qū)示意

2.6 塔冠型材的優(yōu)化

本項(xiàng)目塔冠部位型材狀態(tài)復(fù)雜，原始豎向分格線為雙向彎弧的空間曲線，在曲面彎弧方向上，分格線順著曲面造型彎曲，在逐漸由窄變寬斜坡展開(kāi)面上，分格線彎曲發(fā)散。水平方向分格線為直線。對(duì)幕墻施工而言，此時(shí)豎向分格線的雙向彎曲狀態(tài)會(huì)使玻璃加工裁片時(shí)出現(xiàn)大量弧邊，大批豎龍骨加工都需要進(jìn)行雙向彎扭，加工難度極高。

經(jīng)過(guò)分析，每個(gè)標(biāo)準(zhǔn)分格內(nèi)，豎向分格線在展開(kāi)面上因?yàn)榘l(fā)散而形成的弧度相對(duì)較小，除了曲面與立面相接邊界位置的豎向分格線外，非邊界區(qū)域的豎向分格線消除該方向上的弧度對(duì)整體效果無(wú)影響。因此，結(jié)合曲面的優(yōu)化結(jié)果，消除展開(kāi)面方向弧度后，平面區(qū)域豎向分格線變?yōu)橹本€，標(biāo)準(zhǔn)單曲面區(qū)域的豎向分格線為單向彎弧曲線。但由于單曲面區(qū)域豎向分格線不是沿著垂直于單曲面母線方向排布，而是與柱面母線存在一個(gè)夾角，所以此時(shí)的單向彎弧曲線不具有固定的彎弧半徑，同一曲線每個(gè)位置的半徑不一樣。而且由于同標(biāo)高區(qū)間內(nèi)每根分格線與基礎(chǔ)柱面母線的夾角均不一樣，就導(dǎo)致即使將變半徑曲線全部擬合成單一半徑圓弧，每根豎向分格線的長(zhǎng)度和彎弧半徑依舊不同。這種情況將會(huì)給幕墻施工時(shí)物料管控和材料提取帶來(lái)極大不便，特別是此處位于超高層頂部，高空施工作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)大。為了降低現(xiàn)場(chǎng)施工人員的操作難度，此處運(yùn)用grasshopper的參數(shù)化手段，對(duì)豎向龍骨進(jìn)行進(jìn)一步的優(yōu)化，充分運(yùn)用龍骨拱高允差，將2 000余根豎向龍骨優(yōu)化為平面彎弧的單曲龍骨且半徑種類(lèi)僅為5種。對(duì)于邊界位置因造型需要而無(wú)法優(yōu)化的少量雙向彎弧龍骨，則提供加工模型，由專(zhuān)門(mén)廠家根據(jù)模型進(jìn)行加工。

此處BIM技術(shù)的運(yùn)用在充分考慮施工難度的情況下，將異形復(fù)雜型材的加工變得簡(jiǎn)單可行。

2.7 結(jié)構(gòu)的復(fù)核與空間定位數(shù)據(jù)支持

塔樓主體立面部位為單元式幕墻系統(tǒng)，高度高，造型復(fù)雜，角部區(qū)域?yàn)槊繅K不一樣的異形板塊，且單元式幕墻板塊在車(chē)間加工，現(xiàn)場(chǎng)安裝方式為上下、左右插接，對(duì)安裝精度的要求極高，基本沒(méi)有很大的靈活調(diào)整空間，所以對(duì)主體結(jié)構(gòu)邊梁的精度也有較高要求。為保證單元幕墻定位安裝準(zhǔn)確，需要制訂專(zhuān)屬的結(jié)構(gòu)校核方案。

本項(xiàng)目單元式幕墻采取結(jié)構(gòu)粗校核與精確糾偏結(jié)合的漸進(jìn)式放線定位模式。首先，從三維模型中剖出埋件定位圖紙，定位圖紙以軸網(wǎng)為參照，在圖中標(biāo)記每個(gè)幕墻預(yù)埋件的位置，現(xiàn)場(chǎng)施工人員根據(jù)軸網(wǎng)關(guān)系對(duì)幕墻預(yù)埋件進(jìn)行平面放線，確定預(yù)埋件的位置。此項(xiàng)工序在完成預(yù)埋件埋設(shè)的同時(shí)，也起到對(duì)結(jié)構(gòu)邊梁粗校核的作用。如結(jié)構(gòu)邊梁存在較大的偏差，可以進(jìn)行及時(shí)修正補(bǔ)救。預(yù)埋件埋設(shè)完成后，便可以進(jìn)行幕墻板塊的安裝定位預(yù)放線?；谀Ｐ椭刑崛〉拿恳粋€(gè)幕墻板塊定位點(diǎn)的空間坐標(biāo)，施工人員通過(guò)全站儀精準(zhǔn)地找到對(duì)應(yīng)位置并做上固定標(biāo)記，此步驟將是后期單元板塊安裝的參考基準(zhǔn)，只要吊裝時(shí)板塊上的特征點(diǎn)與預(yù)置的固定標(biāo)記相重合，則可以判斷單元幕墻已經(jīng)精準(zhǔn)安裝。以預(yù)埋件的埋設(shè)放線取代專(zhuān)門(mén)的結(jié)構(gòu)偏差測(cè)量來(lái)校核結(jié)構(gòu)主體的完成度，減少了重復(fù)勞動(dòng)，提升了整體施工的效率。

塔冠曲面斜坡采用構(gòu)件式幕墻系統(tǒng)，通常構(gòu)件式幕墻系統(tǒng)會(huì)具更大的靈活性，對(duì)結(jié)構(gòu)誤差的調(diào)節(jié)余量較單元式幕墻系統(tǒng)會(huì)有優(yōu)勢(shì)，但由于曲面斜坡屋面下方的主體結(jié)構(gòu)為異形鋼結(jié)構(gòu)，通常施工誤差會(huì)大于一般形式主體結(jié)構(gòu)，所以為保證幕墻系統(tǒng)間過(guò)渡交接平滑，需要預(yù)先對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)測(cè)以確定構(gòu)件式幕墻轉(zhuǎn)接系統(tǒng)的調(diào)節(jié)幅度，以適應(yīng)結(jié)構(gòu)偏差。本項(xiàng)目最復(fù)雜部位的結(jié)構(gòu)復(fù)測(cè)，采取了對(duì)結(jié)構(gòu)交點(diǎn)空間坐標(biāo)信息復(fù)核的方式。使用全站儀，準(zhǔn)確地測(cè)量出鋼結(jié)構(gòu)交點(diǎn)位置的空間坐標(biāo)，并與模型中對(duì)應(yīng)位置的空間坐標(biāo)進(jìn)行比對(duì)，計(jì)算出其偏差距離。通過(guò)理論與實(shí)際數(shù)據(jù)的對(duì)比，有針對(duì)性地推進(jìn)轉(zhuǎn)接方案調(diào)整與優(yōu)化，加強(qiáng)了幕墻系統(tǒng)對(duì)于異形結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性。

3 結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，BIM技術(shù)在幕墻領(lǐng)域中有著越來(lái)越重要的地位。由于幕墻項(xiàng)目難度的不斷提高，使得傳統(tǒng)設(shè)計(jì)施工手段越來(lái)越難以應(yīng)對(duì)，BIM技術(shù)以其強(qiáng)大的空間分析能力，參數(shù)化的模型快速構(gòu)建能力和針對(duì)性的需求數(shù)據(jù)置入與提取能力契合了現(xiàn)今高難度項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、施工需求；在幕墻項(xiàng)目整體設(shè)計(jì)方案的宏觀制定、數(shù)據(jù)分析支持、加工下料、物料管控及現(xiàn)場(chǎng)放線定位等幕墻設(shè)計(jì)、施工全流程中都起著非常重要的引導(dǎo)作用。類(lèi)似于武漢長(zhǎng)江航運(yùn)中心這類(lèi)具有大量非標(biāo)準(zhǔn)板塊的超高層異形項(xiàng)目，BIM技術(shù)的運(yùn)用可以顯著提升項(xiàng)目的設(shè)計(jì)效率，優(yōu)化項(xiàng)目的設(shè)計(jì)方案，節(jié)省成本造價(jià)，輔助項(xiàng)目管理，保證項(xiàng)目總體工期。