劉富民

1 工程項(xiàng)目概況

1.1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

粵澳植博館是粵澳第四期工程，位于珠海市橫琴新區(qū)，是全球首家大型中醫(yī)藥主題沉浸式敘事體驗(yàn)館。博物館規(guī)劃用地面積17 431.29 m2，總建筑面積約46 500 m2。地上建筑面積30 700 m2，地下建筑面積為15 800 m2，地上計(jì)容建筑面積為30 000 m2，建筑物的最大高度為39.7 m。

1.2 工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)重難點(diǎn)

本次幕墻工程類型為異形幕墻，主要包括屋面系統(tǒng)面積約10 075 m2、立面剝離系統(tǒng)面積約4 156 m2、立面仿UHPC系統(tǒng)面積約7 805 m2、兩翼葉脈系統(tǒng)面積約2 100 m2。整個(gè)屋面系統(tǒng)主要以米白色鋁單板為主，由3 mm 鋁板裝飾層、防水涂層、2 mm 鋁單板、厚度尺寸為120 mm 厚玻璃隔音棉、壓型鍍鋅鋼板支撐及主體鋼結(jié)構(gòu)共同組成。為保證屋面體系的耐久性，鋁板的龍骨采用鋁合金開(kāi)模型結(jié)構(gòu)體系，主次龍骨之間采用螺栓連接的方式，確保整體的精度與可行性。鋁板幕墻為弧形效果，為了保證鋁板的平整度，需要確保加強(qiáng)筋與折邊之間連接牢固。本次幕墻項(xiàng)目運(yùn)用Rhino軟件、Grasshopper 插件創(chuàng)建設(shè)計(jì)模型，運(yùn)用REVIT、NAVISWORKS 等軟件來(lái)完成深化模型、施工模型、第三方檢測(cè)、碰撞檢查、成本預(yù)算及4D 施工模擬等相關(guān)內(nèi)容。

2 基于BIM 技術(shù)的復(fù)雜幕墻設(shè)計(jì)

2.1 提取模型表皮參數(shù)

在具體的建模過(guò)程中，需要將建筑師提供的幕墻表皮模型的形成原則與公式作為主要的依據(jù)，明確基準(zhǔn)點(diǎn)控制位置，然后采用點(diǎn)連線、線成面的方式組成最終的建筑外形態(tài)[1]。將已經(jīng)形成的表皮外輪廓作為基礎(chǔ)，對(duì)外表面實(shí)施分格劃分，以此種方式確定幕墻的分格形式，接著對(duì)面板加工尺寸、翹曲值及傾斜扭轉(zhuǎn)角度等進(jìn)行分析。屋面鋁板曲率如圖1所示。

圖1 屋面鋁板曲率（來(lái)源：作者自繪）

2.2 深化可視化BIM 模型

將Rhino 軟件應(yīng)用在復(fù)雜幕墻工程項(xiàng)目中，可以更好地分割幕墻的曲面，并確保分割后的曲面基本不會(huì)受到誤差的影響。此外，使用BIM 技術(shù)來(lái)深化模型設(shè)計(jì)，具有良好的兼容效果，方便導(dǎo)入各類模型的信息數(shù)據(jù)，從而形成具有可視化特征的模型，方便各類工程人員直觀地分析設(shè)計(jì)方案，并及時(shí)地發(fā)現(xiàn)其中的問(wèn)題，為后續(xù)施工提供相應(yīng)的指導(dǎo)[2]。經(jīng)過(guò)深化的BIM 模型，可幫助建筑師進(jìn)行可視化研究，是把控建筑效果細(xì)節(jié)問(wèn)題的重要方式。

2.2.1 優(yōu)化玻璃幕墻系統(tǒng)

本次幕墻項(xiàng)目的玻璃幕墻系統(tǒng)以常規(guī)的橫明豎隱幕墻系統(tǒng)為主，將窄龍骨體系作為主要的幕墻體系。從龍骨體系可以看出，本次建筑在頭尾（1 ～3 軸，11 ～13 軸）位置設(shè)計(jì)了水平結(jié)構(gòu)無(wú)遮擋形式，將鋼立柱加在玻璃幕墻豎向立柱后側(cè)。通過(guò)觀察該系統(tǒng)的BIM 模型可以看出，玻璃幕墻的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，可選擇在大堂位置（1 ～3 軸，11 ～13 軸）10 m 標(biāo)高的位置處增加水平主體鋼梁，取消玻璃幕墻后側(cè)穿孔鋼龍骨，僅保留前側(cè)鋁龍骨。這種優(yōu)化處理方式可以讓整個(gè)玻璃幕墻變得更加輕巧，且具有更強(qiáng)的通透性，大跨度位置放樣示意如圖2所示。

圖2 大跨度位置放樣示意（來(lái)源：作者自繪）

2.2.2 優(yōu)化UHPC 幕墻系統(tǒng)

GRC 面板在防水性能及強(qiáng)度方面比UHPC 面板稍差，若室內(nèi)幕墻部分沒(méi)有防水和受力方面的需求，則可以采用GRC面板，能夠在一定程度上起到降低建造成本的作用。此外，在室內(nèi)應(yīng)用GRC 面板，可以提升室內(nèi)幕墻部分的美觀度。從本項(xiàng)目的鏤空孔部分來(lái)看，因受到結(jié)構(gòu)受力截面限制及預(yù)埋螺栓套管的影響，鏤空孔的邊距要大于200 mm，并且要結(jié)合板塊分割尺寸的大小對(duì)整體布局進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

2.2.3 天窗遮陽(yáng)與泛光配合設(shè)計(jì)

泛光效果的實(shí)現(xiàn)可以與天窗遮陽(yáng)設(shè)計(jì)配合在一起，將燈具設(shè)計(jì)成隱藏樣式，既獲得較好的泛光效果，又不會(huì)外漏燈具影響美觀。此外，應(yīng)用采光頂遮陽(yáng)設(shè)計(jì)時(shí)，可借助電動(dòng)遮陽(yáng)的方式來(lái)滿足綠色建筑的相關(guān)節(jié)能要求，如圖3 所示。

圖3 泛光效果及細(xì)部構(gòu)造（來(lái)源：作者自繪）

3 基于BIM 技術(shù)的復(fù)雜幕墻加工

3.1 數(shù)字化加工

對(duì)于復(fù)雜幕墻而言，使用的材料類型較為復(fù)雜，因此在加工環(huán)節(jié)容易出現(xiàn)各種問(wèn)題。傳統(tǒng)的二維加工圖紙無(wú)法對(duì)復(fù)雜的幕墻構(gòu)件進(jìn)行準(zhǔn)確表達(dá)，導(dǎo)致不少加工數(shù)據(jù)在處理的過(guò)程中都面臨著復(fù)雜且混亂的現(xiàn)象，不僅會(huì)增加設(shè)計(jì)師的工作量，還會(huì)在一定程度上加大后續(xù)的精度復(fù)核難度[3]。以本次項(xiàng)目為例，雙曲鋁板的加工屬于重難點(diǎn)之一，主要采用Rhino 模型+GH 軟件對(duì)整體的鋁板進(jìn)行建模處理，然后逐個(gè)分解為不同的加工圖，通過(guò)軟件分析屋面大面鋁板得出彎弧數(shù)據(jù)，然后將加工數(shù)據(jù)設(shè)置為參數(shù)變量（圖4），讓最終的加工圖與同類型的構(gòu)建可以實(shí)現(xiàn)歸類，經(jīng)過(guò)一定的提取之后就可以自動(dòng)地形成幕墻構(gòu)件加工圖和下料單。本次鋁板兩翼兩側(cè)均為可視面，系統(tǒng)設(shè)計(jì)為小單元組裝形式，以保證觀感。

圖4 面板軟件分析彎弧數(shù)據(jù)（來(lái)源：作者自繪）

鋁板孔的加工主要采用數(shù)控或鐳射切割的方式，利用BIM 技術(shù)將數(shù)據(jù)信息傳輸至數(shù)控機(jī)等機(jī)器中，不僅可以提升幕墻構(gòu)件加工的精度，還可以提高工作效率。

3.2 虛擬化拼裝

BIM 技術(shù)在建筑工程項(xiàng)目的有效應(yīng)用，可以讓建筑不同單元板塊的加工與裝配信息相結(jié)合，是降低加工及裝配誤差的重要方式。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，虛擬化拼裝的主要流程為創(chuàng)建單元模型-對(duì)加工的零件進(jìn)行提取-將數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)控機(jī)床-形成加工件-測(cè)量精準(zhǔn)度[4]。

4 基于BIM 的復(fù)雜幕墻施工

4.1 多專業(yè)碰撞檢查

碰撞檢查屬于BIM技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，是貫穿于整個(gè)項(xiàng)目的重要內(nèi)容。對(duì)于復(fù)雜幕墻施工而言，傳統(tǒng)的二維圖紙已無(wú)法準(zhǔn)確而全面地反映建筑信息，經(jīng)常出現(xiàn)作業(yè)面空間不足的問(wèn)題，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致工程延期或返工，造成總價(jià)的成本升高。

復(fù)雜幕墻因受到自身特點(diǎn)的影響，在施工中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)的碰撞問(wèn)題，將BIM 技術(shù)應(yīng)用在幕墻施工中，能夠細(xì)致觀察各分項(xiàng)的整體模型，并對(duì)特殊位置的剖切面和局部復(fù)雜位置的三維可視化圖像進(jìn)行重點(diǎn)分析[5]。

4.2 4D 施工模擬

將Navisworks 軟件應(yīng)用在復(fù)雜幕墻的施工中，可以讓三維模型的相關(guān)數(shù)據(jù)與實(shí)際進(jìn)度產(chǎn)生高效的融合與連接，實(shí)現(xiàn)3D 結(jié)合4D 的施工模擬效果[6，7]。同時(shí)，應(yīng)用BIM技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)場(chǎng)地布置、物料堆放等的合理規(guī)劃。此外，借助4D施工模擬技術(shù)也能通過(guò)模擬的方式，對(duì)施工環(huán)境中的潛在風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行有效分析和評(píng)估[8]。

4.3 三維安裝技術(shù)交底

BIM 技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)三維可視化溝通，節(jié)省各人員之間的溝通成本，提升技術(shù)交底的效率。將三維交底技術(shù)應(yīng)用在幕墻施工中，能夠有效明確施工的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)位置，提升安裝質(zhì)量[9，10]。在開(kāi)展技術(shù)交底工作之前，需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的施工人員進(jìn)行培訓(xùn)，讓每位施工人員都認(rèn)識(shí)到可視化狀態(tài)下的施工情況。

4.4 施工界面的有序分割

幕墻工程與主體結(jié)構(gòu)建設(shè)、鋼結(jié)構(gòu)施工、機(jī)電施工等具有密切的聯(lián)系，借助BIM 技術(shù)可以將幕墻工程劃分為不同的工作界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)碰撞問(wèn)題以及工序錯(cuò)亂等問(wèn)題的有效規(guī)避，同時(shí)還能將每道工序有效銜接起來(lái)。此外，利用BIM 軟件計(jì)算各項(xiàng)施工數(shù)據(jù)，可提高施工效率。

5 結(jié)語(yǔ)

將BIM 技術(shù)應(yīng)用在幕墻的設(shè)計(jì)與施工中，能夠推進(jìn)建筑企業(yè)的信息化管理，是解決材料耗損、信息不對(duì)等問(wèn)題的重要方法，有利于提高建筑企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。復(fù)雜幕墻中的BIM 模型能夠?qū)愋蚊姘逄崆敖桓督o廠家進(jìn)行生產(chǎn)，在提升生產(chǎn)效率方面具有重要意義。