齊海艷

中鐵建工集團(tuán)第四建設(shè)有限公司 上海 200333

建筑外立面幕墻是建筑外墻結(jié)構(gòu)的重要組成部分，發(fā)揮著重要的作用，既可以支撐主體結(jié)構(gòu)，也可以提升建筑工程的美觀性，有效提高工程品質(zhì)。BIM是一個可視化的建筑信息數(shù)據(jù)庫和平臺，它連接設(shè)計、施工和運維，整個建筑全生命周期，從而有效促進(jìn)綠色建筑和建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。對此在BIM技術(shù)應(yīng)用下可以深化建筑外立面幕墻設(shè)計，實現(xiàn)幕墻設(shè)計與施工的集成，優(yōu)化施工流程，確保施工高效率的完成。因為BIM技術(shù)的優(yōu)勢顯著，對此施工單位要加強(qiáng)重視，把握BIM技術(shù)的優(yōu)勢和特點，結(jié)合外立面幕墻施工要求科學(xué)應(yīng)用該技術(shù)，有效提高外立面幕墻設(shè)計水平。

1 BIM技術(shù)在建筑外立面幕墻設(shè)計的應(yīng)用作用

在BIM技術(shù)應(yīng)用下可以優(yōu)化設(shè)計，提升設(shè)計效率，具體可以表現(xiàn)在以下三個方面：第一，通過BIM三維模型可以直接將建筑外立面幕墻主體結(jié)構(gòu)直觀、清晰的呈現(xiàn)給人們，通過立體可視化的形式讓人們發(fā)現(xiàn)主體結(jié)構(gòu)的組成、連接方式、材料等。有效降低設(shè)計難度、提高設(shè)計準(zhǔn)確度，確保設(shè)計人員可以和幕墻施工人員溝通，交流，修改方案，確保業(yè)主方和施工方也可以全面監(jiān)督設(shè)計過程。第二，在BIM技術(shù)下可以更加直觀的顯示出設(shè)計過程中的材料類型、材料用量、幕墻消耗、室內(nèi)環(huán)境等，設(shè)計人員可以根據(jù)業(yè)主需求及時調(diào)整設(shè)計，便于人們對房屋建筑的環(huán)境進(jìn)行評價，最終降低設(shè)計成本，提高設(shè)計效率。第三，在BIM技術(shù)下也可以進(jìn)行協(xié)同設(shè)計，可以通過其中一個環(huán)節(jié)及時發(fā)現(xiàn)整體的問題[1]。在設(shè)計時人們只需要將各個板塊的數(shù)據(jù)信息輸入到模型特定位置處，后建筑施工單位和業(yè)主方、監(jiān)理方都可以瀏覽信息，自動添加和補(bǔ)充新信息，確保各個單位都可以參與到建設(shè)外立面設(shè)計中來，形成協(xié)同工作體系。

2 BIM技術(shù)在建筑外立面幕墻深化施工中的應(yīng)用

2.1 BIM技術(shù)在建筑外立面形體分析和優(yōu)化中的應(yīng)用

案例1 杭州西站外云谷大曲率拱形幕墻施工。幕墻作為一種新型的外墻結(jié)構(gòu)，可以在設(shè)計下打造成為云谷空間，在設(shè)計師巧妙的設(shè)計下形成外云谷幕墻。這種幕墻有兩種結(jié)構(gòu)形式：豎明橫拉桿拱形玻璃幕墻和樹杈型雙曲鋁單板幕墻，玻璃幕墻豎向為明框，豎向龍骨通過定制V型支撐鋼件與云谷主體鋼結(jié)構(gòu)連接，橫梁拉桿采用了特定的不銹鋼拉桿，隱藏在玻璃膠縫之間。云谷主體鋼結(jié)構(gòu)有很密集的圓管，整個外云谷玻璃幕墻沒有橫向龍骨，只有一層縱向龍骨，效果簡潔、美觀。因為其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，整個裝飾面由外向內(nèi)共有4個層級關(guān)系，依次是：主拱封蓋完成面、拱頂玻璃完成面、次拱上表完成面、拱底板完成面，具體各層級面皮尺寸關(guān)心如下圖1所示：

圖1 外云谷鋁板、玻璃幕墻構(gòu)造層次關(guān)系

圖2 單個樹杈造型

圖3 樹杈造型鋁板龍骨爆炸圖

圖4 花柱模型單元劃分

圖5 臺架及單元龍骨模型圖

因為外云谷高跨區(qū)室內(nèi)側(cè)鋁板安裝和室外玻璃幕墻均為高空作業(yè)，且為曲面結(jié)構(gòu)形式，作業(yè)條件難度大、危險性高，且外云谷拱高跨區(qū)主次拱連接處樹杈部位鋁板線條較復(fù)雜、安裝精度要求高、作業(yè)難度大。對此需要施工單位掌握其關(guān)鍵技術(shù)的同時，也需要將BIM技術(shù)應(yīng)用其中，充分發(fā)揮BIM技術(shù)的優(yōu)勢，降低其難度和復(fù)雜性。

2.2 BIM技術(shù)在建筑外立面模型深化設(shè)計中應(yīng)用

杭州西站外云谷大曲率拱形幕墻設(shè)計，具體的設(shè)計流程優(yōu)化如下所示：

第一，在BIM技術(shù)下可以創(chuàng)建三維可視化模型，通過模型進(jìn)行拱形鋁板分格研究，確保施工的合理性和安全性、有效性。通過模型分析可以確保面板塊大小符合要求，避免出現(xiàn)拼縫過多導(dǎo)致順滑度不足的問題，有效提升其視覺效果。在三維外立面模型下，可以推結(jié)構(gòu)拱外包鋁板進(jìn)行設(shè)計和細(xì)節(jié)處理，通過模型綜合分析結(jié)構(gòu)拱外包鋁板設(shè)計后的視覺效果、施工周期以及施工措施等。模擬發(fā)現(xiàn)，鋁板的拼裝結(jié)構(gòu)設(shè)計成小單元形式，以方便加工和吊裝。典型樹杈造型鋁板構(gòu)造和分解[2]。

第二，在BIM技術(shù)應(yīng)用下可以對云谷鋁板的造型進(jìn)行分析，該造型可以分為三個方面：以樹杈造型作為一個界限，樹杈造型以下為平直段鋁板，樹杈造型以上為拱形鋁板，樹杈造型為連接部位，通過模型分析發(fā)現(xiàn)，單側(cè)樹杈形鋁板造型依次漸變，每塊鋁板的長寬尺寸及扭曲方向均不相同。考慮到鋁板設(shè)計為單元板塊，同時鋁板采用側(cè)向固定，鋼龍骨骨架焊接好后，再將鋁板及單元內(nèi)的三元乙丙膠條統(tǒng)統(tǒng)安裝到位，所有的工序流程均在地面操作，減少了高空作業(yè)的工序數(shù)量和難度。鋁板采用側(cè)向固定，鋁板的角碼與龍骨之間距離可以有一定的偏差，故在調(diào)節(jié)范圍內(nèi)的弧形鋼龍骨優(yōu)化為直龍骨，優(yōu)化拉彎鋼材的數(shù)量，降低工序數(shù)量和難度，縮短龍骨鋼架加工和制作周期。

第三，在BIM技術(shù)應(yīng)用下可以對鋁板安裝整體設(shè)計，在BIM技術(shù)下的動態(tài)模擬下可以采用側(cè)面平推的方式調(diào)整東西向的位置，按照模型中的位置調(diào)整鋼制底座的長度以調(diào)節(jié)南北向的位置，在鋼制底座上設(shè)置豎向鑰匙孔微調(diào)單元板塊上下的位置，以確保鋁板單元能夠具備一定的微調(diào)功能。鋁板的定位則通過BIM技術(shù)生成四個定位角點的三維坐標(biāo)，結(jié)合現(xiàn)場全站儀的三維測量定位能力，將鋁板單元安裝到對應(yīng)位置，只有將每個單元都安裝完才能得到流暢的整體弧形造型和均勻一致的拼縫。

第四，在BIM技術(shù)應(yīng)用下可以對玻璃幕墻龍骨與鋼結(jié)構(gòu)外露桿件效果優(yōu)化，在樣板設(shè)計階段，施工人員按照原施工圖的橫、豎向均為明框的玻璃幕墻做了一部分，現(xiàn)場看樣發(fā)現(xiàn)效果不理想。對此用BIM技術(shù)來優(yōu)化設(shè)計流程，調(diào)整樣板的設(shè)置，在樣板后增加，橫向隱藏不銹鋼拉桿，減少幕墻橫向龍骨，確保在整個玻璃幕墻的受力體系中，橫向隱藏不銹鋼拉桿也作為最主要的受力桿件，最終通過以上方案的優(yōu)化和調(diào)整到隱藏橫梁的效果 。

2.3 BIM技術(shù)在幕墻系統(tǒng)優(yōu)化中的應(yīng)用

在建筑外立面幕墻設(shè)計中需要構(gòu)建幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，確保各個結(jié)構(gòu)之間銜接到位、緊密配合，減少沖突和矛盾，在傳統(tǒng)的設(shè)計下主要人工操作進(jìn)行，效率低下，問題多，矛盾分歧多，對此就需要利用BIM技術(shù)創(chuàng)建幕墻系統(tǒng)三維模型，通過系統(tǒng)建模可以根據(jù)設(shè)計圖紙搭建模型。便于人們直觀、清晰地看到外立面幕墻實體的狀態(tài)，便于人們發(fā)現(xiàn)問題，及時優(yōu)化改進(jìn)。在應(yīng)用BIM技術(shù)時也可以和其他技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，可以對建筑的鋼結(jié)構(gòu)、砼基礎(chǔ)等進(jìn)行建模，及時調(diào)整和變動位置，做好系統(tǒng)化的檢測，確保系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更加安全、穩(wěn)固。另外，在創(chuàng)建幕墻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)后可以通過BIM技術(shù)進(jìn)行碰撞檢查，做好各個節(jié)點、銜接處、曲面和橫面矛盾點的處理，確保搭接的安全和穩(wěn)固，為后期施工奠定基礎(chǔ) 。

2.4 在深度建模和信息模型創(chuàng)建中的應(yīng)用

想要確保建筑外立面幕墻設(shè)計走向成功，提高設(shè)計水平，就需要在前期做好深度建模，考慮到外立面結(jié)構(gòu)的復(fù)雜，幕墻設(shè)計的高難度性，不同建筑類型的幕墻設(shè)計需求和要求不同，對此就需要做好深度建模設(shè)計。而BIM技術(shù)的應(yīng)用可以有效解決這一問題，在BIM技術(shù)下可以構(gòu)建三維立體模型，將整個模型的全部信息都呈現(xiàn)出來，設(shè)計人員可以根據(jù)關(guān)鍵信息繪制節(jié)點圖，更好地為后期施工提供精準(zhǔn)、全面的信息，做好設(shè)計驗證工作。在設(shè)計結(jié)束后，幕墻廠家可以根據(jù)深度建模圖紙和節(jié)點圖來生產(chǎn)幕墻，并做好現(xiàn)場的安裝，在安裝時要加強(qiáng)重視，充分解讀方案內(nèi)容和細(xì)節(jié)信息，確保滿足建筑外立面幕墻設(shè)計要求。另外，在BIM技術(shù)下也可以創(chuàng)建信息模型，設(shè)計人員可以通過網(wǎng)絡(luò)信息平臺搜集信息，并將創(chuàng)建后的模型和信息技術(shù)進(jìn)行融合，確保人們可以直接通過智能移動終端觀看模型的動態(tài)演示過程，可以實時把握具體的信息，對建筑外立面設(shè)計圖紙有一個全面的了解。具體的設(shè)計流程如下所示：第一，創(chuàng)建族群文件；第二，根據(jù)創(chuàng)建的文件內(nèi)容進(jìn)一步細(xì)分模型板塊，形成設(shè)計明細(xì)表，并對板塊進(jìn)行優(yōu)化處理，確保信息全面；第三，通過BIM技術(shù)對幕墻進(jìn)行碰撞測試和檢查；第四，根據(jù)BIM信息模型做好幕墻結(jié)構(gòu)的組裝。

2.5 在二維圖紙繪制中的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的建筑外立面幕墻圖紙設(shè)計中主要是二維圖紙，在二維圖紙下也可以更好的指導(dǎo)施工活動的進(jìn)行，但是建筑外立面是一個正面方向，人們站在地面上只能看到大概的高程，常常會出現(xiàn)設(shè)計偏差，不符合實際情況的問題，對此就需要通過BIM技術(shù)來解決以上問題。在BIM技術(shù)可以對二維設(shè)計圖進(jìn)行優(yōu)化、改進(jìn)，創(chuàng)建BIM外立面幕墻模型，在新的模型下會自動調(diào)整朝向和高度。人們在繪制設(shè)計圖紙時可以通過BIM技術(shù)軟件進(jìn)行操作，對二維圖紙進(jìn)行平面和立面、剖面的深化，調(diào)整，根據(jù)BIM技術(shù)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和BIM技術(shù)設(shè)計導(dǎo)則，以及各個面深化改革要求完成不同面的深化工作。在深化時可以直接通過軟件填充材質(zhì)、顏色、構(gòu)件等，后可以構(gòu)建二維表達(dá)，有效滿足相關(guān)要求，最終自動生產(chǎn)BIM模型。在該模型中設(shè)計人員可以輸入相關(guān)指令，比如切面信息，后模型可以自動生成剖面圖，在輸入該圖形后設(shè)計人員可以根據(jù)具體的情況調(diào)整方案，確保各個圖形都符合要求，有明確的高程、寬度等信息 。

2.6 BIM技術(shù)在外立面幕墻參數(shù)設(shè)計中的應(yīng)用

比如在南昌東站室外開縫式雙曲鋁板幕墻設(shè)計中，因為造型特殊，幕墻面板和龍骨形狀各不相同，尺寸大小也不同，傳統(tǒng)的設(shè)計方法費時費力，對此可以采用BIM技術(shù)下，可以將原有的二維轉(zhuǎn)變成為三維，實現(xiàn)參數(shù)化三維設(shè)計，通過參數(shù)化設(shè)計提高設(shè)計精準(zhǔn)性。在設(shè)計時人們直接可以通過計算機(jī)設(shè)計軟件構(gòu)建函數(shù)關(guān)系模型，設(shè)計師根據(jù)建筑外立面幕墻參數(shù)更新和修改原有函數(shù)，模型會自動調(diào)整建筑要素，最終形成完整的建筑外立面幕墻模型。在這種模型下人們可以準(zhǔn)確把握外立面控制點，將控制點進(jìn)行聯(lián)系，對比，選擇最佳方案。另外，在模型下也可以獲取空間點功能，得出每一塊面板的坐標(biāo)信息，便于施工人員把握施工材料的特點 。

通過BIM技術(shù)對原有的項目安裝方案和方法、流程進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，采用一種單元式的龍骨做法，將每個雙曲花柱分成多個單元，根據(jù)BIM模型將每個單元平放到地面。根據(jù)每個單元空間點位與地面關(guān)系，做成三維臺架，每個單元龍骨根據(jù)三維模型進(jìn)行龍骨下料，材料到場后，工人在地面臺架上進(jìn)行組裝焊接，龍骨單元焊接好后整體吊裝，安裝，通過以上方法提高了工作效率，焊接質(zhì)量及安裝精度?？傊?，在BIM技術(shù)下可以改進(jìn)施工工藝，提高龍骨加工安裝精度、焊接質(zhì)量、效率，確保曲面順滑，導(dǎo)水排水性好，進(jìn)行開縫，實現(xiàn)無膠污染，整個曲面更加整潔[3]。

2.7 BIM技術(shù)在裝配式施工中的應(yīng)用

在當(dāng)前裝配式技術(shù)的發(fā)展下，有效提高了工程質(zhì)量、降低了成本，對此裝配式技術(shù)也可以應(yīng)用在幕墻類工程中，并結(jié)合BIM技術(shù)更好的發(fā)揮裝配式技術(shù)在幕墻工程中的應(yīng)用優(yōu)勢。在裝配式技術(shù)下可以通過BIM技術(shù)創(chuàng)建半裝配式模型，通過模型深入分析吊裝單元、龍骨安裝定位點，有效縮減安裝時間和空間，降低安裝難度，提高安裝精度。在創(chuàng)建模型時也可以將原有的面板和骨架融合在一個單元中，后直接在地面進(jìn)行單元組裝，并在每一個單元中進(jìn)行編號和坐標(biāo)，后采用測量技術(shù)有效控制安裝位置。

3 結(jié)束語

總之，建筑外立面設(shè)計有一定的難度和要求，且在當(dāng)前幕墻結(jié)構(gòu)逐漸復(fù)雜的情況對設(shè)計、安裝、施工都提出了新要求，為更好地滿足不同類型外立面幕墻設(shè)計要求，提高施工效率和質(zhì)量，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)需要設(shè)計人員將BIM技術(shù)應(yīng)用其中。通過創(chuàng)建BIM三維可視化立體模型，將整個施工過程動態(tài)化地演示出來，便于人們把握外立面幕墻結(jié)構(gòu)的全部信息，關(guān)鍵節(jié)點，常見問題。對此設(shè)計人員要重視BIM技術(shù)的應(yīng)用，有效提高建筑外立面幕墻設(shè)計的精準(zhǔn)性，在此基礎(chǔ)上優(yōu)化施工工藝，通過三維模型整體放樣，加工，最終提高整體拼裝精度，提高施工效率，縮短施工周期，進(jìn)一步提高綜合的經(jīng)濟(jì)效益。