BI M技术在某工程幕墙施工阶段的应用研究

2020-01-14寇永聪刘晓芳吴海辉李享

工程建设与设计 2020年1期

关键词：幕墙构件建模

寇永聪，刘晓芳，吴海辉，李享

（1.四川盛邦建设股份有限公司，成都610000；2.成都航空职业技术学院，成都610100）

1 工程概况

本项目为集办公和大型商业MALL 为一体的主楼的塔楼及裙楼外幕墙，塔楼为办公用房，裙楼为百货商场、星级酒店、超市、餐饮、娱乐等商业用房，满足区域居住者的生活需求，建筑面积5.5×104m2。

本项目形式复杂，幕墙种类多，裙楼主要为石材幕墙，塔楼主要为玻璃幕墙，也包含了部分铝单板幕墙，幕墙施工方式为框架式幕墙施工。

2 幕墙施工的特点及难点

2.1 幕墙施工的特点

2.1.1 差异化

幕墙工程具有产品庞大、不可移动的特点，是建筑整体外观的展示，根据建筑风格的不同，几乎每栋建筑的幕墙都不同，从而造就了幕墙工程没有重复性，不能够批量生产及加工。

2.1.2 依附建筑主体

幕墙施工是按照设计图纸，对石材、铝单板、玻璃、龙骨等材料进行有序的排布，如何科学而有序地将各种幕墙材料固定到建筑结构上，使其既牢固又美观，是幕墙施工面临的一个普遍问题。

2.1.3 组合性

幕墙工程根据设计师的设计效果，由很多种材料组成，如石材、铝单板、玻璃等，这些材料性质不一，连接性及伸缩性都有很大不同，在节点处还涉及材料的交接，如果交接不好，往往会在交接处产生裂缝。因此，对节点的考虑也是幕墙施工的一大重点。

2.2 幕墙施工的难点

2.2.1 选材下料精度

幕墙体量庞大，形式复杂，为了达到业主及设计师想要的艺术效果，幕墙工程往往会应用多种不同形式及材质的材料，很多还为异形构件，存在很多复杂的构造，且对于这些构配件来说，安装精度要求高，在施工过程中如果不能精确地下料，加工出来的材料也很可能达不到施工的精度要求。

2.2.2 材料种类繁多，统计困难

幕墙工程涉及的构件种类非常多，有嵌板、龙骨及连接件，节点形式复杂。如横向龙骨与竖向龙骨的交接处，龙骨与幕墙材料的连接处，这些位置的构件种类繁多，而且幕墙形式及规范要求有多种连接形式，这样就给工程材料的统计带来了困难。

2.2.3 不同幕墙要采用不同软件建立BIM 模型

BIM 最大的特点在于其可视化，通过可视化的手段可以更直观展现工程重难点，从而优化施工方案。

幕墙节点复杂，要求精度较高，针对幕墙项目的BIM 建模，目前工程上有Revit、Rhino、Catia 3 款主流软件，可建立不同精度和效果的BIM 模型，本项目采用Revit 软件进行建模[1]。

3 幕墙施工阶段BI M的应用

对于幕墙工程，往往要消耗大量的施工材料，只有采取科学的工艺及工法，才能更加有效地保证施工进度及施工质量。因此，本项目在施工阶段，根据图纸进行整个幕墙的BIM 建模，一是为了发现设计不合理或者设计错误的地方。二是对施工方案做技术支撑，了解到重难点位置，对施工方案进行优化和完善，科学组织施工，为工程项目的使用和运行打下良好的基础[2]。

首先在外幕墙工程施工前采用Revit 软件创建整个大楼的模型（见图1、图2），建模精度LOD300，并输入物理和功能信息，作为工程信息管理的基础。

图1 裙楼BI M模型示意图

图2 塔楼BI M模型示意图

3.1 幕墙加工下料阶段BI M的应用

在幕墙施工下料中BIM 的应用主要目标是：保证构建加工及单元板块的组装精度。随着大量不同形式、不同规格、不同功能的复杂幕墙的出现，复杂幕墙构件的加工与安装一直是困扰幕墙加工制造和现场施工的难点。幕墙施工阶段中BIM 的应用主要体现在以下3 个方面。

3.1.1 构件加工

本工程所包含的石材、铝单板、玻璃幕墙嵌板接近40000块，大量位置的幕墙规格不一致，这就给构件的生成和加工带来了极大的难度。其中，包含很多异形幕墙构件（见图3）。通过BIM 技术，在建好的模型上可以直接提取嵌板的加工尺寸，较好地保证了幕墙设计对建筑设计的延续，成功地解决了加工数据庞大和错误风险高的问题，保证了构件的加工精度。

图3 幕墙复杂部位示意图

3.1.2 构件定位

为了便于材料的运输、安装及堆放，在模型中对幕墙构件进行编号，并对构件进行定位，以便安装时精准定位，减少可能的浪费。幕墙编号通过标记体现在明细表中（见表1）。对于这些编号，在加工时就将其编号制作于材料构件上，每块材料有对应的编号后，就可以知道应当安装在哪个位置，并且也便于材料管理。施工过程中，利用BIM 技术在模型中选择某个构件，属性中也可以显示标记值，结合明细表了解幕墙嵌板相应的尺寸信息。

表1 幕墙构件标号明细表

3.1.3 构件精度

建筑幕墙属于建筑主体项目的附属工程，在工程建设过程中，幕墙施工往往是在最后的阶段进行，工期较为紧张，因此，大量的准备工作要提前进行，要将施工中所需的材料提前准备好，从而满足工期的需要。但幕墙构件种类多，节点复杂，如果要在BIM 模型中将所有构件都建出来，那么，耗费的时间和成本将是巨大的，而对于施工真正的需求来讲，一些零部件是没必要建出来的，所以，建模的工作内容、范围及精度在工程开工之前应当确立下来，找到一种技能满足进度要求，又能满足施工精度要求的平衡点。

经实践对比以及对工厂加工及现场施工调研，确定本工程幕墙BIM 建模的精度为LOD300，即准确表达出幕墙嵌板及龙骨的尺寸信息，基于这2 种主要构件的BIM 信息已能满足改幕墙工程的正常施工下料。

3.2 施工安装阶段BI M的应用

3.2.1 场地规划

幕墙工程一般是在土建工程完成后才开始施工，留给幕墙施工的作业面已经很小，施工受限比较大。因此，本工程利用BIM 技术对施工场地布置进行模拟。基本流程为：采用BIM技术预测幕墙工程的施工条件和安装要求→模拟相应数据→安排施工进度→合理安排场地使用规划，包括工程所需物料的进场时间、堆放时间、取料路线，以保证各阶段施工进度有效、有序进行，同时也保证施工质量的精度准确。

3.2.2 施工模拟

框架式幕墙的安装流程是放样定位→安装支座→安装立柱→安装横梁→安装玻璃→打胶→清理。本工程利用BIM 对施工方案进行模拟，从而优化施工顺序，调整施工组织。通过模拟找到施工组织不合理的地方，进行调整，然后在施工过程中，根据一些变化因素不断调整施工组织，以期满足施工进度安排，即保证了工程施工质量和外观效果，又保证了工期，同时可实现施工成本降低的目的，极大地提高了工程效益。