BIM在复杂异形金属屋面工程中的应用探究

陈慧

（上海蓝天房屋装饰工程有限公司 上海 200000）

1 BIM在金属屋面工程与应用中需要解决的问题

1.1 深化CAD过程

在复杂异形金属屋面的施工工程中应用BIM技术，可以清晰了解屋面结构的各个构造，及时发现存在的问题。例如施工人员在设计CAD图纸中，比如弧形天沟的底部便处于变化的过程中，此时施工人员应找到天沟各点的高度变化情况，而引入BIM技术则可以更好的解决此问题。

1.2 概念方案转化为实施方案

施工期间，工作人员应将概念设计阶段的模型转化为实际实施的方案，但在扩初设计阶段，设计师会发现上述操作存在较大难度。对此，在细化模型过程中应考虑调整概念模型，在充分的沟通后了解具体做法并实施。

1.3 保证协作效果

屋面主要在钢结构上铺设，但实际施工过程中，钢结构会占用屋面结构的位置，当需要控制整体轮廓时，若施工人员没有做好屋面施工与钢结构的协作工作，则无法保证钢结构模型、屋面构造模型以及概念模型的有效结合，此时便应引入BIM技术，确认实施方案。

1.4 软硬件

如8万m2的屋面固定支座会具有16万个。在此方面，软件使用无法满足显示效果，即便配备在高端的硬件设施，效果也十分有限。对此，应有效引入BIM技术，利用后台数据库完全显现模型细部情况，并保存于后台的数据库中，当查看复杂位置时进行局部显示，提升运行效果。

1.5 流程与方法

将BIM技术引入复杂异形金属屋面施工过程中，施工人员应由设计阶段开始，严格遵循相关流程，包括应在屋面覆盖等分包项目中显示设计问题。以往采用2D模型设计施工图，之后在建模检查问题，无法获得预期的修补效果。而通过引入BIM技术，设计人员可以利用3D概念与扩初设计成果实现多方协调与施工，在解决问题的过程中，延续良好的设计与施工效果。

2 深化设计流程

施工期间，工作人员应格局施工图与可实施的施工方案完成深化设计工作，在综合分析的基础上应用BIM技术，完善设计流程。实际施工期间，工作人员应结合异形金属屋面的实际情况，设计详细的施工流程，以保证施工效果。

3 BIM技术的应用

3.1 深化设计

施工人员应在深化设计阶段建立BIM深化模型，通过模型及时发现深化设计过程中存在的问题，引入模型工具，并结合各方沟通意见的基础上，进行解决，充分保证施工效率与屋面的施工效果。

3.2 优化金属屋面施工方案

建筑金属屋面的施工方案会直接影响后期施工造价与施工技术，尤其是表皮分割方式与嵌板的平直度还会影响整体的施工成本。在设计施工方案时，工作人员应确定表皮嵌板需要使用的施工材料，比如本次工程应使用金属铝板，设计曲面造型，并预测会对后期产生的具体影响。

3.3 三维协同作业

结构深化后的结构构件将直接影响屋面覆盖件的工程质量，因此在设计屋面造型时，施工人员应与建筑表皮专业工作人员进行充分的交流与沟通，期间表皮专业人员会指出具体的支撑点与吊点，确定预设埋件的数量与位置。最为关键的则是中间的协调工作，一旦出现问题将会直接导致无法顺利安装表皮覆盖件，或者无法保证覆盖件的安装精确性，加大了后期的修改难度，甚至还会违反最初的设计意图，与原有设计理念存在较大偏差，降低了方案审图效率。对此，协作期间应充分了利用结构深化模型或者建筑表皮深化模型，在保证数据信息准确性与正确性的基础上，统一模型设计方法。尤其在设计屋面钢格栅时，当钢结构的设计高度超出标准时，在施工人员应在深化屋面时调整钢格栅的安装位置，利用Tekla软件进行结构深化，或者利用Rhino或Revit软件进行协同工作。

3.4 统计金属屋面构件工程量

施工人员应根据金属屋面的实际构造进行建模，不同于常规的三维设计模式，BIM模型结合了管理思维，利用模型标准与编码规则完成模型设计，并据此得到更多施工材料的工程量，准确得到曲面部位的材料使用量。但这些均需要施工人员有效执行建模工作，确保施工人员在内部控制时准确了解屋面构造中大宗材料的使用工程量，以据此及时安排进场材料与施工人员的调度工作。比如某工程在进行屋面二次防水时，初步使用的二次防水板设计方案在折弯加工时并未考虑防水板的加工过程，分五步完成初步设计。但实际建模期间发现可以分三步完成建模，可以利用折弯边与立边的搭接安装二次防水板，这样便可以通过简化安装流程为企业节省大量的人力与物力成本，提升了经济效益。

3.5 控制屋面轮廓

在表皮设计阶段需要综合使用建筑专业与结构专业的相关知识，结构工程师需要了解每块平直嵌板的定位点与具体的数据信息。在利用有限元分析网架节点与节杆信息的结构时，也可以采用导出信息的方法，比如在优化调整建筑结构时，可以为建筑师提供返回的节点数据，重新生成表皮嵌板，在结构师与建筑师的多次修改后，最终达到力学与美学的有效统一。在经过设计与咨询顾问分析后，确定最终的设计方案，并分包至各个单位进行深化实施，尽可能的执行设计意图，并确定实施方案，充分保证屋面结构与钢结构的协作性。除此之外，在金属屋面工程施工期间引入BIM技术还可以解决成本高问题，保证预算的合理性，为企业赢得更大的经济效益。

4 BIM在复杂异形金属屋面工程中的应用实例

4.1 项目背景

此项目为铜仁机场航站楼改扩建工程，规划建设用地面积为58000m2，总建筑面积11887.35m2，总高度为19.9m，地上二层，设计使用年限为50年。项目设计人员采用凤凰转世主题，机场曲面采用铝板材料，翻转曲面类似于佛教中的法螺，寓意生生不息。

4.2 发现问题

①发现12处屋面天沟高度与结构柱的干涉问题；②檐口存在18处铝复合板龙骨无法在结构主体生根问题；③屋面钢格栅存在2处与主体钢结构的干涉问题。

4.3 解决措施

通过BIM技术还原结构网架模型，保证每个结构节点数据的精确化。在建立结构模型后，利用Grasshopper的数据控制功能初次排布固定尺寸的幕墙嵌板，确保拟合嵌板的固定点与结构节点。之后二次优化幕墙结构，二次编写Grasshopper源代码，优化幕墙与细部构造中铝单板的连接工作，保证铝单板角点指向龙骨交点，保证边缘与龙骨走向吻合，以确保连接构件顺利连接至龙骨。同时，利用Autodcsk360深化设计异形曲面檐口，定位檐口版的坐标，并统计屋面底板、二次防水板以及面板材料的使用量，保证合理的劳动力配置与工序安排，做好施工成品的检测工作。

4.4 实施效果

通过引入BIM技术有效解决了工程问题，并为企业节省约28万元，降低了施工成本。

5 结束语

金属屋面工程应用BIM技术时，应由设计阶段开始，多个角度制造精细化的建筑表皮，并具体确认檐口铝板、钢格栅、钢结构等部分的关系，明确每个构件的精确尺寸与位置，从而最大程度实现精确控制，保证建筑工程效益的最大化。除此之外，还可以通过引入BIM技术模拟复杂曲线施工情况，以细部处理特殊节点，避免施工期间出现安装与放样问题。