BIM技术在异形曲面幕墙施工中应用——以建瓯市博物馆新建项目为例

林业文

(福建六建集团有限公司 福建福州 350014)

0 引言

近年来，随着建筑市场的不断蓬勃壮大，建筑物已不单纯只追求实用性，越来越多的建筑开始注重外在整体的美观性。弧形屋面、连续异形曲面等造型独特的屋面形式被越来越多的公建所采用，但随之也给建筑设计与施工带来新的挑战。然而，通过BIM技术的应用，可以很好地解决传统幕墙施工现场安装工作量大、曲面施工精度低、结构实体与幕墙内部碰撞多等各方面问题，保证了幕墙施工的质量，确保幕墙的成型质量以及观感美观。

基此，本文以建瓯市博物馆新建项目为例，阐述BIM技术在异形曲面幕墙施工中应用，助推BIM技术在建筑幕墙工程中的广泛应用。

1 工程实例概况

建瓯市博物馆新建项目，位于建瓯市水南片区北部水南八路西侧南湖边地块。该项目为单体多层公共建筑，建筑高度24.23m，地上3层，地下1层，总建筑面积约13 929m2。其中，幕墙高度23.23m，外观形式造型复杂，结构多变；幕墙龙骨采用钢结构，最大构件重：8.36t；幕墙龙骨采用插销连接。建瓯博物馆新建项目效果图如图1所示。

图1 建瓯博物馆新建项目效果图

2 BIM深化设计

2.1 前期策划与准备

首先，综合考虑该工程特点、施工工艺技术水平、项目过程需要及应用条件制定BIM实施目标。其次，根据BIM实施目标制定BIM管理体系，明确BIM组织架构、BIM工作职责、BIM实施计划、BIM工作制度。最后，梳理该项目工作流程，制定BIM工作流程图，明确工作间关系，制定BIM应用点方案。

族的建立，由于该工程为异形曲面幕墙，构件特征各不相同，Revit软件本身自带的族，往往不能满足建模的基本要求，因此需要将不同构件信息需要重新构建族，设置参数信息，创建新的族，为BIM模型建立提供良好的基础。

2.2 三维建模

由于该项目屋面为异形曲面楼盖，幕墙龙骨高度及玻璃面板尺寸能精准获得曲面造型数据，提供给后期配合的加工厂生产构件[1]。基此，根据屋面板的基本骨架，逐步深化幕墙体系(主龙骨、次龙骨、玻璃面板、预埋件、连接件)，利用BIM模型参数化、坐标化能力生成空间坐标控制网,建瓯博物馆BIM模型如图2所示。

2.3 碰撞检查

碰撞检查是指有效解决专业内和建筑、结构、幕墙等专业之间综合深化成果的控制手段。碰撞检查报告需要详细标识碰撞的位置、碰撞类型、修改建议等，方便相关技术人员发现碰撞位置，及时调整。通常在建筑、结构、幕墙三专业建模完成后进行合模，并对各专业进行碰撞检查测试。

通过测试过程以发现平面图纸尚未发现的问题。例如：结构预埋件埋设与幕墙龙骨位置安装存在偏位(图3)，幕墙结构与主体结构发生碰撞，幕墙龙骨曲面标高与结构标高不一致等问题。

2.4 细部深化

结合本公司施工技术，预制加工厂的加工技术及建设单位的使用要求，根据施工图的设计原则，利用幕墙工程深化设计模型，对图纸中未指定的节点进行螺栓群验算、现场拼接节点连接计算、节点设计的施工可行性复核和复杂节点空间放样等，如图4～5所示。

图2 建瓯博物馆BIM模型

图3 结构-幕墙专业碰撞检查测验

图4 二维图纸节点详图[4]图5 三维BIM模型节点

3 施工应用

3.1 构件BIM预制与加工

BIM预制与加工及信息化管理，可以将构件信息转化为读取模式，针对生产设备和加工方法，将不同格式信息在不同生产设备中传递，细化生产的每一道工序，合理安排工序加工和资料调配。这样，既提高了加工效率，又缩短了工期。

在模型中，将组装幕墙构件进行拆分，同时细化规格型号、技术指标、设备供应商、安装进度等参数信息。创建幕墙构件数据库，按系统、分区域编号、由前到后、由大到小对所有构件分段进行二维码编码，便于高效的施工安装，如图6所示。

3.2 BIM定位与预拼装

首先,对主体结构施工时基准点、线布置图及内控制网进行复核；然后，利用可视化BIM模型，确定外控线上控制点的空间坐标；再次，利用全站仪作出各个控制点，然后将各控制点之间互相连线成闭合状形成外控制网，作为幕墙龙骨安装的二级控制网，如图7所示。

图6 屋面铝板幕墙单位板块编码图

图7 BIM三维坐标网

由于各项目幕墙工程构件形状、长度都不相同，所以， 通过BIM技术进行虚拟拼装，以对构件进行二次拆分校验，调整材质的尺寸和曲面的弯度，减少大量的运输及返工成本。现场幕墙安装的精度误差一般控制在2mm，并根据校验结果以保证幕墙工程施工，如图8所示。

图8 BIM技术虚拟拼装图

3.3 项目综合管理

(1)数据信息共享

通过BIM5D技术实现施工数据的平台化协同。收集构件数据、项目模型、施工过程中的质量、进度、材料信息[2]，将不同阶段的项目模型源文件上传平台，并对模型轻量化处理，实现施工总承包方、幕墙专业施工方、材料供应商、监理、设计院、业主等在同一个平台上可以充分实现数据信息的共事，方便沟通和协调。利用iBan系统和luban view系统实现施工方现场的动态管理。碰到工程变更时，由专业管理人员对一线工人进行远程指导，以及时调整施工工序和施工工艺。

(2)可视化施工

将幕墙BIM模型上传至平台，结合现场施工人员的可视化需要，通过仿真模拟技术将施工工艺要点和节点构造传递给现场施工员。同时，关联现场进度，按照进度进行生长动画模型，实时查询不同阶段的计划进度，与实际进度进行比对，分析找出关键线路滞后的原因，以争取提前发现工程中的隐藏问题，降低技术风险，减少返工损失。

(3)成本控制

BIM项目施工成本控制是借助BIM的施工成本控制系统模型和施工成本决策模型。该模型可快速准确地实现成本的动态汇总、统计、分析，精细化实现三算对比分析[3]。

通过BIM5D技术实现BCWP、BCWS、ACWP数据的及时跟踪，对比CV、SV、CPI、SPI4个指标的变化，了解成本的变动情况，同时分析主要技术经济指标对成本影响，系统研究成本变动因素，检查成本计划合理性，并通过成本分析，寻找降低施工成本的有效途径。

建瓯博物馆新建项目，首先将幕墙BIM模型中各构件(不同单元及不同板块)与幕墙工程进度信息及幕墙工程预算信息进行关联。通过幕墙BIM模型，模拟现场施工条件，结合工程项目外部环境，优化其对应施工阶段劳动力计划、材料需求计划和机械计划，在此基础上形成幕墙成本计划。

然后，在材料控制方面，根据自身项目幕墙施工过程中的材料控制方面的要求，按照施工进度情况，通过幕墙BIM模型自动提取材料需求计划，并根据材料需求计划指导施工；在计量支付方面，根据形象进度，利用幕墙BIM模型自动计算完成的工程量，方便根据收支情况控制成本。同时，在施工过程定期对施工实际支出进行统计，并将结果与成本计划进行对比，根据对比分析结果修订下一阶段的成本控制措施。

4 结语

该工程在全生命周期、各参与方综合应用BIM技术，采用信息化管理方式，针对项目特点，结合生产实际情况，改变了传统幕墙工程施工方式，有效提高了施工质量及生产效率。幕墙实际施工工期比计划工期节约3个月，幕墙四性检测满足设计要求，施工质量主控项目合格率100%，较一般项目合格率高达98%，为项目争创“闽江杯”优质工程打下良好基础。但在应用过程中也存在一些不足：

(1)BIM技术仍处于起步阶段，需要专业咨询公司配合，购买专业的管理软件，相关人员需要专门培训，费用成本较高。

(2)BIM技术应用对施工现场硬件要求高，前期投入大。所以，BIM技术在项目应用范围需综合考虑外部环境和条件确定，才能使BIM技术规范、科学、合理在项目应用，以最大程度提升工程项目的建设质量和经济效益。