建筑BIM参数化技术在异形曲面幕墙设计与施工中的应用

陈舜飞

摘 要 异形曲面幕墙具有现代抽象感与外观新颖感，给人一种身处奇幻境界的感觉。同时建筑BIM技术出现和发展也为建筑师的各种建筑构想提供了行业实践，使异形建筑幕墙的建筑物能够更好发挥最佳的艺术效果，是现代抽象主义异形曲面建筑的显著特征。异形曲面幕墙的特点是工程存在较多角度旋转，整体结构特殊，造型复杂无规律，并且建筑截面尺寸大小不一，造就建筑空间高度各不相同。建筑整体造型由多个曲面层叠组合而成，形成大量交接弧曲部位，而这些部位为异形曲面建筑幕墙特点。

关键词 建筑;BIM参数;曲面;幕墙

引言

参数化是 BIM 特点之一，通过参数化，设计师能够运用参数有效地完成建筑幕墙设计，同时也能够为用户直接获取项目信息，减小了业主与设计师间的交流障碍。欧洲城商业体幕墙工程设计和施工阶段，利用 BIM 模型参数化技术，通过幕墙、土建、钢结构和施工在模型中的整合，进行各专业协调设计，大大减少了材料加工和施工安装过程中的变更返工。

1建筑异形曲面幕墙总体分析

异形曲面构件式幕墙模型深化设计异形曲面构件式幕墙系统，其外观装饰线条造型独特，内部结构构造复杂，需要复杂内部空间结构支撑。龙骨作为空间结构的主要支撑构件，同时也是幕墙系统最主要的受力构件，龙骨安装定位的精准度决定了整个幕墙质量的优劣。将幕墙龙骨通过BIM建模，可直观地展示幕墙龙骨整体造型，异形部位变化趋势，体现龙骨之间的搭接配合，幕墙龙骨与主体钢结构之间的定位关系，转角交界部位处理等信息。对系统节点进行可视化模拟，可视化是BIM应用的一种有效方式，不仅能够进行幕墙系统的三维模拟，实现转折交接部位的可视化，还可以模拟各材料的安装过程和逻辑配合顺序，从而对幕墙系统设计进行反馈优化。因此，异形曲面构件式幕墙的深化设计常采用GH。GH不仅具有参数化及强大的曲面建模功能，还可以快速地完成模型创建并能够导出材料信息[1]。

2建筑幕墙模型创建

在构建建筑模型时，为了能够最大限度地贴合建筑效果且满足幕墙设计施工及其加工要求，全过程采用 Rhino参数化设计。以两根建筑轮廓控制线为基准，此设计分格原则为美学要求，也符合建筑原生板材规则。在建模过程中经过多次调整达到比较完美的效果。根据设计要求，利用Rhino&GH参数化对立面进行分格划分，尽量控制板块的模数，使每个板块都能满足设计及加工要求。通过BIM软件对建筑外立面进行模数化分格划分是BIM最常用的技术之一，建筑表皮分格划分也是为建筑表皮曲率分析确定依据。犀牛Rhino的优点在于强大的曲面建模能力和准确的数据计算功能，有利于异形曲面建筑幕墙的建立，是实现幕墙参数化设计的手段之一[2]。

3参数化加工、施工数据

实体模型的建立，并不仅仅是如效果图般给人一种直观的视觉效果，更重要的是实体模型中需要含有大量的数据信息。 这种数据可以涵盖设计、加工、检验、施工、验收等全过程。

（1）材料加工数据的提取。由于欧洲城表皮空间扭曲的原因，再加上铝板表皮“以折线代替曲线”的实现方式，基本每块铝板都会有很小的尺寸和角度偏差。如果按照普通的材料提取方式，现场需要测量多个控制尺寸，无疑会浪费大量的精力。 实体模型中自带的数据信息，可以让材料加工尺寸按照实体模型中的编号顺序实现Excel表格形式的导出。

（2）现场测量、安装定位的依据。根据信息化数据模型，设计人员提供幕墙主龙骨的理论三维坐标点，根据现场放样反馈土建的偏差，通过偏差值重新对土建结构进行建模以及龙骨的二次定位，依此达到精確安装。

（3）工厂化制作、现场安装的基础。通过参数化的 BIM 模型， 批量提取加工数据，并对构件进行编号， 最终生成一张加工图对应一批加工数据的形式， 为车间加工及现场安装提供了数据基础。 这种方式简单、高效、快捷、准确，对异形空间幕墙数据的提取提供了极大的帮助.

4建筑幕墙模型指导施工

4.1 材料信息提取及材料提取加工

异形幕墙折线多，交接部位多且复杂，故采用参数化方法对材料信息进行批量提取，保证交接部位准确吻合。具体实际设计过程中是通过犀牛Rhino创建幕墙模型，生成建筑幕墙实体模型。在Rhino中将三维模型设置在 Perspective 视图中，采用 Orient3Pt 命令，通过三点定位方式，定位到基准平面;在TOP视图中采用Make2D，生成三视图，导出DWG文件，从而生成加工图。建模过程中生成的参数和构件实体模型都可用于生成数控加工的型材模型（STP文件），此模型可以通过“导出几何体”程序直接获得，也可以先导出Catia文件，然后用“格式转换”程序转换成STP文件。幕墙生产车间根据型材模型利用数控机床加工型材，大大减轻了工艺图出图工作量，提高了加工效率及准确性。

4.2 材料跟踪管理

异形曲面幕墙的递进式倒退造型决定了工程中没有相同的板块，面对数以万计的面板材料，材料管理成了难题。基于材料跟踪管理系统结合BIM软件形成“互联网+BIM”的技术，实时更新各个环节的材料状态，根据材料的安装信息，将现场进度实时反映在BIM模型中。利用无人机进行空中航拍形成全景影音资料，方便与BIM模型进行比对，以便确定模型与现场进度绝对统一，对工程进度有更为直观的了解，对项目设计与施工实施动态调整。采用这种管理方式实现了对材料高效化、科学化、智能化的管理。

5结束语

为了适应新的国家战略形势，是配合地区新旧动能转换，促进构建技术升级，推动建筑行业快速发展，相关从业人员要主动积极推广建筑BIM参数化技术，把BIM参数化技术更多的应用于实际复杂工程之中。积极探索主动拓展积极配合使用三维激光扫描仪、VR技术、3D打印等先进仪器设备;完善并加强“互联网+BIM参数化技术”，逐步搭建适合幕墙工程的BIM构建平台。实现协同的项目管理和全生命周期的数据信息管理;打造“BIM+智慧工厂”，实现模拟设计与智能工厂的无缝对接，提高异形曲面幕墙设计、施工及其各种材料构配件生产效率和整体质量，最终建造出完美的异形曲面建筑幕墙产品。

参考文献

[1] 雷渊.BIM在建筑工程管理中的应用实践[J].建筑学研究前沿，2018，（33）：356.

[2] 任江，王啸波，郭娜.BIM在建筑工程生命周期的理论研究[C].BIM与工程建设信息化——第三届工程建设计算机应用创新论坛.BIM与工程建设信息化——第三届工程建设计算机应用创新论坛论文集.北京：中国航空规划建设发展有限公司，2011：237-243.