BIM技术在复杂幕墙工程设计中的应用

匡 月

（江苏九瑞绿色建筑科技有限公司，江苏 南京 210000）

在城市化进程不断推进的背景下，幕墙工程开始更多地出现在人们的视野中，但是受到建筑外形复杂、管理不科学等因素的影响，复杂幕墙工程施工难度较大。随着建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技术的发展与广泛应用，将其用于复杂幕墙的设计与施工环节，提升了工程项目的可视化、智能化水平，让建筑幕墙的质量得到保证。

1 BIM技术的含义以及幕墙工程的分类和特点

1.1 BIM技术的含义

BIM技术主要是对信息技术和仿真技术进行利用，进而对建筑的信息进行模拟，通过连接实际建筑的数据生成完整的数据库。利用BIM技术可以展示出设计图纸以及施工进度，对施工前期进行模拟可以避免施工期间存在的相关问题，对提升施工质量有很大帮助。目前，该技术在国外设计中应用得十分成熟和广泛，近年来在我国也开始利用到相关工程建设当中[1]。

1.2 幕墙工程的分类和特点

幕墙按照材料分类，包括玻璃、石材、金属、陶土4种，从工艺的角度进行分类，包括框架式，半单元式和单元式3种。

建筑幕墙工程的特点主要体现在利用连接装置实现建筑幕墙和建筑主体结构的连接；建筑主体结构与建筑幕墙之间相对独立，建筑幕墙结构不受建筑主体的压力作用；建筑幕墙工程设计需要考虑到建筑的美观性；建筑幕墙施工存在一定危险，需要加强施工管理，做好安全防范[2]。

2 在幕墙设计中利用BIM技术的可行性和优势

2.1 幕墙设计中利用BIM技术的可行性

目前，幕墙市场以框架式幕墙和单元式幕墙为主要结构形式，其中，框架式幕墙主要利用在大型建筑上，较为复杂，不便于应用在现场施工，通常需要在工厂中进行预制，应用该技术具有成熟、稳定的优势。单元式幕墙可以把每个幕墙单元进行独立，在工厂单独加工，主体在施工结束后可以在现场进行单独拼装，相较于其他类型的幕墙有着更强的适应性，同时，单元式幕墙可以和建筑主体结构共同施工，施工效率得到显著提升。

2.2 BIM技术在复杂幕墙设计中的优势

幕墙设计在整个幕墙施工中处于重要位置，如果设计图纸存在问题，将难以保证幕墙安装的科学性和准确性，同时，也容易造成材料的浪费，因此，通过对BIM技术的利用，可以有效解决设计人员经验不足导致的施工质量问题和幕墙材料的浪费问题。总体来说，BIM技术的优势如下：

（1）智能化工程设计。实现三维立体设计，生成三维模型，设计人员可以生成相关的立体图形和文档，以确保设计的质量。比如，借助BIM技术，设计模型时可以对设计对象进行修改后，系统可以对其他的专业对象进行修改[3]。

（2）可视化施工设计。建筑质量对人们的生命财产安全起到重要影响，为确保幕墙工程质量，减少后期返工的情况，必须对设计环节加以重视。通过对BIM技术的利用，可以实现3D模拟，及时发现图纸中存在的问题并加以解决，同时，可以有效模拟施工流程，以建立施工规范体系，让施工计划促进施工进度，提升施工质量。

（3）促进项目管理信息化。避免出现“信息孤岛”问题，建立统一的数据源，实现项目之间的信息共享，确保各项目信息的一致性。

3 BIM技术在复杂幕墙工程设计方面的应用

本文以某集团办公大楼的复杂玻璃幕墙施工为案例，该项目地上建筑面积22万平方米，全部用于商业办公，其中，A办公楼高150 m，B办公楼高120 m，建筑外墙主要构成为玻璃幕墙和陶土板，该建筑的外形十分复杂，多为不规则的玻璃幕墙，采用传统的施工方案难度很大，所以，在施工中可以应用BIM技术。

3.1 BIM可视化设计

确保设计方案具有良好的可视性是解决复杂玻璃幕墙施工问题的关键，可以让设计人员有更好的空间效果，对一些构件的细节设计更加科学，避免设计的方案不协调。BIM技术自身具有强大的数据功能，可以借助数据集成把幕墙构建的全部信息体现在BIM模型中，主要是利用三维技术对立体模型的结构整体进行展示，不仅降低了设计的难度，还为各个施工主体监管提供便利。此外，还可以展示出幕墙耗能、材料用量、室内环境等，对节约设计成本有重要作用[4]。

3.2 节能设计

将BIM技术利用到复杂幕墙工程的设计，可以准确计算出工程相关数据信息，并对工程的保温效果、室内外环境、光照条件进行模拟，在玻璃幕墙施工之前就可以对施工相关因素进行分析，让建筑更加具有节约能源的效果。之后，不断优化施工方案，避免资源浪费，设计出更加有效的节能方案，最终让建筑的使用寿命和经济性都得到保障。

3.3 协同设计

科学的设计方案是保护幕墙施工质量的关键，所以设计方案具有“牵一发而动全身”的作用。利用BIM技术可以把设计的数据和实际信息结合在一个模型中，参与建设的相关单位都可以通过该模型进行获取，然后根据施工阶段和实际需要对数据进行提取、利用和完善，实现复杂幕墙工程的协同设计，最大限度地减少设计与施工的差距。比如，设计人员可以根据实际需要对接机结构进行修改，如果玻璃窗的形状出现变化，那么同类窗户的模型也会相应改变，协同性的特点得到体现。BIM技术的主导方为工程开发单位，要与设计单位进行联合，共同协作、施工。

4 BIM技术在复杂幕墙工程施工中的应用

施工方案对施工起到指导的作用，施工方案包括：施工工艺、施工顺序、工程进度、人员调配、机械安排等，BIM技术可以对每一项内容进行优化。在BIM模型的四维模拟中，主要是分析构件之间的相互关系，然后对整个施工流程进行模拟。相较于其他的模型软件，BIM软件有着更为强大的功能，在分享数据信息的同时，可以对施工工序进行多次改进，并对构件的信息进行提取，最终实现施工工序科学化、项目进度合理化、资源调配有效化。在复杂玻璃幕墙的施工之前可以把所有的成果展示出来，具体应用如下。

4.1 施工流程优化

应用4D施工模拟技术可以让设计环节和施工环节更加合理，主要体现在幕墙设计中对数据进行了搜集和集成，比如施工模拟阶段。技术人员通过Navisworks软件让信息模型与施工进度信息合二为一，生成3D模型+时间维度的4D施工进度模拟。首先，施工人员利用计算机信息和设计人员进行技术交底，在网络环境下把BIM模型传输到施工现场。其次，监理人员和业主对三维模型和思维施工现场进行监督。该技术最显著的特点是通过模拟施工进度可以直观反映现场施工进度，对施工中的不合理情况进行调整。此外，通过施工进度可以进行更为精细化的步骤安排，让整个施工流程得到优化。

4.2 对施工中的碰撞进行分析

在复杂的幕墙工程施工中，计算不精确或者施工不科学会导致碰撞问题的出现，也就是作业面的空间不足，不仅会影响施工进度，还会浪费施工材料和成本。BIM技术在复杂玻璃幕墙施工中的应用，能够对施工环节进行科学分析，将误差控制在合理范围内，以减少由设计问题和施工问题带来的碰撞，或者对发生碰撞的环节进行调整，让施工环节更加顺利地进行，避免施工顺序错乱，有效节约施工成本。

4.3 施工界面的有序分割

在复杂幕墙工程的施工中，可能会发生与其他专业的施工碰撞，比如机电工程施工和幕墙施工的冲突，导致施工进度受到影响，造成人力资源浪费。BIM技术四维模拟工序的应用，可以更加科学地对不同工序进行调整，在模拟施工工序的情况下进行分割，让每一道工序紧密衔接起来。比如，经过数据分析后，可以确定幕墙工程的介入时间、如何开始制作、如何协助其他单位封口。与此同时，BIM软件可以对施工数据进行计算，确保每个工序的施工效率。

4.4 幕墙板块及材料更换指导

BIM模型涵盖了大量的数据信息，并且每个幕墙单元都有固定的识别码，可以根据需要查看其中的单个幕墙单元，比如：幕墙连接件情况、幕墙型号，比人工操作省时省力，不再需要利用大量二维图纸，施工效果得到提升。

4.5 提升施工人员的技术水平

施工人员的素质对玻璃幕墙施工起到重要影响，需要施工人员对BIM技术中三维可视化功能正确使用。对于施工单位来说，要对施工人员进行科学的培训，使其有良好的三维可视化能力，施工的科学性也会得到保证。在开展培训之后，需要对施工人员开展考核。

5 结语

综上所述，在复杂幕墙工程设计中利用BIM技术是时代发展的必然趋势，该技术具有诸多优势，需要做好相关的设计和管理工作，为建筑行业发展提供帮助。