BIM技术在建筑幕墙施工中的应用研究

曾金竹

(中建中新建设工程有限公司，北京 100000)

建筑幕墙由横梁、立柱、钢结构等支撑结构体系与玻璃、石材、金属板等面材组成，与主体结构相比，其不发挥主体结构的作用，属于建筑结构中的装饰性结构。幕墙行业的发展，在世界上已经有数百年的历史，与国外发达国家相比，我国建筑幕墙行业起步较晚，但好在起点高；通过引入国外先进技术装备、加大自主研发力度、开发新产品、积极优化产业结构等措施，我国幕墙技术逐渐提升至行业领先水平发展。1984年，随着北京长城饭店幕墙工程的落地，国内首次真正意义上接触到幕墙设计施工技术，经过30多年的发展，我国的幕墙工程技术正稳步提升。现阶段，由于城市化进程的快速发展，人们对居住环境的要求越来越高；且随着土地面积锐减、人口日益递增、社会产业多样化的不断发展，原有的建筑已无法满足使用需求。为了满足人们日益增长的生活，建筑行业需要在固有的土地上建设更多的建筑空间供人们使用，于是高层建筑由此诞生。为确保高层建筑的结构稳定性、延长其使用寿命、节约建设成本，现高层建筑多以框架结构、框剪结构、筒体结构为主，高层建筑中除居住建筑外的公共建筑多使用幕墙作为其外部围护结构。

1 国内外研究现状

1975年乔治亚理工学院的张克曼教授提出了BIM概念，作为一项新技术，BIM技术在建设项目的整体生命起着重要的作用，为建设单位、设计单位、施工单位等项目参与方带来巨大的价值。它突破了专业、行业壁垒，意在打造协同与系统作业模式，促进项目管理思路多样化、管理信息集成化、管理模式系统化。虽然目前我国建筑行业内，对BIM技术的二次开发及价值挖掘方面仍存在很多问题，但是在政府政策及行业主管部门的引导和支持下，BIM技术正在稳步向上发展着，并逐渐得到行业认可与推广。

2 基于BIM模型的深化研究

幕墙工程中，设计阶段幕墙结构配置材料的计算与施工阶段加工图的输出尤为重要，施工单位需根据设计图纸进行图纸深化，输出加工图、施工图、竣工图等工程资料。传统模式下所有涉及变更的信息均需通过二维图纸进行表现，一旦发生变更，势必会对工程周期造成影响，导致项目成本增加。

受传统二维设计思维的制约，幕墙工程在施工过程中，会面临诸多问题，其中少部分是由于施工现场不可预期因素导致的，大部分则是设计阶段遗留至施工阶段的，设计阶段未发现或未解决的问题，辗转至施工阶段，从而增加施工难度，对项目整体工期造成影响。

施工阶段，需结合现场实况对幕墙图纸进行深化，使用SAP2000、Ansys等分析软件对幕墙结构进行二次验算。使用Rhino软件对斜倾、双曲、多曲等异形幕墙工程进行全系统建模，对幕墙表皮进行分析，针对复杂空间导出三维坐标数据，结合三维扫描仪辅助现场施工放线；同时，在Rhino软件中对BIM模型进行面材编号，导出面材加工图与三维数据，将三维数据导入DP中，输出加工数据；使用Inventor软件创建模具模型，输出主材、特殊构件、面材开模图；利用Revit软件对二维图纸未准确表达的复杂工艺节点或施工方案进行深化建模，通过Navisworks软件进行模型轻量化，输出三维动画进行可视化交底，避免因交底不到位引发施工安全质量问题的出现。

通过对幕墙设计及这一系列BIM软件的分析研究，结合工程实例进行应用，在幕墙工程施工阶段推广应用BIM技术，利用BIM系列的软件与加大对BIM技术的二次开发。对幕墙工程施工企业而言，项目推广应用BIM技术，能够输出一套完整全面且成系统的过程问题解决方案与工程资料，对降低深化成本，提高深化及施工效率，辅助开展项目竣工验收、结算等工作都有很大帮助。此外，施工阶段BIM技术所输出的模型及各类数据信息除供施工阶段使用外，还可导入建筑管理平台留存，供建筑后期运营维护使用。

3 幕墙三维设计分析

在传统的工程方案设计中，建筑主体结构图纸绘制完成后，才可进入机电、给排水、幕墙装饰等专业的设计，设计周期较长，过程中需面对面进行沟通的内容较多、专业涉及范围广、易存在沟通不及时表达不准确等问题。随着时代的发展，传统的设计工作运行速度深度均已无法满足项目需求，在工程项目设计阶段推广使用BIM技术，刻不容缓。利用BIM模型，将设计阶段中的各专业设计信息和关键节点信息进行汇总，最大限度的将设计信息传递至施工阶段，以三维信息模型的方式移交至施工阶段，由施工单位结合现场实际情况，收集现场实际数据，在设计模型的基础上开展施工阶段的深化设计工作。随着现场土建结构的进度，在设计的基础上，结合现场实测实量数据，在正式施工之前，在BIM模型上开展幕墙深化设计工作。随着现场土建结构的进度，在设计的基础上，结合现场实测实量数据，在正式施工之前，在BIM模型上开展幕墙深化设计工作，在BIM模型中进行施工演示、预施工及施工模拟。前期与土建结构专业协调，进行前期埋板预埋工作。

4 BIM在幕墙施工阶段的应用——以东方市文化广场为例

施工质量是对设计方案和深化设计工作的检测，东方市文化广场项目幕墙工程，在深化初期，面临最大的问题就是工期紧张、深化范围大、深化任务繁重。

本项目由一座综合馆和一座剧院两座场馆组成，整体造型取“日月同辉”之意，其中综合馆为月牙造型，大部为单元幕墙。剧院场馆造型尤为复杂：顶部为双曲多圆心半椭圆造型，底部为上斜下倾、腰部标高不等高大斜倾造型，且幕墙外部被一圈钢结构框架包围，钢结构与幕墙安装完成面最窄处仅有1.1m可操作空间。幕墙专业施工面临交叉施工严重、工人夜间抢工作业危险系数大、幕墙面板水平垂直运输困难等问题。

如何在不改变项目整体造型的基础上，确保幕墙施工的安全与施工质量不受影响成了深化设计工作的重中之重。在此背景下，幕墙专业经过与业主、设计单位开展多次讨论分析，最终幕墙专业在原设计方案的基础上，利用BIM模型开展设计深化论证、设计优化工作，最终输出了一套完整的方案。在保证项目造型不发生改变的基础上，对幕墙局部设计进行调整，顶部双曲造型优化为单曲造型、腰部斜倾标高调整为同一标高，经BIM技术辅助深化设计和设计优化后的幕墙方案与原方案相比，主材模具由原方案中的80种优化为不足60种，缩短有效工期107d，优化后的面材规格减少至20种，出材率提高了80%，安装效率提升30%，工程量降低25%。

5 结 语

随着国家政策的鼓励与施工单位自我要求的提升，越来越多的工程推广应用BIM技术，且随着成品化和装配式的发展，装饰幕墙专业的BIM技术应用水平也在逐步提高中。但就现阶段BIM技术的应用成果而言，不难看出，建筑全生命周期内各阶段的工作、专业间的衔接配合、BIM软件间的数据交互与BIM管理平台的数据读取等都存在着诸多待解决的问题，BIM技术价值中的“协同”“信息”等价值仍未得到最佳利用。BIM技术在建筑行业、施工阶段、建筑施工相关专业的应用都仍处于入门状态，仍存在诸多技术难点待实践解决，每一个与建筑相关的从业者，都有责任和义务去解决应用过程中的难点、挖掘BIM技术的价值，推动建筑行业走向CAD之后的又一次大变革。