基于BIM 技术的复杂幕墙工程设计及施工研究

余林昌

（广东创成建设监理咨询有限公司，广东 广州 510000）

0 引言

随着我国经济的不断发展，我国建筑行业获得了巨大的发展机遇，且高度重视技术引进和创新，不断推动着设计与施工技术体系的完善。在建筑实践中，BIM 技术逐步普及，该技术的应用为工程设计与施工环节的信息及资源交流共享奠定了坚实基础。基于BIM 技术的智能化工程建设目标得以实现，而追求项目综合效益最大化的需求也能被满足，所以推动技术应用优化显得十分必要。

1 复杂幕墙工程中BIM 技术的应用价值和要求

BIM 模型是建筑工程建设的新工具，无论是工程设计、施工还是运营管理都需要BIM 技术的支持。在实际应用中，BIM 模型具有可视化、模拟性功能以及协调性、可出图性和优化性特点，基于BIM 技术可助力和优化复杂幕墙工程的设计与施工。从现实角度来看，有效应用BIM 技术可切实提高复杂幕墙工程的整体开展质效，可从根本上实现设计与施工管理优化，同时提升施工安全性、节能性、经济性、实效性。通过借助BIM 技术还能强化复杂幕墙工程的工序衔接，为幕墙设计与施工环节的信息共享、数据互通以及技术交底奠定坚实基础，使得项目管理难度降低、过程性管理可靠性提升。为充分发挥BIM 技术的应用价值，必须要求复杂幕墙工程的设计与施工人员确保BIM 技术可视化、参数化、协同化优势得到充分发挥，并重视BIM 技术在设计理念表达、设计方案优化、节能措施运用、项目施工管理中的重要作用。

2 复杂幕墙设计中BIM 技术的主要应用方向

结合实践可知，复杂幕墙的复杂性远高于普通幕墙，一旦在设计或施工过程中出现疏漏则会导致工程事故的发生，最终给项目带来不必要的损失。所以在工程开展过程中，应用BIM 技术的根本目的是保证项目的高质量开展，基于设计、施工优化从根本上实现工程管理优化，为项目实现降本降耗、提质增效提供保障。BIM 技术在复杂幕墙工程设计中的主要应用方向如下。

（1）可视化设计。为降低复杂幕墙的施工难度，设计与施工人员必须有效应用BIM 技术，通过全面采集数据构建直观模型，利用可视化功能实现精细化改进，进一步提升设计图与施工方案的合理性、可操作性。

（2）节能设计。与普通幕墙相比，复杂幕墙施工中需要动用的资金和资源更加丰富，极易造成成本浪费，从而与绿色节能管理理念相悖。所以设计与施工人员应该以节能降耗为导向推动BIM 技术的合理运用，同时找出最具节能性的设计思路，并基于设计方案优化与施工管理优化提高节能效果。

（3）协同设计。BIM 技术的协调性优势在复杂幕墙设计与施工协同方面表现得淋漓尽致，借助该技术可实现设计与施工数据的有效融合，并结合真实数据改进设计和完整施工方案，从而避免出现设计与施工相差过大的情况。

3 复杂幕墙工程设计与施工环节的BIM 技术要点

从实践可知，复杂幕墙工程的结构、造型设计难度大，施工精度要求高且风险较大，因此必须高度重视设计与施工质量，强调二者的顺利衔接与配合。基于BIM 技术可有效解决复杂幕墙工程设计与施工脱节问题，还能为改进图纸与方案提供有力支持[1]。为深入了解基于BIM 技术的复杂幕墙工程设计与施工，本文将依托案例分析法进行探究。

3.1 工程概况

广东电网生产调度中心幕墙工程（图1）位于广州市海珠区，项目总用地面积和总建筑面积分别为27 614 m2、161 500 m2，其中地上与地下面积分别为101 042 m2、60 457 m2。本次施工的重点在于项目副塔楼与后勤服务楼幕墙施工。前者是总层数为15 层的99 m 高（地上）建筑，后者是拥有地上4 层的26 m高建筑。二者的主体结构分别为钢筋混凝土框架核心筒结构与钢筋混凝土框架结构，其抗震烈度（Ⅶ度）、建筑工程等级（特级）以及建筑物耐火等级（一级）相同。

图1 广东电网生产调度中心幕墙工程

案例工程中的幕墙类型众多，幕墙设计与施工复杂性较高。在建设过程中需要完成以下7 种幕墙的设计与施工：①铝合金外窗。②石材幕墙。③铝板幕墙与铝板遮阳雨棚。④带大装饰线条玻璃幕墙。⑤屋顶造型穿孔铝板幕墙。⑥竖明横隐玻璃幕墙。⑦钢结构玻璃雨棚。在设计与施工过程中需要保证项目一次性验收合格，从而达成安全生产、文明施工、绿色施工目标。结合实践可知，本复杂幕墙工程的施工重难点在于工期紧、任务重、安全隐患多、整体统筹难度大；质量效果控制、功能质量保障、参建单位协调与工序衔接等方面的要求也较高，而且施工现场的临时用地较为紧张。为达到预期效果，复杂幕墙工程开展环节选择使用BIM 技术推动设计与施工的优化配合[2]。

3.2 设计要点

在复杂幕墙工程的设计阶段，BIM 技术主要用于快速建立设计方案，并基于可视化、协同化、节能化设计完成图纸与方案的调整，从而为后续施工提供更为有力的支持。在这一过程中，BIM 技术的应用必须强调信息价值挖掘，重视模型建设与参数处理，并持续关注BIM 模型的调整与优化。此外，基于BIM技术的复杂幕墙工程设计需要做好建模软件选用工作，设计人员需基于实际需求、个人能力以及技术偏好，在 Autodesk Revit、Bentley、ArchiCAD、CATIA 等BIM 软件和平台中做出合理选择。同时，设计人员应该从联合工作视角出发，科学选用拥有BIM 方案设计、可持续分析、可视化、结构分析、深化设计、模型综合碰撞检查等功能的BIM 软件。在实际作业环节中，基于BIM 技术的幕墙设计流程如图2 所示。

图2 基于BIM 技术的幕墙设计流程

3.3 模型建设

对于案例工程中的复杂幕墙设计，设计人员需先实现副塔楼与后勤服务楼的建筑形状、轮廓以及参数分析，然后基于参数化建模打造建筑模型，并利用BIM 技术实现模型外表面划分，初步确认幕墙的分格形式。为保证幕墙模型创建的有效性，设计人员先对楼层的标高平面进行了创建，再将其导入BIM核心建模软件，在实现外层幕墙点、线定位后基于顺时针方向沿定位线创建幕墙。然后设计人员还完成了幕墙单元嵌板创建和土建结构的BIM 模型创建，大大增加了模型的完整性与可用性，如图3 所示。

图3 幕墙BIM 深化模型

在实际应用中，设计人员借助参数化建模对外立面幕墙的形态逻辑进行分析，为后续基于多源数据的参数调整和信息化模型建设奠定基础。建立参数化方案模型后，设计人员还应该利用BIM 技术建立复杂幕墙的设计逻辑，在充分践行参数化、完整性、针对性设计原则的基础上，逐步优化幕墙整体结构设计，完善构件形态控制与构造连接，循序渐进地推动复杂幕墙的深化设计。在此次复杂幕墙工程设计的模型建设阶段，设计人员还基于BIM 技术构建了一体化模型，为实现建筑设计与施工的一体化协同提供了有力保障[3]。

3.4 施工图优化

将BIM 技术应用到复杂幕墙的设计阶段可实现施工图改进和优化，在案例工程中BIM 技术的这一功能同样得以发挥。在实际应用中，设计人员以建成的BIM 模型为依据设计施工图，BIM 的可视化和可出图化功能从根本上为提高施工图绘制精度提供了保障。此次设计基于BIM 技术实现了信息化模型的可视化分析，在完全展示幕墙结构、构建信息与构造连接状态的前提下，依托数据支持完成了施工图纸与方案的深度优化。同时还基于BIM 的碰撞检测功能对设计图纸的可操作性、安全性以及便捷性加以调整，为实现节能性、安全性、协同性设计提供了有力支持。从结果上来看，有效应用BIM 技术可以增加复杂幕墙设计的整体协调性，保障了设计与施工之间的有效衔接[4]。

3.5 施工要点

在复杂幕墙施工中，BIM 技术主要应用在施工模拟、质量检测以及施工管理3 个方面。通常来说，基于BIM 技术的复杂幕墙施工管理需要经过如图4所示的流程。此外，该技术贯穿于项目施工的全过程，为及时解决施工问题、严格控制质量工期、切实提高技术水平奠定了坚实基础。

图4 基于BIM 技术的复杂幕墙施工管理流程

案例工程施工中，施工单位需要先基于技术交底获得已完成深度优化的三维BIM 模型，通过设计与施工的有效配合以及BIM 的有力支持提高测量放样可靠性。然后施工人员需要利用BIM 技术对复杂幕墙施工的构件吊装过程进行模拟，通过优化调整形成最佳操作方案，从而为现场施工人员提供可靠指导。基于BIM 漫游完成工程设计以及施工方案的可视化实现，基于3D 漫游展示确认复杂幕墙施工的整体效果，从而进一步完善细节。

在利用BIM 模型实现施工过程的动画展示时，施工管理人员应及时制定管理计划，为实现针对性强、实效性高的现场管理做好准备[5]。对于施工人员来说，基于BIM 技术完成全过程施工扫描也同样十分必要。这一操作可实现模型参数的动态化更新，在结构扫描误差协同指挥系统的配合下可大幅提升复杂幕墙的施工质量。

从施工管理的角度来看，BIM 技术主要扮演结构参数复测、施工质量监控、现场施工指导等角色，其将成为项目管理的最佳工具。复杂幕墙的质量控制环节中避免管线碰撞是极为重要的环节，该项工作可直接基于BIM 模型完成，施工人员需要结合实际对管线布设复杂性高的区域或重点关注区域进行针对性碰撞侦测，以便保证整体施工质量。此外，施工管理人员还需要利用BIM 技术对施工人员进行三维可视化培训，并基于该技术的四维模拟工序功能提高工序分割与协调可靠性。

4 结语

综上所述，建筑工程中BIM 技术的应用范围极为广泛，该技术贯穿项目开展全过程。因此基于BIM技术开展复杂幕墙设计与施工，将会为降低幕墙工程难度，为项目实现化繁为简、提质增效提供保障。在实际作业环节中，必须强调基于BIM 技术的信息化幕墙设计与施工，重视数据价值挖掘和利用，从而依托于可靠方案保证复杂幕墙施工的安全性、有效性与经济性。