BIM 技术在建筑幕墙施工全生命周期管理中的应用

刘伟

（1.北京建筑大学城市与经济管理学院，北京 100044；2.北京中信渤海铝幕墙装饰工程有限公司，北京 100027）

1 引言

BIM——以建筑工程项目的信息数据（几何信息和非几何信息）为基础创建的计算机虚拟三维模型，即通过数字信息仿真技术模拟建筑物所具有的真实信息。中文名：建筑信息模型。英文名：Building Information Modeling，简称BIM。随着国家经济的不断发展，对建筑外立面（幕墙）造型及功能提出了更丰富、更高的要求，从最初的关注功能和实用性的基础上向节能环保和艺术审美等方向发展，同时不断满足人们的各种个性化的需求。BIM 对于建筑幕墙行业而言，不限于二维图形到三维的转换，即大家理解的设计人员运用各种软件利用3D绘图，让幕墙施工达到“所看即所得”，更多的是一种全过程管理手段或模式，即通过BIM 技术将设计、施工、运营、维护等各阶段协同作业，把工程团队将不同阶段的信息串联起来，有效减少各阶段信息转换产生的误差，达到建筑幕墙施工全生命周期的科学管理。

2 方案比选及概算确定阶段

2.1 建筑外立面（幕墙）方案展示及比选

2.1.1 幕墙方案比选

依据建筑设计理念创建建筑外立面方案（幕墙）数字化可视模型图。

2.1.2 动态联动逻辑

将图形与数字化进行联动逻辑的参数化设计，用以在方案比选阶段实时进行动态必选分析。

2.1.3 动态优化平衡

幕墙设计方案比选的主要目的是选出最佳的幕墙设计方案，进而确定整体建筑设计方案，为建筑初步设计阶段提供对应的幕墙设计方案模型。基于BIM 技术的方案设计是利用BIM 的SketchUp、Revit 或Rhino 软件，通过3D 可视化的方式直观观察，进行比选，使建筑外立面（幕墙）方案的沟通、讨论、决策可以更容易的进行，实现项目整体建筑设计方案决策的直观和高效。

2.2 方案概算的确定

运用BIM 软件对幕墙方案进行精确的表皮工程量统计，有助于建筑设计针对比选确定的幕墙方案做出更准确的方案概算，提供给建设投资方做最终的准确投资决策[1，2]。

3 招投标及合同签订阶段

3.1 明确幕墙技术方案可实施性

招标方通过运用BIM 技术编制招标文件，可以更准确地确定项目招标控制限价，并通过BIM 技术对投标人进行准确、快捷的比选，最终确定中标人并签订合同。投标人针对招标文件，运用BIM 技术在投标阶段可以精准地确定投标策略和投标报价，大大提高了投标人的中标概率，同时避免了投标时间不足凭借经验估计带来的风险。

3.2 明确幕墙施工的准确工期

通过运用BIM 技术，可以响应招标文件对幕墙项目施工方案进行3D 可视动画制作，模拟实际幕墙施工过程，既能做出针对性的可实施的优化施工组织设计，又能动态直观地展示幕墙施工过程，确定合理准确的施工工期。同时也在投标过程中更系统、更准确、更直观地展示投标人实力，进而更有利于中标并签订合同。

4 幕墙现场施工阶段

北京2022 年冬季奥运会配套项目崇礼太子城冰雪小镇幕墙及屋面工程，项目总占地面积2.89 km2，总建设规模达到1.34×106m2，包括2022 年冬奥会颁奖广场、景观湖、国际会议中心、度假休闲酒店群等开发建设内容。2022 年冬奥会期间有51 枚金牌在奥林匹克颁奖广场颁发，同时提供冬奥会贵宾接待、交通换乘、休闲娱乐等功能服务。项目工期紧、任务重，挑战极大，常规的施工技术难以实现目标。北京中信渤海铝幕墙装饰工程有限公司运用BIM 技术，将施工难度极大且造型复杂多样、丰富多彩的建筑装饰效果完美实现，并全过程贯穿着“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”的理念。

4.1 施工测量

运用3D 扫描现场结构数据，并将数据导入BIM 建模，建立幕墙施工空间坐标和控制点体系，确保幕墙施工可控。

4.2 施工图优化

运用3D 施工测量数据基础建立BIM 幕墙体系模型，对比原始建筑施工图、结构施工图及幕墙方案图，进行碰撞测试，并最大化运用BIM 以单曲拟合双曲构造，优化幕墙施工图和施工组织方案，完美地完成整个幕墙施工过程。

在“十二五”期间，我国政府部门根据我国的国情提出了能源审计计划以及节能规划方案。而在“十三五”期间，我国政府部门建立起完善的能源管理机构。在实际推进节能降耗战略计划实施的过程中，节能政策制度的制定对该计划的落实有重要的意义，同时，政府部门要发挥应有的主导作用，综合分析产业结构的实际情况，并通过能源计量工作权衡社会经济发展需求，从而优化能源配置。

崇礼太子城冰雪小镇屋面采用铝镁锰板直立锁边系统，“直立锁边”这一名称体现了典型的纵向接口特点，采用特有的铝合金T 形固定支座，铝镁锰板咬合在支座上，咬合边与支座形成的连接形式有效地解决了因热胀冷缩产生的板块应力，纵向板之间没有搭接缝，充分保证了防水性能。但项目位于严寒区，四季温差、昼夜温差较大，基层受温度影响，变形较大。所以，设计方案的确定要充分考虑上述特点，采用柔性防水，而不是刚性防水。

设计师充分重视屋面的细部节点设计，对于变形缝、女儿墙根部、排水沟、落水口、泛水等渗漏的部位，运用BIM 技术充分考虑了建筑的结构变形、收缩变形、温度变化引起的变形等因素，采取适当的措施解决变形较大引起的渗漏问题。将初设扇形板方案，经过多轮BIM 排版比选，通过在屋面板拼接部位设置天沟，将屋面板断开从而释放位移，采用标准板实现了异形屋面的施工，既保证了建筑的功能也满足了建筑的美观性。

4.3 施工前项目各专业沟通和配合

将幕墙BIM 模型与建筑整体BIM 模型进行套合，与土建结构、钢结构、给排水、通风、景观等相关专业进行沟通和配合，查找干涉和不利于施工位置，并报建筑设计方和建设方，以做出最优的调整方案。

4.4 材料采购和加工

按照现场施工进度计划，对即将实施的单体建筑幕墙利用Rhino 精准建模，再通过Grasshopper 进行参数化处理提取各种龙骨、面材的材料数据。Grasshopper 可以自动对钢材、铝材、玻璃、石材等材料准确且清晰地编号，并标注尺寸、角度等数据信息，进而快速又准确地进行材料下单采购，避免了人为重复编号和录入工作所带来的低级错误隐患。而且当幕墙体系有局部变更和修改时，可快捷便利地做出相应的调整材料表。基于BIM 技术生成的三维模型及数据材料单，加工厂将其导入计算机数控等设备，进行加工阶段的BIM 数据3D 编程，将材料单与加工机械实现联动，进而实现数字化加工，将复杂、抽象、立体的材料单变为项目所需的精准安装材料组件。

4.5 现场安装

利用Rhino 建立的模型，通过Grasshopper 进行参数化处理提取定位坐标点，现场利用全站仪，进行现场放样，确定龙骨安装定位点，依此准确无误的安装埋件、连接件、龙骨及面材等。

项目测绘人员主要采用全站仪，根据从模型上提取的控制点坐标来测量现场已完成的钢结构骨架，BIM 设计师根据反馈的测量数据调整已建模型，检查碰撞，优先解决冲突位置，避免二次返工，造成成本和工期的损失。

设计师根据已建好的BIM 模型进行龙骨备料及铝板深化，双曲面铝板分缝优化拟合差异尺寸，降低加工难度和施工难度。铝板厂根据设计师提供的铝板深化BIM 模型，直接进行生产，省下二次深化的时间，减少二次深化的错误率，做到设计—生产—施工数据统一协同共享。在BIM 数据库系统、统一的流程框架下进行作业，才能高效协同。实际施工证明，难度极大的龙桥通过也只有通过全程采用BIM 技术，才能圆满地实现最初的建筑设想和项目整体的各项高标准要求。

通过模型提取龙骨定位点，从而确定龙骨位置及放线方案，并进行龙骨施工。该工程采用Rhino+Grasshopper 提料与加工，同时与材料厂家、施工队伍进行全过程BIM 信息共享，大大降低了相关单位的工作量，缩短了中间环节时间，提高了加工安装精度。

现场安装管理通过BIM 技术的全过程运用，将建筑设计理念得以完美的实现。2022 年，伴随着飘飘洒洒的雪花，崇礼太子城冰雪小镇在冬季奥运会中绽放光彩（见图3）。

图3 项目完成后整体实景照片

5 幕墙移交和维保阶段

将施工阶段调整并修正的幕墙BIM 模型数据移交给后续管理和使用方，将极有利于物业管理和业主的使用，后期一旦有维修更换，也将迅速便捷地查找出位置、分析相关条件并给出解决方案。

5.1 建筑幕墙开启扇、亮化等设备远程控制

把原来建筑内部中独立运行并操作的各设备，通过RFID等技术汇总到统一的平台上进行管理和控制。一方面了解设备的运行状况，另一方面进行远程控制。

5.2 幕墙材料、设备编号并空间定位

给予各幕墙系统各设备空间位置信息，把原来编号或者文字表示变成三维图形位置，这样一方面便于查找，另一方面参看也更直观更形象。

5.3 幕墙构成的内部空间可视化

现代建筑业发端以来，信息都存在于二维图纸和各种机电设备的操作手册上，需要使用的时候由专业人员自己去查找信息、理解信息，然后据此决策对建筑物进行建设。利用BIM 技术建立一个可视三维模型，所有数据和信息可以从模型里面调用。

5.4 幕墙运营维护数据累积与分析

运营维护数据的积累，对于管理来说具有很大的价值。可以通过数据来分析目前存在的问题和隐患，也可以通过数据来优化和完善现行管理。

6 结语

建筑幕墙的施工已经逐渐实现了高科技、高度信息化、高度透明化，同时要求经济化、绿色环保化、智能化，因此，BIM技术在建筑幕墙中的应用是必然的趋势。在建筑幕墙施工全生命周期管理中应用BIM 技术，也将是项目管理现代科学发展的必然。