基于BIM技术的异形体幕墙网格优化分析

叶盛智, 刘亮亮, 李钢

[摘要]通过EXCEL梳理数据关系，再通过BIM数字化三维参数化设计的方法，将多软件交叉使用、数据参数化转换使用等过程，提出了异形体幕墙网格优化解决方法思路，解决了幕墙表皮优化、参数化网格划分、自动构件定位、自动材料提取、自动数字化图纸等功能需求。基于BIM参数化设计技术，能够指导空间三维形式的大体量异形体幕墙的建设-运维等全过程周期的辅助应用，不仅提高了施工前方案确定的速度与效率，更能够在后续施工管理与运维管理过程中，通过参数化、开放式的数据形式，游刃有余的在幕墙系统建造的全生命周期中作好科学的技术指导与应用依据。

[关键词]BIM技术; 异形幕墙; 网格优化 信息管理

[中国分类号]TU767.5                      [文献标志码]A

1BIM技术与幕墙系统

BIM（Building Information Modeling），又称为建筑信息模型，是一个从规划、设计、施工到管理各阶段统一协调的技术［1］，工程项目全生命周期中重要的管理手段。狭义来说是把使用标准的需求理念转换成相应物理数据的技术手段。理想情况下，BIM技术的应用过程是利用集中式数字采集完成三维建模，基于三维模型进行数据分析与业务应用，整体分为数据采集—数据分析与处理—发布业务服务3个过程，涵盖了工程项目的咨询设计到建设管理再到运维管理的全生命周期。每个建筑参与者基于模型以不同身份去协同操作与管理数据，同时也允许工程其他相关人员能够进行数据修改、完善与数据处理。

随着经济的发展，幕墙系统也在不断走向复杂化、艺术化的道路。传统的二维图形已经无法满足这些复杂建筑幕墙的方案设计、放线定位、材料下单等的要求，设计的复杂程度也远远超出二维所能表达的能力：具体面临问题主要有几点：①参数化的幕墙表皮；②大量双曲面板需要优化成可展曲面； ③参数化嵌板分析［2］；④安装定位困难；⑤工程量的统计准确度不高；⑥幕墙材料提取以及下料困难。上述问题的提出，迫切需要一种创新的技术来解决现代幕墙建造中遇到的难题。

2BIM参数化设计解决幕墙系统的思路分析

为解决现有幕墙技术系统中存在的问题，基于BIM技术的参数化设计应运而生［3］。通过BIM数字化三维参数化设计的角度，将多软件交叉使用、数据参数化转换使用等过程，提出了异形体幕墙网格优化解决方法思路，解决了幕墙表皮优化、参数化网格划分、自动构件定位、自动材料提取、自动数字化图纸等功能，消除了利用传统方案的碰撞、返工、定位难的问题，不仅提高了施工前方案确定的速度与效率，减少了浪费的问题，更能够在后续施工管理与运维管理过程中，通过参数化、开放式的数据形式，保证了模型的张力，从而能够游刃有余地在幕墙系统建造的全生命周期中做好科学的技术指导与应用依据。

基于BIM技术的异形体幕墙网格优化解决方法，包括步骤：

S1：将设计方案阶段的基础SKECHUP模型或二维CAD图纸导入BIM软件RHINO中进行幕墙NURBS CURVE或NURBS SURFACE的创建，依据得到的模型进行表皮曲率分析，为幕墙表皮优化提供基础数据［4］。表皮模型创建优化包括但不限于玻璃幕墙、铝板幕墙、石材幕墙、幕墙龙骨等。

S2：如果结构完成，利用三维激光扫描仪对结构模型进行扫描，获取现阶段最真实的基础数据，然后根据结构偏差调整幕墙表皮，完成第二阶段幕墙表皮优化。三维激光扫描仪的精度达到mm级别，可以更有效地配合BIM结构模型为幕墙的优化提供基础数据。

S3：将优化完毕的RHINO模型导入到BIM软件REVIT中，进行数字构件化创建。

S4：将幕墙嵌板制作成自适应构件；其中自适应构件创建时，平面玻璃利用4点创建，单曲玻璃利用6点创建，双曲玻璃利用9点创建。

S5：利用DYNAMO读取RHINO的幕墙表皮模型，使用软件的可视化编程功能进行幕墙表皮参数化分割，根据点位自动读取幕墙嵌板的点位形成数据化的幕墙表皮。

S6：根据S5得到的幕墙表皮，创建幕墙龙骨模型，利用DYNAMO可视化编程自动读取龙骨构件，自动参数化生成龙骨模型。

S7：再利用DYNAMO的数据提取自动安装幕墙预埋件的点位。

S8：利用REVIT的自动读取构件信息及自动形成工程量清单、材料清单的功能，提取数据提供给加工厂进行构件加工及工程结算。

S9：利用REVIT的自动出图功能，进行幕墙嵌板、龙骨的自动图纸生成［5］。

3BIM参数化设计优化幕墙系统的具体实施方案分析

基于BIM技术参数化设计的异形体幕墙网格优化解决方法的实施方案，具体过程：

3.1模型的建立

（1） 通过RHINO软件，搭建大体量异形体幕墙的表皮系统。通过软件，建立RHINO表皮，按照实际工程采用1∶1的比例进行计算机三维建模，考虑建筑设计的方案、实际结构工程的数据、二维平面图纸等，利用RHINO软件中的NURBS曲线进行复杂幕墙的线条勾画，如图1所示。

（2）利用NURBS曲线勾勒完毕后，软件会自动生成NURBS曲面，通过软件自带的分析功能，分析整个大体量异形体幕墙的表皮整体曲率、翘曲等，如图2所示。

（3）将优化完毕的曲面导入REVIT模型中，在进行导入过程中，注意REVIT软件的版本，如果REVIT软件的版本较高，可以通过软件自身进行直接导入，不需要过程转化数据格式。建议采用高版本自行导入，一是减少数据转化的过程，二是避免数据转化过程中出现丢失或者无法读取等情况，导致通过RHINO软件的NURBS曲线在REVIT中无法正确读取，影响数据完整性与正确性，导致后续分析错误继承，结果就不再正确，从而前功尽弃。導入到REVIT中，在软件里进行坐标、标高、轴网的定位［6］。

（4）利用DYNAMO软件读取RHINO的幕墙表皮模型，DYNAMO软件可以是单独下载的软件，同时在高版本的REVIT软件中，自带DYNAMO软件这一功能。另此处说明，进行本步骤分析时候，DYNAMO软件并非唯一选择，其中第一步提到的RHINO软件中，有个Grasshopper（简称GH）功能，同样可以达到参数化建模的效果， rhino+GRASSHOPPER的解决方案缺少构件的实体化信息，但是数据处理量较少，数据处理过程简洁方便，利用REVIT+DYANMO的解决方案可以将所有构件实体化，更有利于数据的读取与应用，相对的数据量较多，处理过程相对复杂。此处以DYNAMO演示，并进行网格划分，生成幕墙嵌板、龙骨、预埋件的点位，DYANMO自动进行构件的模型安装形成参数化数据模型，如图3所示。表皮分割如图4所示。

3.2通过上述数据处理，生成定位图、材料加工图、施工图等［7］

（1）利用DYNAMO可以直接将上一阶段的点位提取到EXCEL表格中，在EXCEL表格中对数据进行分类与梳理，形成各构件的定位图，如图5所示。

（2）根据上一阶段的模型数据，可以自动的生成现场施工的平面图纸、三维图纸、三维节点图纸、轻量化模型，到此，设计过程到施工过程的过渡问题，即设计优化得到解决，而且生成的三维图纸、节点图纸等可以指导施工，配合施工过程中三维扫描、三维放线等技术，可以很好地进行施工管理、提高管理效率，提高施工的质量与准确度，避免反反复复的施工返工，导致的材料浪费和成本增加等问题，对于成本管理控制也起到突出的作用。如图6所示。

（3）根据上一阶段的模型，物资管理部门可以自动提取材料清单，并对材料的规格、数量进行归类，提供给加工厂进行构件的加工，解决了下料难的问题［8］。

（4）根据上一阶段的模型，可以自动提取工程量清单，辅助工程后期结算和决算工作。

4总结与结束语

基于BIM技术的参数化深化设计，大体量异形体幕墙系统的网格优化得到了很好的实际解决，从设计到施工再到后期的运营维护管理，数据完整准确，思路清晰地解决了幕墙表皮优化、参数化网格划分、自动构件定位、自动材料提取、自动数字化图纸的功能，消除了利用传统方案的碰撞、返工、定位难的问题，提高了深化设计、材料加工的精度，减少了整個项目实施过程中时间的浪费，提高了整体的工作效率。

参考文献

［1］李超.浅谈BIM技术在建筑工程中的应用［J］.科技经济导刊，2016（15）：88-88.

［2］张鹏.BIM技术在幕墙工程中的应用［J］.施工技术，2013（8）：105-106.

［3］马锦姝，刘占省，侯钢领，等.基于BIM技术的单层平面索网点支式玻璃幕墙参数化设计［C］.//清华大学 东南大学 施工技术编辑部.第五届全国钢结构工程技术交流会论文集.2014：153-156.

［4］钱新宇.东方之门等超高和异型玻璃幕墙工程的设计与施工技术［J］.中国建筑装饰装修，2016（3）：112-121.

［5］黄志.基于BIM的倾斜弧形玻璃幕墙施工技术［J］.建筑技术开发，2020（14）：19-20.

［6］牟瑞芳，向文杰，熊明瑞.基于GIS的铁路货运站信息模型构建［C］.//中国城市科学研究会.第六届智慧城市与轨道交通国际峰会论文集.2019：1-5.

［7］马贵红.异形建筑单曲变截面铝板幕墙施工技术［J］.施工技术，2016（3）：115-118，122.

［8］王建勋.BIM技术在复杂屋盖体系中的应用［J］.天津建设科技，2016（3）：4-5.