BIM技术与建筑幕墙工程

BIM技术与建筑幕墙工程

倪炜兴

珠海兴业绿色建筑科技有限公司519000

摘要：随着全球经济迅速发展，技术水平日愈成熟进步，新兴材料推陈出新，设计理念更加奔放自由，人们对建筑美学的要求越来越高，建筑变得更加张扬多变，风格多样，形态各异，系统结构设施也更复杂。幕墙做为建筑的集美丽与功能性于一体的外衣，越来越多的用在现代化大都市的建筑工程之中，成为“都市型产业”。传统的幕墙设计施工图纸是使用CAD绘图软件，在设计师提供的平立面结构图纸基础上进行绘制的。而基于最先进的三维数字设计及工程软件，所构建的“可视化”数字建筑信息模型（Buildinginformationmodeling）BIM，即可提供工程的模拟和分析、设计、建造、运营管理等，极大提升了设计效率和信息准确性，节省成本缩短工期等。本文将阐述BIM与幕墙工程从投标到设计再到施工阶段的关系、应用方向，以及幕墙企业面对这一门新兴技术可以采取的措施。

关键词：BIM；幕墙；设计；施工

1BIM技术在国内的发展研究现状

目前BIM正在为越来越多的人所了解，建筑行业正在经历着一场BIM的洗礼。设计单位、房地产开发商、施工单位、运营维护单位、高校科研机构等都已经纷纷设立BIM研究机构。其中设计施工单位更是积极运用，以提高效率，减少材料损耗，节省工期。国家“十一五”规划中BIM已成为国家科技支撑计划重点项目，国家“十二五”规划中进一步将BIM建筑信息模型作为信息化的重点研究课题，“十三五”规划中已明确BIM各阶段参与单位机构的发展方向。

国内已经有不少建设项目在项目建设的各个时期不同程度地使用了BIM技术，如上海中心大厦、上海迪斯尼项目、香港启德明渠、澳门轻轨铁路系统一期地下车站与隧道等。

1.1幕墙行业与BIM技术

目前，我国幕墙产销量已是世界第一。中国建筑金属结构协会的统计数据显示，从2001年的1600万平方米到2010年的8300万平方米，十年增长了4.19倍。并呈继续稳步增长的趋势。

表1-12001-2010中国建筑幕墙年产量单位：万平方米

经过多年的发展和积累，幕墙的种类已变得多元化、复杂化、现代化。从简单的明框玻璃幕墙，到半隐框、全隐框玻璃幕墙，以及铝板、石材、陶土板幕墙。随之结构增加了框架式、单元式、点式、双层通风等。功能性也与时俱进，有更为绿色环保的节能幕墙、建筑就可以发电的光电幕墙、可调节的智能幕墙等。而国内幕墙企业大多为设计生产施工一体化的经营模式，如何管理好这些种类繁多形式多样的工程技术环节中的信息，以及与其他各专业顺畅高效的沟通，成为幕墙公司最为期待解决的问题。

1.2.幕墙工程与BIM的结合

BIM软件与其他参数化造型设计软件不同的是，它不仅能对复杂建筑系统进行参数化建模，还能对幕墙的构件尺寸、空间三维位置进行参数化设计。并且可以将这些设定好了的参数及关联规则延用到施工深化设计中去。在一般的幕墙施工图深化设计过程中，常有因施工工艺及技术原因，导致设计方案的变更，从而引起效率低下材料浪费等一系列问题。而根据BIM软件中的参数计算模拟出幕墙新方案的单元面板和构件，并使建筑表皮效果可以更复杂独特的数字化设计、建造方法，在目前已是众多不同类型幕墙工程的最主流的设计技术之一。实际应用流程如下图1。

图1幕墙工程与BIM技术结合流程图

幕墙工程的BIM工作由专业BIM团队和幕墙工程技术人员合作完成，以BIM模型为总信息载体，以建筑幕墙设计师的理念为核心，通过对幕墙专业技术、管理团队引入BIM技术进行流程的改变，或企业内部自建专项BIM团队，并配合业主及相关专业单位进行基于BIM的幕墙工程设计、施工和管理，为项目提供配套工程技术以及相关解决方案。

2BIM技术在幕墙工程中的应用

2.1幕墙工程招标阶段

如本文第一章图1-1所示，幕墙工程项目始于招标，建筑业主方或业主的代理咨询公司发出招标公告或邀约，建筑幕墙公司应标购买标书获得甲方资料，并开始进行幕墙方案设计。而建筑工程参与方一向众多，专业纷杂，如果在设计之初就能通过BIM软件，如Autodesk公司的RevitServer，把各单位联系起来，各方都能在这个平台上看到他方的意图及成果，可顺利协同工作。整个项目实施过程应由业主主导，运用BIM对包括幕墙在内的所有相关专业的设计、施工、维护管理进行全方位规划，并贯穿整个建筑生命周期，这对于建筑业主的益处是显而易见的。所以BIM技术实施于幕墙项目将成为甲方招标的必要条件，如上海中心大厦是全生命周期里应用BIM的典型案例，这种趋势对于应标公司来说挑战，也是未来发展的方向。

2.2各类型建筑幕墙方案设计与BIM技术应用

目前国内BIM技术在幕墙项目中的应用较多的主要在设计阶段和施工阶段，相对于传统的二维CAD软件，幕墙设计公司为了向业主清晰表达自己的设计意图，增加中标的概率，尤其是大型复杂的幕墙项目会优先考虑采用BIM技术进行三维可视化设计，用于向业主展示其设计理念以及成型后的效果。

最需要BIM技术支持的是异形建筑幕墙，异形建筑幕墙即区别于传统平面幕墙的形状特殊的建筑幕墙，主要特点是表面呈现曲面形态，用以表现富有个性的艺术空间感，增强了建筑的视觉冲击力和感染力。如上海中心大厦，天津博物馆等。此类幕墙的设计制作施工安装的难度都比普通幕墙高出不少，双曲截面普通软件无法绘制以及深化设计，而BIM软件可以根据参数建模，再设计，后期施工阶段按实际幕墙板块分格，生成加工图。基于BIM创建的幕墙系统三维模型，可与其他专业进行碰撞测试（3DCoordination），在设计阶段就杜绝了后期的施工问题。

绿色建筑的概念越来越被人们所重视。所谓绿色建筑，是指在全寿命周期内，最大限度地节能、节地、节水、节材、保护环境、减少污染，为人们提供健康、适用和高效的使用空间，与自然和谐共生的建筑（摘自《绿色建筑评价标准》GB50378）。建筑幕墙做为建筑的外衣，承担着更多的绿色环保责任。而传统的建筑能耗计算是在项目建设完成后进行的，这样即使得到的结果较差，若重新对项目进行设计和施工影响将是巨大的。若在设计阶段就结合BIM技术，即可最大限度地降低能耗，达到绿色节能的目的。利用BIM技术进行建筑能耗分析流程如下图2所示。

图2建筑能耗分析流程

BIM能耗分析软件有Autodesk公司的EcotectAnalysis、GreenBuildingStudio、国产的PKPM等。这些软件能够细分到各专业领域，各分项工程，企业应基于BIM设计、技术管理、信息集成等共通的功能而择优使用。

在方案表现方面，幕墙方案设计出来后，传统的表现方式除了以二维CAD的形式体现外，需另由专业建筑表现人员制作三维效果图及游览动画。流程是将CAD二维线导入3D软件制作三维模型，然后再设置模拟灯光最后渲染出图。制作三维模型及渲染都是耗时耗人力的过程，方案一旦修改这些流程又将重头来一遍。方案确定下来不再需要效果图后，这个花费大量时间人力建立的三维模型就不再有用武之地。而BIM技术提供了方便的可视化功能，幕墙设计师可实时看到自己设计的幕墙系统三维效果，各构件之间的关系，而且是整个设计、建造、运营、维护过程的可视化。通过配套使用Revit、3dsMax等软件，也可以制作逼真的现实环境，进行灯光模拟，输出更吸引眼球更有体验感更人性化的效果图或动画。

2.3BIM技术在幕墙施工阶段的管理应用

幕墙方案设计阶段之后就是实施阶段，BIM?技术在幕墙施工阶段的应用有几个方面，一是设计效果可视化，实时呈现，二是模型效果碰撞检验，三是四维效果的模拟和施工过程的监控。在用专业软件如Revit，为工程建立了三维信息模型后，我们可以得到项目建成后的效果，作为虚拟的建筑，BIM可以为我们展现二维图纸没有的视觉效果和更多角度，同时还为有效控制施工安排，减少返工，控制材料和人力成本，创造绿色环保低碳施工等方面提供了有力的支持。

（1）施工进度控制及协同管理。由前文可见，BIM技术相对于传统设计技术，最大的价值就是基于项目信息纵向、横向传递的可实现性，能实现项目总体与分项工程的信息协作。而协同作业工程信息的来源，就是在设计环节就开始的信息共享与互通。

工程项目的项目计划进度表是控制项目时间的重要表格，但因比较复杂，一般在现场不会根据实际情况及时调整更新，如此一来项目的进度审查跟踪就会比较困难。使用BIM加入时间轴对三维模型进行施工模拟，项目计划进度表会以动态模型显现，各个状态区别显示，清晰明了。特别在复杂异形幕墙工程中，因多专业交叉作业和管理复杂的问题，协同显得更加重要。通过实施项目信息的BIM协同，可消除这些不利因素，以提高效率获得项目增值。

（2）施工质量管理和造价管理。传统流程下的施工质量一般取决于施工人员的技术水平和对图纸的理解能力、经验等，不少幕墙项目对施工精度要求较高，BIM平台可以输出精确的构件模型图纸并模拟出详细的三维施工流程，以此交付现场施工人员，确保技术交底阶段不会出现沟通问题，避免出现人为因素的差错。

3幕墙企业开始实际应用BIM技术的手段

3.1培养人才组建专业团队

综合前文所述，BIM技术对于建筑的信息管理功能作用巨大，而目前我国幕墙业还处于BIM应用初级阶段，为了改变建筑幕墙业信息化水平不高的现状，立足于企业自身长远发展，全方位提升建筑幕墙业的管理技术和建设水平，我们应尽快应用BIM技术。在工程项目进行中，可以从局部开始，比如在常规方法难以完成的节点部分，使用BIM技术进行尝试，投入人员积极研究，即累积了经验，又锻炼了人才。幕墙企业应用BIM技术可以从专项技术团队的组建开始。

幕墙工程的实施需要企业多部门人员的配合，许多大型复杂项目在早期方案设计阶段，就引入专业工程师参与其中。工程项目的BIM专项技术团队应与幕墙专业技术团队同时存在并协同作业。

首先需要培养专业高效的幕墙BIM技术工程师，他们将是BIM专项技术团队的核心，其负责配合幕墙设计师搭建及维护幕墙工程的BIM模型，利用专业工具软件确保幕墙工程BIM模型的设计及应用过程顺利进行和落实，需要有较全面的设计、施工、管理知识、专业素养以及高效的沟通能力，可与其他不同专业的相关人员就BIM应用进行协同工作。

其次是BIM项目管理人员，即BIM项目经理。幕墙工程项目经理的职责与其他专业的项目经理职责类似，而BIM项目经理则是整个项目BIM应用过程的专项BIM技术负责人和管理人，对BIM工程师、BIM技术应用人员进行管理、实施计划的编制和执行，对总体目标和阶段性任务进行划分，制定总体计划和具体措施，能及时做出各种决策，负责工程各方BIM信息的协调与沟通，确保幕墙专业的BIM数据信息对项目整体质量、经济、安全、效率等指标起到优化控制的作用，对合同能全面执行并协调各职能部门关系。

3.2提升“软”实力及获取行业资源

这里的“软”实力指的是BIM软件工具的研发能力。BIM系统需要多个软件参与构成，目前使用较广泛的主要有Autodesk公司的Revit，集建筑、机电、暖通、结构等功能为一身；Bentley公司的图形平台MicroStation和Triforma、建筑模块Acrhitecture、结构模块Strutural、设备模块BuildingMechanicalSystem；结构设计为主的TEKLAStructure；Graphisoft（图软）公司基于BIM施工文档解决方案的ArchiCAD以及DASSaultSystemes（达索集团）的机械制造业软件Catia等等，任何BIM工作用一个软件或单一软件厂商并不能够完全胜任，如目前使用最多的Revit，可以对工程中的基建、结构、暖通、管道进行参数化的建模及构件材料的分解、统计，但对门窗、幕墙及其他外围护结构等专业子项的施工定额计算、加工制作、现场施工管理的功能不够细致，需配合Rhinoceros、Catia等三维造型软件使用。比如施工阶段造价控制方面，目前的软件在统计不规则构件的工程量及材料用量还存在着偏差，企业可以通过承接BIM在造价管理方向的课题研究，分析实际工程的BIM模型和工程数据，对比分析出软件出现偏差的原因，从而改进BIM软件，即二次开发。

我国部分科研机构及高校也对BIM的本地化实施已经进行了大力研究和探索，但由于国内没有大型国际化的AEC行业软件开发商，所以仍然没有国产本地化程度高通用性强的BIM软件及平台。故国内幕墙企业可结合自身实际情况，自主研发专业的幕墙BIM系统和软件，需包含幕墙BIM从设计到施工的全过程，并完善系统与主流BIM设计软件的API接口。如此，可使企业内部较快的推广应用BIM技术，增加企业的软实力。

行业资源方面，因我国的幕墙BIM标准还是空白，应尽早出台符合我国建筑幕墙行业实际情况的BIM标准，参与我国幕墙BIM标准的制定，可以快速获得行业的有利资源。美国已有幕墙相关BIM标准，实行统一的标准可以规范BIM技术在行业内的使用，更完善的解决BIM应用中的一些细节问题，明确各企业在建筑幕墙施工过程中的BIM工作和责任。在国家统一标准出台前，可以使用行业内广泛认可，并能实现制造业和建筑业跨界传递的IFC数据格式做为BIM数据标准。而足够精准，还可以延伸到生产加工阶段预制建筑构配件信息的数据格式，可以做为连通专业工程BIM模型设计、工程建造的数据格式标准。

4结束语

建筑信息模型（BIM）作为一种新兴技术，在建筑行业是一种全新的理念，是工程设计、技术、项目管理、运营等一系列技术和管理行为的伟大创新，是建筑业的一次技术革命，这一技术的普及将会颠覆以前诸多低效率的理念及管理方式，提升产业集成度，提高建筑整个生命周期的设计质量和生产效率，最大限度的节约建造时间和材料，降低综合成本。从规划、设计再到施工维护等等一系列的变革和创新，必会促进建筑行业信息化的腾飞。发达国家的许多机构包括项目甲方、大型建筑设计企业、工程管理咨询公司、各大高等院校、施工单位等，均把BIM技术列为重点战略发展方向。在我国，BIM技术仍处于前期起步阶段，仅有个别重点大型复杂工程进行了建筑、结构方面的应用实践，包括幕墙在内的其他重要的分项工程，其技术管理应用及系统化研究仍需努力探索。国家住房与城乡建设部印发的“2016－2020年建筑业信息化发展纲要”明确指出：建筑业信息化是建筑业发展战略的重要组成部分，也是建筑业转变发展方式、提质增效、节能减排的必然要求，对建筑业绿色发展、提高人民生活品质具有重要意义。

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