BIM技术在建筑幕墙施工全生命周期管理中的应用

BIM技术在建筑幕墙施工全生命周期管理中的应用

阳玉燕

中建八局西南公司装饰与城市更新分公司  四川省成都市610213

摘要：在现代建筑发展领域中，出现了诸多先进理念和施工技术，其中，幕墙作为融建筑技术、建筑艺术为一体的外围护结构，自1851年出现以来，取得了广泛的应用。上世纪80年代起我国开始采用幕墙形式，经过近40年的蓬勃发展，我国幕墙行业产能规模超过1亿平方米/年。存量建筑幕墙日益老化的趋势及幕墙建筑交付后维护保养的不规范、不及时等原因导致相关安全事故频发，严重危害人民生命财产安全。建设行政主管部门及相关责任主体采用传统手段进行幕墙管理和维护效率低、成本高。因此采用BIM技术加强建筑幕墙全生命周期管理，形成更加全面系统的监管、维护体系十分必要。

关键词：BIM技术；建筑幕墙；全生命周期管理

引言

随着社会经济的高速发展，各行业的信息化、智能化水平都在提高，建筑行业的信息化、智能化必将是未来发展的趋势。BIM技术的出现积极推动了建筑行业的进步与发展，在建筑幕墙工程施工过程中，利用BIM技术，将高效促进幕墙的制造及施工质量、促进施工技术现代化，建筑行业信息化。

1建筑幕墙概念及特点

1.1概念

建筑幕墙是指由支承结构体系与面板组成的、可相对主体结构有一定位移能力、不分担主体结构所受作用的建筑外围护结构或装饰性结构，如常见的根据面材进行分类的玻璃幕墙、石材幕墙、金属板幕墙和人造板材幕墙，按施工工艺进行分类的构件式幕墙和单元式幕墙等。

BIM依赖于强大的三维建模、信息关联、协同办公、可视化等特性，在幕墙设计行业方案阶段、施工图设计阶段、施工下料阶段等正在得到广泛的应用。

本文以成都天府新区独角兽启动区幕墙工程实例来介绍BIM技术在幕墙深化设计中的应用。

二、工程实例

1. 工程概述

本工程位于四川省成都市天府新区成都直管区兴隆湖湖畔,鹿溪智谷核心区，为扎哈哈迪德事务所设计的整个成都独角兽项目众多造型各异的办公写字楼中第一个建筑项目，成都独角兽项目方案设计形态创新多变，可以适应多种不同需求，规划上也强调生态和科技的结合，旨在打造高品质、全周期、全要素的良性发展为目标的产业生态圈。

BIM参数化设计步骤过程：

　　1、技术手段的选取：输入数据为建筑表皮的定位点坐标、表皮为典型的非线性高阶曲面、需求的数据量非常大且涵盖面广;为了优化设计流程，更好的体现参数化特征，幕墙建模并没有采用流行的GrassHopper方式建模，而采用了Rhino软件平台及其内部集成的Python开发环境的技术路线。其显著特点是集成度高、运行稳定、提取数据功能强大灵活，尤其适合设计中的参数调整。

2、幕墙实施步骤(以屋面及竖筒部位为例)：依据设计单位和建筑师的设计意图，根据定位点，将分格线建立出模型，并且与建筑师的建筑表皮进行拟合度校对，再依据建筑师的效果以及确定的幕墙系统图纸，将面板和主龙骨等构件生成模型。

　在龙骨上进行切角、打孔等处理，因为项目的特殊性，每一根龙骨的切角尺寸和角度、打孔的位置以及辅助连接构件等，其尺寸和距离都是不一样的，需要根据幕墙系统的尺寸逻辑，对每一根龙骨进行处理。其3000多跟龙骨按照编制的参数化驱动的程序，由软件全自动处理。配合加工图和工艺图，从模型中提取导出加工尺寸，供生产单位加工制造。通过BIM参数化设计，所有构件的加工信息、料单以及施工定位数据可以在不到一个月时间即完成。

2.2表皮模型构建

通过建筑施工图建立项目表皮模型是幕墙BIM技术实施的基础。依据建筑施工图中提供的建筑造型相关信息，使用三维建模软件完成建筑表皮的复建。可以在建模过程中发现图纸存在的问题，并及时进行梳理纠正。表皮模型也是后期幕墙深化的基础，基于已经完成的表皮，可以进行碰撞分析、优化分析及构造分析等针对本项目的幕墙方案基础研究，通过直观的数据，反映幕墙方案的可行性以及可优化方向，使方案修改做到有的放矢。从顶端把控整体设计流程，极大地提升了设计效率。

2.3碰撞检查

在幕墙工程施工过程中，会出现无法满足安装空间要求的情况，这直接影响了建筑工程的整体质量和建筑还原度，并且可能会给项目带来一定的经济损失。那么BIM技术在施工过程中的应用，就可以实现高效的施工碰撞分析，减少因为设计过程中所存在的一些无法满足安装空间或是结构突出幕墙完成面的严重碰撞问题，保证施工能够顺利高效的进行。碰撞检查的一种有效方法是进行模型施工预模拟。采用三维扫描仪对整个钢结构进行了扫描和测量，得到大量点云数据，运用Geomagic Control X 2018软件进行了数据处理后逆向建模，与原理论模型进行分析对比。发现现场钢结构与理论模型产生了大量的错位、干涉等偏差.经过项目各方分析、协调达成意见：原表皮模型必须要通过调整、重新塑形以适应现有已经成型的空间钢结构的形位偏差。

2.4表皮模型调整

由于现场钢结构与理论的偏差，在漏斗处原幕墙表皮需要往外退180mm才可满足安装设计要求。由于幕墙表皮为异型双曲面造型，在顶部与檐口铝板的交接线不能有变动，因此新的幕墙表皮不能整体往外偏移180mm，而应该在漏斗处至檐口铝板交接处为不等量的渐变偏移，偏移量由180mm渐变至0，再通过采用python编程方式找出原曲面的控制点、生成新的曲面，偏移后得到的新曲面跟原曲面一样光滑顺畅，得到了扎哈哈迪德设计团队的一致认可。

2.5幕墙分格调整

根据扎哈哈迪德设计团队的要求，新的幕墙分格需要按照现场实际的钢结构来做相应的调整，务必使每根铝框与主体钢结构的偏移量尽可能小，且调整后的分格线需要在径向上与原分格径向保持同一直线，以漏斗竖桶处分格线为铅垂线，上下分格点不允许存在左右方向的偏差。为此采取了以下python编程建模，利用扫描后得到的主体结构模型，求出每段钢梁的中心线。并以此求得出了幕墙新的分格线模型。在建模的过程中，对各条线、点以及线所在的三角形等进行编号、分类处理，以便进行下一步的模型BIM参数化下料。

2.6面材、龙骨和转角件BIM参数化提料加工

在建立分格线时已经区分好了面材的类别，此时只用python编程测量各条边相邻两个面的角度，并提取相应的各个个边长数据，然后一并导出、用于面材加工。同时可以生成面材的实际板块，便于查看和校对。阳角处玻璃节点、提取各面材边长尺寸参数及各种角度、从模型中导出面材的加工数据。

合金主龙骨的下料是整个项目当中最复杂的一个环节，在一个交点处有6根铝框相交，各个铝框之间需要两两相切，所切的角度无一相同。根据所切角度的方式不同，铝框的加工类型可分为8种形式。再考虑耳板处铝框开孔等其他参数，单根铝框的加工参数多达28个。

2.7现场安装

利用Rhino建立的模型，通过python编程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对钢圆球进行定位。对钢圆球的定位决定了铝合金主龙骨的安装精度。最终现场施工按照通过python编程提取的各个加工参数、定位座标等数据，每块面材和龙骨均完美定位安装，无一出现加工错误或安装错位的情形。

工程采用Rhino+python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。

结语

建筑幕墙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。

参考文献

[1]王斌,王丽.BIM技术在幕墙结构施工过程管理中的应用研究[J].建筑技术,2017,48(4):417-420.

[2]乐书芳，杨骥.BIM技术在幕墙工程中的应用分析[J].建筑工程技术与设计，2017（11）：651.

[3]江俊福.BIM技术在异形幕墙施工中的应用[J].中国科技信息，2018（20）：3.