BIM 技術在異形建筑幕墻中的應用

高懿瓊GAO Yi-qiong；馬鐳MA Lei

（蘭州交通大學，蘭州 730070）

（Lanzhou Jiaotong University，Lanzhou 730070，China）

0 引言

當今技術的發展讓越來越多的建筑擺脫傳統技術的束縛，以更加自由的姿態展示其獨特的個性。令人炫目驚嘆之余，異形建筑也給建造者帶來了一系列需要解決的“新問題”：很多部位用傳統的“二維施工圖”無法清晰表達設計意圖，這正促使建筑界采用更加有效的手段進行設計、施工與管控，由此，BIM 應運而生。BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）是以三維數字技術為基礎，集成了建筑工程項目各種相關信息的工程數據模型，是對工程項目相關信息的詳盡表達。BIM 的出現改變了現有建筑生命周期的傳統工作方式，也改變了中國建筑業現狀的發展趨勢。BIM 作為一種先進的工具和工作方式，非常符合目前我國建筑業信息技術的發展趨勢。

1 異形建筑與異形建筑幕墻

科技和社會的飛速發展與進步使得建筑物外觀具有藝術形態之美，建筑藝術是建筑師賦予建筑物的一種表現形式即建筑靈魂。然而，人類總喜歡打破常規，創造新奇。現代建筑物中異形優秀的藝術作品不斷涌現，如澳大利亞的悉尼歌劇院、法國埃菲爾鐵塔、加拿大夢露大廈、德國寶馬世界和中國的國家體育館鳥巢等，這些建筑都給人類留下了極高的文化價值和審美價值。建筑藝術按照形態美的規律，運用其獨特的藝術語言來使建筑物具有文化價值和審美價值，它是通過建筑形象而表現出來的。怪異的造型和幕墻設計，使得建筑風格發生了顛覆性的變化，也給人們腦海里留下了深深的烙印并成為一種認知。

近年來，在傳統平面幕墻的基礎之上，異形建筑幕墻日益增加。異形建筑幕墻顧名思義即特殊形狀的建筑幕墻，主要指建筑幕墻表面整體的形態呈曲面而呈現出較為特殊的立面及空間效果。異形建筑幕墻根據其曲面的形狀可分為回轉曲面幕墻和非回轉曲面幕墻。異形建筑幕墻以其極強的藝術表現力來營造富有個性的藝術空間，增強建筑的視覺沖擊力和感染力。例如，國家大劇院主體結構采用了橢圓穹形結構、北京天文館新館運用雙曲面中空玻璃幕墻、上海中心大廈的內外雙層幕墻系統、天津博物館似“天鵝”破殼而出的仿生建筑等成為了異形幕墻建筑的代表作品。雖然異形建筑幕墻以其自身獨特的形態構造和特點被大眾所喜愛，但是由于異形建筑表面的形態異樣而使幕墻設計、制作及加工難度加大，材料儲存運輸要求相應提高，其空間造型特殊使工程施工難度加大。并且異形建筑幕墻的造型越來越復雜，隨之承載的信息也越來越多，傳統的二維軟件無法滿足異形幕墻在設計、制作和安裝工作中的要求，需要建立三維模型去完成，而BIM 技術剛好可以實現異形建筑幕墻在建筑中所遇到的難題。

2 BIM 技術在異形建筑幕墻中的應用

2.1 BIM（建筑信息模型）概述 BIM 起源于20 世紀70年 代，之 后 Charles Eastman[1]、Jerry Laiserin[2]及McGraw-Hill 建筑信息公司[3]等對BIM 的概念進行了定義：“BIM 是設施物理和功能特性的數字表達；BIM 是一個共享的知識資源，是一個分享有關這個設施的信息，為該設施從概念到拆除的全壽命周期中的所有決策提供可靠依據的過程；在項目不同階段，不同利益相關方通過在BIM 中插入、提取、更新和修改信息，以支持和反映各自職責的協同工作”[5]。BIM 建立模型時賦予模型建筑信息的屬性（如構件的材料、尺寸、配筋和鋼號，設備的廠家、型號和功率等）。所以說，BIM 的參數模型不只是局限于建筑構件的物理屬性，也包含整個項目生命周期所有的動態信息[6]。BIM 的運用無疑是建筑界的工業改革。

目前，建筑幕墻工程信息將對整個建筑工程周期乃至整個建筑物生命周期都會產生重要的影響。對這些信息利用并且處理得好，就能夠節省工程的開支，縮短工期，也可惠及工程后期的運營維護。鑒于此，BIM 技術應在建筑幕墻行業大力推廣。而BIM—建筑信息模型，從二維圖紙到三維設計的革命，是一次真正的信息革命。

BIM 以其參數化、可視化、協同效率高以及對項目全生命周期的影響得到了建筑行業市場的極力認可，在美國、英國等發達國家的發展和應用已經達到了一定的水平。但是，在我國建筑幕墻的應用還處于起步階段。雖然由于客觀條件的限制，BIM 技術在632m 的上海中心大廈雙層幕墻設計施工過程中只是扮演了輔助的角色，但是其在深化設計、解決現場施工碰撞方案、施工協調、施工預算和節能日照計算等方面的出色表現已經展示出了它的潛質，在信息化程度越來越高的異形建筑幕墻行業，BIM 的發展和應用的前景不可限量。BIM 的發展離不開軟件的支持。當前，Graphisoft 公司的ArchiCAD、Bentley 公司的Tri-Forma 以及Autodesk 公司的Revit Architecture 等建筑設計軟件系統，都是應用了BIM 技術開發的，可以支持建筑工程整個生命周期的集成管理環境。

2.2 BIM 技術對異形幕墻的優化設計 隨著計算機技術的飛速發展，建筑業已經步入了異形空間、異形表皮的設計階段，三維曲面的幕墻設計已比比皆是，但受限于三維曲面幕墻成本高昂的限制，總是需要進行優化設計。如BIM 可以通過調整邏輯公示及其參數可以盡量使曲面有理化，使組合單元盡量的標準化，既能保證最終效果的順暢自然又能降低建造成本及施工難度。下面以漢街萬達廣場為例來說明BIM 在異形幕墻中的優化設計及應用。

武漢漢街萬達廣場是萬達廣場的全國一號旗艦店，是萬達集團創新產品模式的輝煌代表作品。建筑設計新奇絢麗，內部裝修極為奢華。項目總建筑面積15 萬平方米，其中包括全國最大的萬千百貨店；將引進超過60 個奢侈品品牌，成為奢侈品品牌在中國的大集合。數據顯示，武漢萬達廣場總投資400 億元，武漢將成為萬達在全國投資規模最大的城市。購物中心總建筑面積達9.3 萬平方米。其中五星級酒店和超高層寫字樓面積15 萬平方米。萬達廣場是歷史上首個采用單元式幕墻系統的設計，9 個球形成一個單元，采用外墻模塊化生產。并且它是中國商業建筑史上第一個采用了外立面和泛光一體化的設計，是中國真正意義上的“媒體幕墻”商業建筑。

很多異形建筑都要尋找規律，找到一個可以定義的體量，用一段弧線生成好的邊界，再由邊界生成面，通過基于BIM 平臺的參數化設計能夠精準的劃分曲面幕墻表皮，計算出最合理的方案。然而，對于異形建筑項目的難點，例如采光頂部分，BIM 能對整個采光頂進行參數化設計。由于圓中庭和橢圓中庭的尺度差異較大，被鋼結構分隔成的玻璃大小各異，在后期施工時將耗費巨大的成本。使用BIM技術可以使采光頂曲面每塊玻璃盡量標準化，異型玻璃數量減少，可以大大節約成本，達到優化設計的目的。

2.3 BIM 技術對異形幕墻的預制裝配應用 在傳統異形幕墻制作中未對模型深化進行加工，而是將模型展開成平面進行下料，然后利用鋼化爐自動拱起一個適合的弧度。這種方法在用到雙曲面幕墻時，加工難度大，容易造成幕墻滲漏等問題而經常返工。然而，BIM 介入預制異形幕墻，能夠保證項目全生命周期的順利完成。BIM 通過參數化建模極大地提高工作效率，又能精細到曲面幕墻表皮的劃分，還可以減少預制幕墻的出錯率。

在國內，大家對于預制構建有很多不同的看法，追溯其因，主要是在做之前，不能進行預先分析，無法預測完成后是怎樣的效果，這才是我們需要正視的問題。然而，值得一提的是，國內很多企業已經開始了這方面的嘗試。比如，BIM 項目的典范——上海中心的每一塊幕墻不光是預制的，而且是預裝配的。1000 多塊幕墻，每塊幕墻的形狀都是不一樣的。為解決這一問題，項目采用了BIM 預制和預裝配。在工廠里，將準確的幕墻屬性信息（無論是裁制的尺寸，還是曲變的彎度）輸入到機械制造的生產軟件當中去，生產這樣的幕墻，然后按照BIM 模型的指導模擬現場實際情況進行預拼裝。這些裝配好的幕墻運到現場之后，無論是運輸成本，還是返工成本都急劇的下降了。因此，用BIM 做預制，使所有的構件都能夠做到能量化、能準確預估，那么將會給我們帶來無法估計的效益，也能保證最基本的施工安全問題。

2.4 BIM 技術對異形幕墻施工安裝階段的應用 在施工階段，為了降低建造中的誤差，就需要運用BIM 技術自動完成異形建筑幕墻構件的加工，這樣既提高施工效率，又能滿足項目的集成管理和全生命周期管理要求[7]。

BIM 技術能夠合理的安排異形幕墻施工計劃以及優化任務和安裝工作順序。避免了在進行現場安裝時，板塊安裝尺寸誤差的不嚴格控制以及龍骨框架不精確的調整，減少了累積誤差較大現象的發生。我們還可以利用BIM技術合理制定維護計劃，從而提高運營與維護階段管理的效率并且降低維護成本。

3 結語

BIM 技術對異形建筑幕墻的應用能夠保證每一步工作的前進都是合理的、可控的，同時下一步的工作依照前一步的足跡走下去，真正做到了“事前預控與事中調控”，為保證最終異形幕墻的質量提供了可靠的依據。現如今，BIM 已經超越設計和施工階段，涵蓋了整個項目的生命周期。隨著我國幕墻行業的日趨成熟和發展，使得人們對建筑美學有著更高的追求，而BIM 技術應用于異形建筑幕墻將會成未來幕墻行業的主流，前景無可限量。由此看來，BIM 的運用猶如勢不可擋的時代潮流滾滾而來，這無疑將是建筑界一場值得慶祝的盛大革命!

[1]LAISERIN J.Comparing pommes and naranjas [EB/OL].（2002）http：//www.Laiserin.com/.

[2]GUO H L，LI H，SKITMORE M.Life cycle managementof construction projects based on Virtual Prototypingtechnology [J].Journal of Management in Engineering，2010，26（1）：41-47.

[3]麥格勞-希爾建筑信息公司在中國發布首份關于BIM 的中文調研報告——建筑信息模型：SmartMarketReport-Building Information Modeling，2009.

[4]美國國家BIM 標準第一版第一部分：National Institute of Buiding Sciences，United States National BuildingInformation Modeling Standard，Version1-Part 1[R].

[5]何清華，錢麗麗，段運峰，李永奎.BIM 在國內外應用的現狀及障礙研究[J].工程管理學報，2012,26（1）：12-13.

[6]王珺.BIM 理念及BIM 軟件在建設項目中的應用研究[D].成都：西南交通大學，2011.

[7]過俊.BIM 在國內建筑全生命周期的典型應用[J].建筑技藝，2011（1）：95-99.