基于BIM的信息化技術在幕墻工程中的應用實踐

李 燦

上海建工集團股份有限公司 上海 200080

由上海建工集團股份有限公司承建的港珠澳大橋澳門口岸管理區旅檢大樓工程（以下簡稱“旅檢大樓”），幕墻立面為標準化雙層鋁板設計，而天面遮陽篷及貴賓廳雨篷為雙曲面非標準化異形設計。幕墻面板面積120 000 m2（其中玻璃逾8 000 m2、格柵逾9 000 m2、鋁板逾90 000 m2），從深化設計到施工完成只有8個月時間。而相近體量的某項目幕墻專業僅現場安裝一項就用了2.3 a。傳統的管理模式無法完成嚴峻的工期目標。因此，項目部運用了以BIM為主的信息化技術貫穿了幕墻專業的設計、生產、物流以及安裝的全過程，以數據流管控為主線，在全環節提高效率、減少工期浪費，達到了“后墻不倒，以科技跑贏時間”的效果，為完成該專業在4個月必須現場完工的施工目標起到了積極的作用。

1 前端成果優化并建立數據載體

旅檢大樓幕墻專業在設計階段為保障工期、提高效率，從伊始就放棄了平面圖紙，直接采用BIM技術進行三維深化設計。此舉達到了3個目的[1-3]。

1）提高設計成果的可實施性。通過專業間的三維深化協同，解決了幕墻專業與其他專業間200余處的沖突問題。尤其是項目部運用BIM技術快速確定了貴賓廳遮陽蓬頂部的水槽位置（圖1）和底部鋁板的燈槽尺寸（圖2）。此區域的BIM應用不僅以最快速度確認了現場施工依據，另外，以三維模型為載體的鋁板造型數據錄入數控機床直接生產代替了傳統生產的方式，解決了雙曲面轉角收口鋁板加工后出現無法拼接的問題，避免了現場安裝時造成的工期延誤問題。

圖1 水槽位置

圖2 燈槽模型

2）優化設計對生產及安裝的積極作用。

① 天面遮陽篷面板優化設計。天面遮陽篷分為東西南北4個立面，項目部進行初步BIM建模后發現，大部分鋁板四點不共面（圖3），每塊鋁板的尺寸都不一樣，同時也使鋁板的加工難度變大，無法進行批量加工。通過BIM技術對模型優化，利用參數化編程為鋁板編號（圖4、圖5），將每個鋁板尺寸導入Excel表格中進行分類，尺寸相差在5 mm以內的鋁板歸類為同一個尺寸，使得此類鋁板相同率達到65%，通過僅此一項優化，在滿足設計要求的前提下，天面遮陽篷鋁板生產周期節省了約45 d。

圖3 鋁板四點不共面范圍

圖4 grasshopper編程

圖5 BIM軟件鋁板編號

② 幕墻鋼架的優化設計。幕墻面板固定在幕墻鋼架之上，旅檢大樓項目幕墻鋼架的優化設計重點是：我們將原設計方案的單件工生產再到現場焊接，調整為在工廠生產時即將單件生產為單片，再至現場進行框架裝配（圖6、圖7）。將大量現場焊接的節點部位，調整為工廠焊接、現場裝配，片裝鋼架的形式比原方案的單件構件在運輸環節提升工效約25%，并且減少了現場組裝場地的使用、降低了現場焊接發生質量問題和安全事故的可能性。

圖6 鋼架優化流程

圖7 優化成果及生產實物

3）建立了完整數據流的傳遞載體。傳統的二維加工圖紙無法作為全過程管理數據流的載體，而項目部在BIM模型建立的同時，為每個模型圖元（構件和零件）進行參數化編號，每個編號代表不同的材料、尺寸及位置，并以csv數據形式導出。首先，此數據可直接錄入數控加工機床進行加工生產，數字化的銜接過程相較于傳統的人為尺寸統計、歸并的二次錯誤，保證了加工數據的零失誤；其次，圖元的數據導入“智慧工地”信息平臺，具有可傳遞、可疊加的延續性（圖8）。這些特性不僅在加工過程中發揮了以上作用，并且在構件運輸、現場管理過程中繼續發揮作用。

圖8 圖元數據在“智慧工地”平臺的傳遞和疊加

2 BIM數據輔助數字化加工

在生產加工階段，項目部將經過深化設計后的加工級別BIM模型，以及設計圖紙標注的尺寸和加工制造的工藝要求將各面板及節點零件在計算機中進行數學放樣，即通過數學計算得到準確的各展開點的坐標點數據，并轉換為數控信息，精確輸入數控加工設備數據錄入窗口中（圖9），確定加工參數，進而直接驅動數控切割機、數控加工中心、數控鉆床等設備進行鋁型材等幕墻構件加工。

圖9 數控加工設備數據錄入窗口

在旅檢大樓項目中幕墻專業的數字化加工技術的應用使幕墻構件實現了90%以上的工廠化加工，既保證異型單元的檢查進度，又提高了檢查的效率，實現快速有效的100%出廠檢查。

3 BIM技術輔助物料管理

本工程在深化設計階段就對幕墻模型的單元面板、龍骨框架、非常規型材這類構件依據數據規劃進行唯一的編碼，并且同步上傳至“智慧工地”信息化平臺，在構件出廠前通過平臺提取數據產生料單以及構件的相應唯一的二維碼。料單中對每個構件都有唯一的編號，通過編號管理材料堆放，按標準單元模板圖快速拼裝單元。構件生產完成后，料單及二維碼在材料出廠即貼在相應構件上。所有構件在出廠、運輸、進場的即時狀態均由手持終端設備（每個環節的管理人員的手機即一部系統終端）在“智慧工地”平臺中更新，實現了數據采集信息化、構件狀態精準化。平臺化的物流管理方式，將大量紙質記錄轉化為電子數據，減輕了工作人員匯總難度，提高數據統計及查詢效率。而現場管理人員通過平臺及時掌握構件離廠、運輸、進場、安裝完成的狀態，便于其根據構件實際進場情況，動態調整安裝計劃，提高了施工現場的管理效率。

2017年8月22日—25日，15級“天鴿”和12級“帕卡”2次超強臺風先后登陸施工現場，幕墻面板受到臺風損壞。現場人員檢索損壞構件的編號，手機登錄智慧工地系統，0.5 h就將需重新加工的構件清單反饋給加工廠，以最快速度將更換的面板構件運至現場，最大程度地降低了臺風帶來的工期損失（圖10）。

4 結語

旅檢大樓項目幕墻專業通過使用以BIM為主的信息化技術輔助其深化設計、加工生產和物料運輸的實踐，保障了現場施工安裝的順利進行，實現了深化設計周期2個月，下單、采購、生產及運輸周期4個月，施工安裝時間4個月的工期目標。