BIM技術在幕墻設計中的應用研究

摘要：隨著我國生產力的不斷提高，我國社會經濟發展越來越迅速，城市大規模的建設也隨之增多。伴隨著越來越多超高層建筑的出現，形態也跟著變的多種多樣，而外幕墻結構的變化也隨著日益復雜。在今天三維技術應用日趨成熟，幕墻以及BIM及時也在不斷的發展，也在建筑行業引起了一場變革。本文主要分析了BIM技術在幕墻設計中的應用，研究分析BIM技術在幕墻設計中所存在的問題和建議，為今后BIM技術在我國的發展推廣應用提供參考。

關鍵詞：BIM技術;幕墻設計;應用研究;

Application of BIM Technology in Curtain Wall Design

Shuo Yao*

ShenYang YuanDa Aluminium Industry Engineering Co.，Ltd.， Shenyang 110027， Liaoning， China

Abstract： With the continuous improvement of China’s productivity， China’s social and economic development is getting faster and faster; and the large-scale urban construction has also increased. With the emergence of more and more super high-rise buildings， the shape has also become more diverse， and the changes in the structure of the outer curtain wall have become increasingly complex. Today， the application of 3D technology is becoming more and more mature; curtain walls and BIM are constantly developing in time， which has also caused a change in the construction industry. This paper mainly analyzes the application and existing problems of BIM technology in curtain wall design and puts forward some suggestions to provide a reference for the future development and application of BIM technology in China.

Keywords： BIM technology; curtain wall design; application research

一、引言

在社會高速發展中，城市在不斷發展壯大，隨著城市大規模建設的需要，人們對建設的外觀要求也在不斷提高，從而促使建筑行業在建設中不斷的出現異形建筑。這種建筑造型復雜，外觀華麗，以鋼為主要結構作為支撐的玻璃幕墻在建筑中應用的范圍越來越廣泛。幕墻對于建筑的設計和施工技術來說需要具備更高的要求，傳統的二維軟件根本無法做到這些工程的設計要求，需要靠三維模型完成，于是BIM技術走到了建筑行業的視野中[1]。如何將BIM技術應用在幕墻設計中變成了至關重要的部分，因此BIM技術在幕墻設計中得到了較為廣泛的應用，也為我國幕墻設計的發展奠定了基礎。

二、BIM技術簡介

BIM技術的英文全稱是Building Information Modeling，也就是建筑信息化模型。BIM技術是在工程設計中用來進行建造管理和數據化的工具，以建筑工程中的各項數據作為模型的基礎，進而建立出建筑模型;通過信息技術仿真模擬處建筑物的各項真實性信息，讓技術人員可以對各種建筑的信息做到正確理解和應對各種情況，為設計團隊以及建設團隊提供工作的基礎信息。BIM模型就是以用BIM技術所模擬建造出來的虛擬模型，它囊括了建筑物內的所有信息。為整個建造提高工作效率，將成本減少到最低并且會縮短建造工期等方面。BIM技術具有可視化、模擬分析、多專業協同設計、修改與圖紙的生成等特點。在針對多種設計方式時，通過可視化這一特點可以更直觀有效的進行方案對比，選擇出最合適的設計方案。

三、BIM技術在幕墻設計中的應用優勢

（一）可視化

在建筑設計中模型的建立過程主要是施工圖和加工圖的繪制過程，跟建筑相關的圖紙只是用線條的形式，將建筑的構造描繪出來。普通的建模軟件最多只能做到表現出這個建筑的外觀效果，更建筑物有關的內部結構。比如說線路、水暖管道及內部構造等等，沒有辦法以三維模型的形式呈現出來，只能靠專業的設計師根據需要在圖紙上描繪來設想[2]。這種設計方式不僅沒有辦法仔細觀察研究建筑內部各單位之間的關系，還經常會因為圖紙出現錯誤問題。通過BIM技術的應用不但能模擬出建筑三維形式的外部模型，還可以將建筑內部的各種構造、線路等以三維形式呈現在面前，在設計的過程中可以隨時查看幕墻設計的效果，做到設計、生產和安裝的高度協調，在幕墻設計上更是可以完全呈現出幕墻的細節問題，即使是包裹幕墻的構件在三維模型上的表達也十分清晰。

（二）模擬分析

在模擬分析上，BIM技術跟以前的二維技術CAD相比差距更是巨大。CAD主要設計的是圖紙，而BIM技術則是直接設計模型。CAD的設計圖中每一個地方都是單獨存在，無法出現結合的情況，一旦其中一張圖出現問題，甚至可能引發相關圖紙出現問題，修改起來需要大量的時間;而BIM技術直接將圖紙變成數據構建模型，能夠從不同的角度對模型進行觀察，及時某處圖紙出現了問題進行修改，其他圖也會隨著自動更新。二維技術在繪制圖紙上需要應專門的軟件進行分析計算，即便是這樣設計出的模型仍然存在模型粗糙，容易出現誤差等問題，而且在建模時需要的時間也存在過長的問題[3]。而通過BIM技術，可以將繪圖、建模計算分析兩個要分開進行的工作融合在一起。只要將模型存入到軟件中，就能直接對模型各項數據進行分析檢驗，不僅可以節省大量時間，還能完善設計方案中的不足之處，讓數據更加準確無誤。

（三）工廠加工

由于在幕墻建筑工程中的材料需要從工廠加工，并且數量龐大;加上很多材料的加工難度較大周期較長，工廠需要派專門的工作人員打印圖紙，以及對圖紙進行核對。耗費了大量的人力、物力、財力跟時間，哪怕是再仔細都容易出現錯誤。通過BIM技術來定制幕墻所需材料的批量，快速建立三維模型，降低了加工中的圖紙數量，再提高工廠效率的同時還能為工廠帶來極大的成本節約。

（四）現場安裝

通過BIM技術進行三維模型的建立，可以幫助現場安裝時精準定位，提供準確的數據信息。通過數據定位將安裝的偏差控制在允許范圍內，這讓現場安裝的進度得到了快速、可靠的保障，如圖1所示。

四、BIM技術的應用

當前我國幕墻建設以單元幕墻和框架幕墻為主，其中單元幕墻可提出獨立的幕墻單元。每個單元的材料都需要在工廠獨立加工完成，工廠按照需求生產組織構件，當建筑主體完成施工后再運到現場進行組裝。框架幕墻則是工廠按照流程跟計劃，根據設計圖紙在現場進行組裝，在過程中需要對材料進行二次加工或修復。由于建筑主體的建造跟單元幕墻可以同時進行，為了加快進度和提高工作效率，大多數的建筑工程在建造時都會選擇單元幕墻，而BIM技術又是單元幕墻的重要工具，利用BIM技術對單元幕墻進行設計[4]。國內在進行幕墻設計時大多數依賴于CAD軟件進行二維圖紙制作，BIM技術只會在復雜的設計方案中應用，比如說雙曲彎扭的截面就無法通過CAD制圖進行繪制，只能通過BIM技術強大的三維功能根據參數進行建模，再在模型基礎上對其進行設計更改，按照幕墻實際的需求進行分格，最后從三維模型中拆分出各個板塊直接生成加工圖紙，流暢完美的表達出設計師想要的效果材料，以確保指導加工保證幕墻安裝完成。

（一）曲面設計優化

通常情況下建筑師對于建筑外形的設計停留在理論性階段，很多工程需要的曲面材料是無規則，只有獲得具體的數據才能進行。用普通的軟件很難詳細的繪制出外形得到數據，更不用說對設計進行深化設計，進行更深方面的改善。利用好BIM技術的三維功能，在幕墻設計時可以按照建筑師的設立想法建立出想要的模型，把理論變成實際模型，再計算出所需材料的詳細數據。比如說鳥巢中的建設就運用到了該技術進行設計，如圖2所示。

（二）方案制定

制造出了模型后，需要在現有的模型基礎上進行細化，也就是把外立面按照幕墻的面材材質的不同進行分格。在幕墻設計時用BIM技術協助設計師進行數據化的分格，按照設計師的需求通過數據化控制幕墻的分格，準確無誤的表達出設計師的理念，幫助設計師在完成設計想法的同時，在最大范圍內減少制造成本;在不改變設計師的想法同時，對曲面玻璃進行平面化降低生產時的難度，幫助工人準確安裝減少失誤，從而達到減少建造成本的想法[5]。

（三）幕墻的建模

根據設計師制造出的圖紙和幕墻公司的樣圖，快速建造出三維模型，將建筑的真實表現狀況展示出來，完成基礎的建模步驟，也可以通過與其他專業模型結合檢查幕墻設計中存在的問題。在用BIM技術建造的三維模型的基礎上，對外幕墻、外幕墻的支撐結構以及其他相關進行檢查，快速發現問題，并在第一時間改變缺陷解決問題[6]。通過幕墻公司的樣圖和前期制作出的幕墻基礎模型，將模型參數化，提取出工廠加工、安裝時所需要的數據;再根據幕墻公司的需求制造出加工圖、定位圖，既能保證設計師對幕墻外形的要求，又能保證再安裝施工階段不對建筑形體進行改變。

（四）3D模擬碰撞

工作人員在安裝施工的過程中往往會遇到大量的構建碰撞問題。傳統的2D平面圖紙不能對個體和系統進行試驗，并且存在設計人員所忽略掉的碰撞問題。BIM技術則擁有可視化功能，能夠對施工中的碰撞問題進行檢測，之后再進行優化，防止各種碰撞情況的出現，避免施工工程中因為錯誤造成的不必要損失。促使工程質量的提高，還能解決業主臨時添加的要求進行有效溝通。

（五）4D模擬檢測、5D工程造價控制和6D綜合

4D模擬檢測是在3D的基礎上進行，主要的作用是研究目前方案的可行性，通過模擬對施工時間和施工工作進行合理的安排。4D模擬檢測的主要作用體現在防止施工中出現的意外，設計人員和管理人員可以將實際遇到的問題，通過BIM技術建造的模型進行研究模擬，最后制造出合理的方案解決問題。5D主要是在工程造價方面，建造幕墻過程中的預算是一件很麻煩的統計工作，沒有BIM技術去收集信息，很難完成龐大的預算計算工作，BIM技術能對整個工程所發生的變化進行檢測并完成計算，將幕墻建設預算降到最低[7]。6D是綜合性的模擬，主要內容包括：對幕墻抗風性能的研究，對幕墻抗震心內的研究，對幕墻內空氣流通試驗的模擬，對于幕墻水密性能的研究，對于幕墻節能的模擬試驗。檢查幕墻是否到達建筑規范要求，確保幕墻建筑的最大效益，將幕墻的性能發揮到最大程度。

（六）構件加工圖

根據定位圖和數據，將模型直接導出材料加工圖紙，與承接加工任務的工廠對接進行材料的加工。在BIM模型的基礎上，可以對現場測量的數據進行快速分析，自行對不同偏差的情況進行判斷，將效率極大地提高。同時還可以通過現場的測量數據，快速修正設計模型出現的問題，提取加工圖獲取詳細的理論數據。哪怕是在設計出現的偏差情況，也能通過快速設計進行改變，在最短的時間內將構件運至現場，減少了時間的浪費。在進行BIM模型拼裝時，對于偏差大的情況，可以通過測試手段和設備自動生產所需的單元板塊，在理論模型中進行預拼裝。

（七）通過簡易動畫指導安裝

可視化的模型是指導現場安裝的重要參考，通過模型進行的施工順序指導，在BIM制造的現場模型上進行分析模擬，給予現場工作人員的演示。

（八）數據信息的共享

BIM模型中包含了大量的數據信息，這些信息可以在數據后臺的數據庫進行共享，負責建筑的各個部門人員可以在同一個平臺上實現數據的分享，方便不同部門間的溝通和協商解決問題。BIM在幕墻施工的工程中，能夠根據原有的數據進行優化，對工程中存在的問題和錯誤，進行及時的調整。BIM系統還會對數據信息進行保存，通過信息共享如果施工中有一方對數據產生異議，可以及時作出合理的調整。在傳統幕墻建筑的施工過程中，不能將數據信息共享，施工人員在進行協商時還會耽誤工程的進展[8]。BIM就可以極大的減少施工現場對測繪的工作量，最大程度的控制施工質量。在BIM模型的基礎上還可以通過其他軟件進行信息整合，甚至能夠做出動畫進行觀賞，以最客觀的程度展現出組裝加工的工程。

BIM技術在幕墻設計中分為兩個階段：一是初始階段，以傳統的項目管理為主，用BIM技術作為輔助功能，這個階段的BIM技術往往是根據工程的進展，選在一項內容進行應用，不會改變幕墻設計、施工等工作流程。二是高級階段，高級階段的BIM技術在建造幕墻的各個階段提供解決方案，參與各項數據的收集整合工作，以確保數據信息的準確，如圖3所示。

五、BIM技術的相關應用軟件

（一）民用建筑：Autodesk Revit

（二）工廠設計和基礎設施：Bentley

（三）專業建筑事務所：ArchiCAD，Revit，Bentley

（四）項目完全異形、預算比較充裕：DigitalProject

六、結語

綜上所述，BIM技術在幕墻設計中有著不可替代的重要地位，它貫穿整個幕墻的工作，從最初的設計到最終的安裝完成，每一步都需要BIM技術的應用。在我國很多的知名建筑中都運用到了BIM技術，但從廣大范圍上來看，BIM技術在我國還處于剛起步的階段。隨著社會建筑的越來越多，BIM技術的發展與普及，在以后的幕墻設計中，BIM將成為幕墻設計工程中不可或缺的一部分。為了將BIM技術更好的應用到幕墻設計中，還需要我國建筑企業在各方面的細致管理，運用最科學的辦法將效益最大化。

參考文獻：

[1]王梓涵，毛鍇文，李國強，章雨晨，林王晨，李國文.BIM技術在如東某醫院外科大樓幕墻中的應用[J].價值工程，2019，38（28）：265-269.

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[3]林銳彬.BIM技術在幕墻設計中的應用[J].住宅與房地產，2019（24）：162.

[4]宗兆民，王福龍，劉明文，閆金鑫，魯晉.BIM技術在中央歌劇院劇場幕墻工程中的應用[J].城市住宅，2019，26（07）：21-23.

[5]佟克龍.BIM技術在仿鉆石切面的玻璃幕墻設計中的應用[J].建筑施工，2019，41（01）：166-167.

[6]姚瑞哲. BIM技術在復雜綜合體項目施工階段的應用[D].華南理工大學，2018.

[7]劉智波，劇小凡.BIM技術在復雜幕墻工程設計及施工中的有效應用[J].居舍，2018（25）：16.

[8]葛利龍，葛艷艷.探究BIM技術在幕墻裝飾工程中的應用[J].居舍，2018（23）：55.

通訊作者：姚碩，1980年11月，男，漢族，遼寧沈陽人，就職于沈陽遠大鋁業工程有限公司，工程師，專科。研究方向：機電工程專業。