BIM在復雜異形金屬屋面工程中的應用探究

陳慧

（上海藍天房屋裝飾工程有限公司 上海 200000）

1 BIM在金屬屋面工程與應用中需要解決的問題

1.1 深化CAD過程

在復雜異形金屬屋面的施工工程中應用BIM技術，可以清晰了解屋面結構的各個構造，及時發現存在的問題。例如施工人員在設計CAD圖紙中，比如弧形天溝的底部便處于變化的過程中，此時施工人員應找到天溝各點的高度變化情況，而引入BIM技術則可以更好的解決此問題。

1.2 概念方案轉化為實施方案

施工期間，工作人員應將概念設計階段的模型轉化為實際實施的方案，但在擴初設計階段，設計師會發現上述操作存在較大難度。對此，在細化模型過程中應考慮調整概念模型，在充分的溝通后了解具體做法并實施。

1.3 保證協作效果

屋面主要在鋼結構上鋪設，但實際施工過程中，鋼結構會占用屋面結構的位置，當需要控制整體輪廓時，若施工人員沒有做好屋面施工與鋼結構的協作工作，則無法保證鋼結構模型、屋面構造模型以及概念模型的有效結合，此時便應引入BIM技術，確認實施方案。

1.4 軟硬件

如8萬m2的屋面固定支座會具有16萬個。在此方面，軟件使用無法滿足顯示效果，即便配備在高端的硬件設施，效果也十分有限。對此，應有效引入BIM技術，利用后臺數據庫完全顯現模型細部情況，并保存于后臺的數據庫中，當查看復雜位置時進行局部顯示，提升運行效果。

1.5 流程與方法

將BIM技術引入復雜異形金屬屋面施工過程中，施工人員應由設計階段開始，嚴格遵循相關流程，包括應在屋面覆蓋等分包項目中顯示設計問題。以往采用2D模型設計施工圖，之后在建模檢查問題，無法獲得預期的修補效果。而通過引入BIM技術，設計人員可以利用3D概念與擴初設計成果實現多方協調與施工，在解決問題的過程中，延續良好的設計與施工效果。

2 深化設計流程

施工期間，工作人員應格局施工圖與可實施的施工方案完成深化設計工作，在綜合分析的基礎上應用BIM技術，完善設計流程。實際施工期間，工作人員應結合異形金屬屋面的實際情況，設計詳細的施工流程，以保證施工效果。

3 BIM技術的應用

3.1 深化設計

施工人員應在深化設計階段建立BIM深化模型，通過模型及時發現深化設計過程中存在的問題，引入模型工具，并結合各方溝通意見的基礎上，進行解決，充分保證施工效率與屋面的施工效果。

3.2 優化金屬屋面施工方案

建筑金屬屋面的施工方案會直接影響后期施工造價與施工技術，尤其是表皮分割方式與嵌板的平直度還會影響整體的施工成本。在設計施工方案時，工作人員應確定表皮嵌板需要使用的施工材料，比如本次工程應使用金屬鋁板，設計曲面造型，并預測會對后期產生的具體影響。

3.3 三維協同作業

結構深化后的結構構件將直接影響屋面覆蓋件的工程質量，因此在設計屋面造型時，施工人員應與建筑表皮專業工作人員進行充分的交流與溝通，期間表皮專業人員會指出具體的支撐點與吊點，確定預設埋件的數量與位置。最為關鍵的則是中間的協調工作，一旦出現問題將會直接導致無法順利安裝表皮覆蓋件，或者無法保證覆蓋件的安裝精確性，加大了后期的修改難度，甚至還會違反最初的設計意圖，與原有設計理念存在較大偏差，降低了方案審圖效率。對此，協作期間應充分了利用結構深化模型或者建筑表皮深化模型，在保證數據信息準確性與正確性的基礎上，統一模型設計方法。尤其在設計屋面鋼格柵時，當鋼結構的設計高度超出標準時，在施工人員應在深化屋面時調整鋼格柵的安裝位置，利用Tekla軟件進行結構深化，或者利用Rhino或Revit軟件進行協同工作。

3.4 統計金屬屋面構件工程量

施工人員應根據金屬屋面的實際構造進行建模，不同于常規的三維設計模式，BIM模型結合了管理思維，利用模型標準與編碼規則完成模型設計，并據此得到更多施工材料的工程量，準確得到曲面部位的材料使用量。但這些均需要施工人員有效執行建模工作，確保施工人員在內部控制時準確了解屋面構造中大宗材料的使用工程量，以據此及時安排進場材料與施工人員的調度工作。比如某工程在進行屋面二次防水時，初步使用的二次防水板設計方案在折彎加工時并未考慮防水板的加工過程，分五步完成初步設計。但實際建模期間發現可以分三步完成建模，可以利用折彎邊與立邊的搭接安裝二次防水板，這樣便可以通過簡化安裝流程為企業節省大量的人力與物力成本，提升了經濟效益。

3.5 控制屋面輪廓

在表皮設計階段需要綜合使用建筑專業與結構專業的相關知識，結構工程師需要了解每塊平直嵌板的定位點與具體的數據信息。在利用有限元分析網架節點與節桿信息的結構時，也可以采用導出信息的方法，比如在優化調整建筑結構時，可以為建筑師提供返回的節點數據，重新生成表皮嵌板，在結構師與建筑師的多次修改后，最終達到力學與美學的有效統一。在經過設計與咨詢顧問分析后，確定最終的設計方案，并分包至各個單位進行深化實施，盡可能的執行設計意圖，并確定實施方案，充分保證屋面結構與鋼結構的協作性。除此之外，在金屬屋面工程施工期間引入BIM技術還可以解決成本高問題，保證預算的合理性，為企業贏得更大的經濟效益。

4 BIM在復雜異形金屬屋面工程中的應用實例

4.1 項目背景

此項目為銅仁機場航站樓改擴建工程，規劃建設用地面積為58000m2，總建筑面積11887.35m2，總高度為19.9m，地上二層，設計使用年限為50年。項目設計人員采用鳳凰轉世主題，機場曲面采用鋁板材料，翻轉曲面類似于佛教中的法螺，寓意生生不息。

4.2 發現問題

①發現12處屋面天溝高度與結構柱的干涉問題；②檐口存在18處鋁復合板龍骨無法在結構主體生根問題；③屋面鋼格柵存在2處與主體鋼結構的干涉問題。

4.3 解決措施

通過BIM技術還原結構網架模型，保證每個結構節點數據的精確化。在建立結構模型后，利用Grasshopper的數據控制功能初次排布固定尺寸的幕墻嵌板，確保擬合嵌板的固定點與結構節點。之后二次優化幕墻結構，二次編寫Grasshopper源代碼，優化幕墻與細部構造中鋁單板的連接工作，保證鋁單板角點指向龍骨交點，保證邊緣與龍骨走向吻合，以確保連接構件順利連接至龍骨。同時，利用Autodcsk360深化設計異形曲面檐口，定位檐口版的坐標，并統計屋面底板、二次防水板以及面板材料的使用量，保證合理的勞動力配置與工序安排，做好施工成品的檢測工作。

4.4 實施效果

通過引入BIM技術有效解決了工程問題，并為企業節省約28萬元，降低了施工成本。

5 結束語

金屬屋面工程應用BIM技術時，應由設計階段開始，多個角度制造精細化的建筑表皮，并具體確認檐口鋁板、鋼格柵、鋼結構等部分的關系，明確每個構件的精確尺寸與位置，從而最大程度實現精確控制，保證建筑工程效益的最大化。除此之外，還可以通過引入BIM技術模擬復雜曲線施工情況，以細部處理特殊節點，避免施工期間出現安裝與放樣問題。