BIM技術在異形曲面幕墻施工中應用
——以建甌市博物館新建項目為例

林業(yè)文

(福建六建集團有限公司 福建福州 350014)

0 引言

近年來，隨著建筑市場的不斷蓬勃壯大，建筑物已不單純只追求實用性，越來越多的建筑開始注重外在整體的美觀性。弧形屋面、連續(xù)異形曲面等造型獨特的屋面形式被越來越多的公建所采用，但隨之也給建筑設計與施工帶來新的挑戰(zhàn)。然而，通過BIM技術的應用，可以很好地解決傳統幕墻施工現場安裝工作量大、曲面施工精度低、結構實體與幕墻內部碰撞多等各方面問題，保證了幕墻施工的質量，確保幕墻的成型質量以及觀感美觀。

基此，本文以建甌市博物館新建項目為例，闡述BIM技術在異形曲面幕墻施工中應用，助推BIM技術在建筑幕墻工程中的廣泛應用。

1 工程實例概況

建甌市博物館新建項目，位于建甌市水南片區(qū)北部水南八路西側南湖邊地塊。該項目為單體多層公共建筑，建筑高度24.23m，地上3層，地下1層，總建筑面積約13 929m2。其中，幕墻高度23.23m，外觀形式造型復雜，結構多變；幕墻龍骨采用鋼結構，最大構件重：8.36t；幕墻龍骨采用插銷連接。建甌博物館新建項目效果圖如圖1所示。

圖1 建甌博物館新建項目效果圖

2 BIM深化設計

2.1 前期策劃與準備

首先，綜合考慮該工程特點、施工工藝技術水平、項目過程需要及應用條件制定BIM實施目標。其次，根據BIM實施目標制定BIM管理體系，明確BIM組織架構、BIM工作職責、BIM實施計劃、BIM工作制度。最后，梳理該項目工作流程，制定BIM工作流程圖，明確工作間關系，制定BIM應用點方案。

族的建立，由于該工程為異形曲面幕墻，構件特征各不相同，Revit軟件本身自帶的族，往往不能滿足建模的基本要求，因此需要將不同構件信息需要重新構建族，設置參數信息，創(chuàng)建新的族，為BIM模型建立提供良好的基礎。

2.2 三維建模

由于該項目屋面為異形曲面樓蓋，幕墻龍骨高度及玻璃面板尺寸能精準獲得曲面造型數據，提供給后期配合的加工廠生產構件[1]。基此，根據屋面板的基本骨架，逐步深化幕墻體系(主龍骨、次龍骨、玻璃面板、預埋件、連接件)，利用BIM模型參數化、坐標化能力生成空間坐標控制網,建甌博物館BIM模型如圖2所示。

2.3 碰撞檢查

碰撞檢查是指有效解決專業(yè)內和建筑、結構、幕墻等專業(yè)之間綜合深化成果的控制手段。碰撞檢查報告需要詳細標識碰撞的位置、碰撞類型、修改建議等，方便相關技術人員發(fā)現碰撞位置，及時調整。通常在建筑、結構、幕墻三專業(yè)建模完成后進行合模，并對各專業(yè)進行碰撞檢查測試。

通過測試過程以發(fā)現平面圖紙尚未發(fā)現的問題。例如：結構預埋件埋設與幕墻龍骨位置安裝存在偏位(圖3)，幕墻結構與主體結構發(fā)生碰撞，幕墻龍骨曲面標高與結構標高不一致等問題。

2.4 細部深化

結合本公司施工技術，預制加工廠的加工技術及建設單位的使用要求，根據施工圖的設計原則，利用幕墻工程深化設計模型，對圖紙中未指定的節(jié)點進行螺栓群驗算、現場拼接節(jié)點連接計算、節(jié)點設計的施工可行性復核和復雜節(jié)點空間放樣等，如圖4～5所示。

圖2 建甌博物館BIM模型

圖3 結構-幕墻專業(yè)碰撞檢查測驗

圖4 二維圖紙節(jié)點詳圖[4]圖5 三維BIM模型節(jié)點

3 施工應用

3.1 構件BIM預制與加工

BIM預制與加工及信息化管理，可以將構件信息轉化為讀取模式，針對生產設備和加工方法，將不同格式信息在不同生產設備中傳遞，細化生產的每一道工序，合理安排工序加工和資料調配。這樣，既提高了加工效率，又縮短了工期。

在模型中，將組裝幕墻構件進行拆分，同時細化規(guī)格型號、技術指標、設備供應商、安裝進度等參數信息。創(chuàng)建幕墻構件數據庫，按系統、分區(qū)域編號、由前到后、由大到小對所有構件分段進行二維碼編碼，便于高效的施工安裝，如圖6所示。

3.2 BIM定位與預拼裝

首先,對主體結構施工時基準點、線布置圖及內控制網進行復核；然后，利用可視化BIM模型，確定外控線上控制點的空間坐標；再次，利用全站儀作出各個控制點，然后將各控制點之間互相連線成閉合狀形成外控制網，作為幕墻龍骨安裝的二級控制網，如圖7所示。

圖6 屋面鋁板幕墻單位板塊編碼圖

圖7 BIM三維坐標網

由于各項目幕墻工程構件形狀、長度都不相同，所以， 通過BIM技術進行虛擬拼裝，以對構件進行二次拆分校驗，調整材質的尺寸和曲面的彎度，減少大量的運輸及返工成本。現場幕墻安裝的精度誤差一般控制在2mm，并根據校驗結果以保證幕墻工程施工，如圖8所示。

圖8 BIM技術虛擬拼裝圖

3.3 項目綜合管理

(1)數據信息共享

通過BIM5D技術實現施工數據的平臺化協同。收集構件數據、項目模型、施工過程中的質量、進度、材料信息[2]，將不同階段的項目模型源文件上傳平臺，并對模型輕量化處理，實現施工總承包方、幕墻專業(yè)施工方、材料供應商、監(jiān)理、設計院、業(yè)主等在同一個平臺上可以充分實現數據信息的共事，方便溝通和協調。利用iBan系統和luban view系統實現施工方現場的動態(tài)管理。碰到工程變更時，由專業(yè)管理人員對一線工人進行遠程指導，以及時調整施工工序和施工工藝。

(2)可視化施工

將幕墻BIM模型上傳至平臺，結合現場施工人員的可視化需要，通過仿真模擬技術將施工工藝要點和節(jié)點構造傳遞給現場施工員。同時，關聯現場進度，按照進度進行生長動畫模型，實時查詢不同階段的計劃進度，與實際進度進行比對，分析找出關鍵線路滯后的原因，以爭取提前發(fā)現工程中的隱藏問題，降低技術風險，減少返工損失。

(3)成本控制

BIM項目施工成本控制是借助BIM的施工成本控制系統模型和施工成本決策模型。該模型可快速準確地實現成本的動態(tài)匯總、統計、分析，精細化實現三算對比分析[3]。

通過BIM5D技術實現BCWP、BCWS、ACWP數據的及時跟蹤，對比CV、SV、CPI、SPI4個指標的變化，了解成本的變動情況，同時分析主要技術經濟指標對成本影響，系統研究成本變動因素，檢查成本計劃合理性，并通過成本分析，尋找降低施工成本的有效途徑。

建甌博物館新建項目，首先將幕墻BIM模型中各構件(不同單元及不同板塊)與幕墻工程進度信息及幕墻工程預算信息進行關聯。通過幕墻BIM模型，模擬現場施工條件，結合工程項目外部環(huán)境，優(yōu)化其對應施工階段勞動力計劃、材料需求計劃和機械計劃，在此基礎上形成幕墻成本計劃。

然后，在材料控制方面，根據自身項目幕墻施工過程中的材料控制方面的要求，按照施工進度情況，通過幕墻BIM模型自動提取材料需求計劃，并根據材料需求計劃指導施工；在計量支付方面，根據形象進度，利用幕墻BIM模型自動計算完成的工程量，方便根據收支情況控制成本。同時，在施工過程定期對施工實際支出進行統計，并將結果與成本計劃進行對比，根據對比分析結果修訂下一階段的成本控制措施。

4 結語

該工程在全生命周期、各參與方綜合應用BIM技術，采用信息化管理方式，針對項目特點，結合生產實際情況，改變了傳統幕墻工程施工方式，有效提高了施工質量及生產效率。幕墻實際施工工期比計劃工期節(jié)約3個月，幕墻四性檢測滿足設計要求，施工質量主控項目合格率100%，較一般項目合格率高達98%，為項目爭創(chuàng)“閩江杯”優(yōu)質工程打下良好基礎。但在應用過程中也存在一些不足：

(1)BIM技術仍處于起步階段，需要專業(yè)咨詢公司配合，購買專業(yè)的管理軟件，相關人員需要專門培訓，費用成本較高。

(2)BIM技術應用對施工現場硬件要求高，前期投入大。所以，BIM技術在項目應用范圍需綜合考慮外部環(huán)境和條件確定，才能使BIM技術規(guī)范、科學、合理在項目應用，以最大程度提升工程項目的建設質量和經濟效益。