BIM技術(shù)在復(fù)雜幕墻工程設(shè)計中的應(yīng)用

匡 月

（江蘇九瑞綠色建筑科技有限公司，江蘇 南京 210000）

在城市化進(jìn)程不斷推進(jìn)的背景下，幕墻工程開始更多地出現(xiàn)在人們的視野中，但是受到建筑外形復(fù)雜、管理不科學(xué)等因素的影響，復(fù)雜幕墻工程施工難度較大。隨著建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）技術(shù)的發(fā)展與廣泛應(yīng)用，將其用于復(fù)雜幕墻的設(shè)計與施工環(huán)節(jié)，提升了工程項目的可視化、智能化水平，讓建筑幕墻的質(zhì)量得到保證。

1 BIM技術(shù)的含義以及幕墻工程的分類和特點(diǎn)

1.1 BIM技術(shù)的含義

BIM技術(shù)主要是對信息技術(shù)和仿真技術(shù)進(jìn)行利用，進(jìn)而對建筑的信息進(jìn)行模擬，通過連接實(shí)際建筑的數(shù)據(jù)生成完整的數(shù)據(jù)庫。利用BIM技術(shù)可以展示出設(shè)計圖紙以及施工進(jìn)度，對施工前期進(jìn)行模擬可以避免施工期間存在的相關(guān)問題，對提升施工質(zhì)量有很大幫助。目前，該技術(shù)在國外設(shè)計中應(yīng)用得十分成熟和廣泛，近年來在我國也開始利用到相關(guān)工程建設(shè)當(dāng)中[1]。

1.2 幕墻工程的分類和特點(diǎn)

幕墻按照材料分類，包括玻璃、石材、金屬、陶土4種，從工藝的角度進(jìn)行分類，包括框架式，半單元式和單元式3種。

建筑幕墻工程的特點(diǎn)主要體現(xiàn)在利用連接裝置實(shí)現(xiàn)建筑幕墻和建筑主體結(jié)構(gòu)的連接；建筑主體結(jié)構(gòu)與建筑幕墻之間相對獨(dú)立，建筑幕墻結(jié)構(gòu)不受建筑主體的壓力作用；建筑幕墻工程設(shè)計需要考慮到建筑的美觀性；建筑幕墻施工存在一定危險，需要加強(qiáng)施工管理，做好安全防范[2]。

2 在幕墻設(shè)計中利用BIM技術(shù)的可行性和優(yōu)勢

2.1 幕墻設(shè)計中利用BIM技術(shù)的可行性

目前，幕墻市場以框架式幕墻和單元式幕墻為主要結(jié)構(gòu)形式，其中，框架式幕墻主要利用在大型建筑上，較為復(fù)雜，不便于應(yīng)用在現(xiàn)場施工，通常需要在工廠中進(jìn)行預(yù)制，應(yīng)用該技術(shù)具有成熟、穩(wěn)定的優(yōu)勢。單元式幕墻可以把每個幕墻單元進(jìn)行獨(dú)立，在工廠單獨(dú)加工，主體在施工結(jié)束后可以在現(xiàn)場進(jìn)行單獨(dú)拼裝，相較于其他類型的幕墻有著更強(qiáng)的適應(yīng)性，同時，單元式幕墻可以和建筑主體結(jié)構(gòu)共同施工，施工效率得到顯著提升。

2.2 BIM技術(shù)在復(fù)雜幕墻設(shè)計中的優(yōu)勢

幕墻設(shè)計在整個幕墻施工中處于重要位置，如果設(shè)計圖紙存在問題，將難以保證幕墻安裝的科學(xué)性和準(zhǔn)確性，同時，也容易造成材料的浪費(fèi)，因此，通過對BIM技術(shù)的利用，可以有效解決設(shè)計人員經(jīng)驗不足導(dǎo)致的施工質(zhì)量問題和幕墻材料的浪費(fèi)問題。總體來說，BIM技術(shù)的優(yōu)勢如下：

（1）智能化工程設(shè)計。實(shí)現(xiàn)三維立體設(shè)計，生成三維模型，設(shè)計人員可以生成相關(guān)的立體圖形和文檔，以確保設(shè)計的質(zhì)量。比如，借助BIM技術(shù)，設(shè)計模型時可以對設(shè)計對象進(jìn)行修改后，系統(tǒng)可以對其他的專業(yè)對象進(jìn)行修改[3]。

（2）可視化施工設(shè)計。建筑質(zhì)量對人們的生命財產(chǎn)安全起到重要影響，為確保幕墻工程質(zhì)量，減少后期返工的情況，必須對設(shè)計環(huán)節(jié)加以重視。通過對BIM技術(shù)的利用，可以實(shí)現(xiàn)3D模擬，及時發(fā)現(xiàn)圖紙中存在的問題并加以解決，同時，可以有效模擬施工流程，以建立施工規(guī)范體系，讓施工計劃促進(jìn)施工進(jìn)度，提升施工質(zhì)量。

（3）促進(jìn)項目管理信息化。避免出現(xiàn)“信息孤島”問題，建立統(tǒng)一的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)項目之間的信息共享，確保各項目信息的一致性。

3 BIM技術(shù)在復(fù)雜幕墻工程設(shè)計方面的應(yīng)用

本文以某集團(tuán)辦公大樓的復(fù)雜玻璃幕墻施工為案例，該項目地上建筑面積22萬平方米，全部用于商業(yè)辦公，其中，A辦公樓高150 m，B辦公樓高120 m，建筑外墻主要構(gòu)成為玻璃幕墻和陶土板，該建筑的外形十分復(fù)雜，多為不規(guī)則的玻璃幕墻，采用傳統(tǒng)的施工方案難度很大，所以，在施工中可以應(yīng)用BIM技術(shù)。

3.1 BIM可視化設(shè)計

確保設(shè)計方案具有良好的可視性是解決復(fù)雜玻璃幕墻施工問題的關(guān)鍵，可以讓設(shè)計人員有更好的空間效果，對一些構(gòu)件的細(xì)節(jié)設(shè)計更加科學(xué)，避免設(shè)計的方案不協(xié)調(diào)。BIM技術(shù)自身具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)功能，可以借助數(shù)據(jù)集成把幕墻構(gòu)建的全部信息體現(xiàn)在BIM模型中，主要是利用三維技術(shù)對立體模型的結(jié)構(gòu)整體進(jìn)行展示，不僅降低了設(shè)計的難度，還為各個施工主體監(jiān)管提供便利。此外，還可以展示出幕墻耗能、材料用量、室內(nèi)環(huán)境等，對節(jié)約設(shè)計成本有重要作用[4]。

3.2 節(jié)能設(shè)計

將BIM技術(shù)利用到復(fù)雜幕墻工程的設(shè)計，可以準(zhǔn)確計算出工程相關(guān)數(shù)據(jù)信息，并對工程的保溫效果、室內(nèi)外環(huán)境、光照條件進(jìn)行模擬，在玻璃幕墻施工之前就可以對施工相關(guān)因素進(jìn)行分析，讓建筑更加具有節(jié)約能源的效果。之后，不斷優(yōu)化施工方案，避免資源浪費(fèi)，設(shè)計出更加有效的節(jié)能方案，最終讓建筑的使用壽命和經(jīng)濟(jì)性都得到保障。

3.3 協(xié)同設(shè)計

科學(xué)的設(shè)計方案是保護(hù)幕墻施工質(zhì)量的關(guān)鍵，所以設(shè)計方案具有“牽一發(fā)而動全身”的作用。利用BIM技術(shù)可以把設(shè)計的數(shù)據(jù)和實(shí)際信息結(jié)合在一個模型中，參與建設(shè)的相關(guān)單位都可以通過該模型進(jìn)行獲取，然后根據(jù)施工階段和實(shí)際需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、利用和完善，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜幕墻工程的協(xié)同設(shè)計，最大限度地減少設(shè)計與施工的差距。比如，設(shè)計人員可以根據(jù)實(shí)際需要對接機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行修改，如果玻璃窗的形狀出現(xiàn)變化，那么同類窗戶的模型也會相應(yīng)改變，協(xié)同性的特點(diǎn)得到體現(xiàn)。BIM技術(shù)的主導(dǎo)方為工程開發(fā)單位，要與設(shè)計單位進(jìn)行聯(lián)合，共同協(xié)作、施工。

4 BIM技術(shù)在復(fù)雜幕墻工程施工中的應(yīng)用

施工方案對施工起到指導(dǎo)的作用，施工方案包括：施工工藝、施工順序、工程進(jìn)度、人員調(diào)配、機(jī)械安排等，BIM技術(shù)可以對每一項內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化。在BIM模型的四維模擬中，主要是分析構(gòu)件之間的相互關(guān)系，然后對整個施工流程進(jìn)行模擬。相較于其他的模型軟件，BIM軟件有著更為強(qiáng)大的功能，在分享數(shù)據(jù)信息的同時，可以對施工工序進(jìn)行多次改進(jìn)，并對構(gòu)件的信息進(jìn)行提取，最終實(shí)現(xiàn)施工工序科學(xué)化、項目進(jìn)度合理化、資源調(diào)配有效化。在復(fù)雜玻璃幕墻的施工之前可以把所有的成果展示出來，具體應(yīng)用如下。

4.1 施工流程優(yōu)化

應(yīng)用4D施工模擬技術(shù)可以讓設(shè)計環(huán)節(jié)和施工環(huán)節(jié)更加合理，主要體現(xiàn)在幕墻設(shè)計中對數(shù)據(jù)進(jìn)行了搜集和集成，比如施工模擬階段。技術(shù)人員通過Navisworks軟件讓信息模型與施工進(jìn)度信息合二為一，生成3D模型+時間維度的4D施工進(jìn)度模擬。首先，施工人員利用計算機(jī)信息和設(shè)計人員進(jìn)行技術(shù)交底，在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下把BIM模型傳輸?shù)绞┕がF(xiàn)場。其次，監(jiān)理人員和業(yè)主對三維模型和思維施工現(xiàn)場進(jìn)行監(jiān)督。該技術(shù)最顯著的特點(diǎn)是通過模擬施工進(jìn)度可以直觀反映現(xiàn)場施工進(jìn)度，對施工中的不合理情況進(jìn)行調(diào)整。此外，通過施工進(jìn)度可以進(jìn)行更為精細(xì)化的步驟安排，讓整個施工流程得到優(yōu)化。

4.2 對施工中的碰撞進(jìn)行分析

在復(fù)雜的幕墻工程施工中，計算不精確或者施工不科學(xué)會導(dǎo)致碰撞問題的出現(xiàn)，也就是作業(yè)面的空間不足，不僅會影響施工進(jìn)度，還會浪費(fèi)施工材料和成本。BIM技術(shù)在復(fù)雜玻璃幕墻施工中的應(yīng)用，能夠?qū)κ┕きh(huán)節(jié)進(jìn)行科學(xué)分析，將誤差控制在合理范圍內(nèi)，以減少由設(shè)計問題和施工問題帶來的碰撞，或者對發(fā)生碰撞的環(huán)節(jié)進(jìn)行調(diào)整，讓施工環(huán)節(jié)更加順利地進(jìn)行，避免施工順序錯亂，有效節(jié)約施工成本。

4.3 施工界面的有序分割

在復(fù)雜幕墻工程的施工中，可能會發(fā)生與其他專業(yè)的施工碰撞，比如機(jī)電工程施工和幕墻施工的沖突，導(dǎo)致施工進(jìn)度受到影響，造成人力資源浪費(fèi)。BIM技術(shù)四維模擬工序的應(yīng)用，可以更加科學(xué)地對不同工序進(jìn)行調(diào)整，在模擬施工工序的情況下進(jìn)行分割，讓每一道工序緊密銜接起來。比如，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析后，可以確定幕墻工程的介入時間、如何開始制作、如何協(xié)助其他單位封口。與此同時，BIM軟件可以對施工數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，確保每個工序的施工效率。

4.4 幕墻板塊及材料更換指導(dǎo)

BIM模型涵蓋了大量的數(shù)據(jù)信息，并且每個幕墻單元都有固定的識別碼，可以根據(jù)需要查看其中的單個幕墻單元，比如：幕墻連接件情況、幕墻型號，比人工操作省時省力，不再需要利用大量二維圖紙，施工效果得到提升。

4.5 提升施工人員的技術(shù)水平

施工人員的素質(zhì)對玻璃幕墻施工起到重要影響，需要施工人員對BIM技術(shù)中三維可視化功能正確使用。對于施工單位來說，要對施工人員進(jìn)行科學(xué)的培訓(xùn)，使其有良好的三維可視化能力，施工的科學(xué)性也會得到保證。在開展培訓(xùn)之后，需要對施工人員開展考核。

5 結(jié)語

綜上所述，在復(fù)雜幕墻工程設(shè)計中利用BIM技術(shù)是時代發(fā)展的必然趨勢，該技術(shù)具有諸多優(yōu)勢，需要做好相關(guān)的設(shè)計和管理工作，為建筑行業(yè)發(fā)展提供幫助。