基于BIM技術的異形體幕墻網格優化分析

葉盛智, 劉亮亮, 李鋼

[摘要]通過EXCEL梳理數據關系，再通過BIM數字化三維參數化設計的方法，將多軟件交叉使用、數據參數化轉換使用等過程，提出了異形體幕墻網格優化解決方法思路，解決了幕墻表皮優化、參數化網格劃分、自動構件定位、自動材料提取、自動數字化圖紙等功能需求。基于BIM參數化設計技術，能夠指導空間三維形式的大體量異形體幕墻的建設-運維等全過程周期的輔助應用，不僅提高了施工前方案確定的速度與效率，更能夠在后續施工管理與運維管理過程中，通過參數化、開放式的數據形式，游刃有余的在幕墻系統建造的全生命周期中作好科學的技術指導與應用依據。

[關鍵詞]BIM技術; 異形幕墻; 網格優化 信息管理

[中國分類號]TU767.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]A

1BIM技術與幕墻系統

BIM（Building Information Modeling），又稱為建筑信息模型，是一個從規劃、設計、施工到管理各階段統一協調的技術［1］，工程項目全生命周期中重要的管理手段。狹義來說是把使用標準的需求理念轉換成相應物理數據的技術手段。理想情況下，BIM技術的應用過程是利用集中式數字采集完成三維建模，基于三維模型進行數據分析與業務應用，整體分為數據采集—數據分析與處理—發布業務服務3個過程，涵蓋了工程項目的咨詢設計到建設管理再到運維管理的全生命周期。每個建筑參與者基于模型以不同身份去協同操作與管理數據，同時也允許工程其他相關人員能夠進行數據修改、完善與數據處理。

隨著經濟的發展，幕墻系統也在不斷走向復雜化、藝術化的道路。傳統的二維圖形已經無法滿足這些復雜建筑幕墻的方案設計、放線定位、材料下單等的要求，設計的復雜程度也遠遠超出二維所能表達的能力：具體面臨問題主要有幾點：①參數化的幕墻表皮；②大量雙曲面板需要優化成可展曲面； ③參數化嵌板分析［2］；④安裝定位困難；⑤工程量的統計準確度不高；⑥幕墻材料提取以及下料困難。上述問題的提出，迫切需要一種創新的技術來解決現代幕墻建造中遇到的難題。

2BIM參數化設計解決幕墻系統的思路分析

為解決現有幕墻技術系統中存在的問題，基于BIM技術的參數化設計應運而生［3］。通過BIM數字化三維參數化設計的角度，將多軟件交叉使用、數據參數化轉換使用等過程，提出了異形體幕墻網格優化解決方法思路，解決了幕墻表皮優化、參數化網格劃分、自動構件定位、自動材料提取、自動數字化圖紙等功能，消除了利用傳統方案的碰撞、返工、定位難的問題，不僅提高了施工前方案確定的速度與效率，減少了浪費的問題，更能夠在后續施工管理與運維管理過程中，通過參數化、開放式的數據形式，保證了模型的張力，從而能夠游刃有余地在幕墻系統建造的全生命周期中做好科學的技術指導與應用依據。

基于BIM技術的異形體幕墻網格優化解決方法，包括步驟：

S1：將設計方案階段的基礎SKECHUP模型或二維CAD圖紙導入BIM軟件RHINO中進行幕墻NURBS CURVE或NURBS SURFACE的創建，依據得到的模型進行表皮曲率分析，為幕墻表皮優化提供基礎數據［4］。表皮模型創建優化包括但不限于玻璃幕墻、鋁板幕墻、石材幕墻、幕墻龍骨等。

S2：如果結構完成，利用三維激光掃描儀對結構模型進行掃描，獲取現階段最真實的基礎數據，然后根據結構偏差調整幕墻表皮，完成第二階段幕墻表皮優化。三維激光掃描儀的精度達到mm級別，可以更有效地配合BIM結構模型為幕墻的優化提供基礎數據。

S3：將優化完畢的RHINO模型導入到BIM軟件REVIT中，進行數字構件化創建。

S4：將幕墻嵌板制作成自適應構件；其中自適應構件創建時，平面玻璃利用4點創建，單曲玻璃利用6點創建，雙曲玻璃利用9點創建。

S5：利用DYNAMO讀取RHINO的幕墻表皮模型，使用軟件的可視化編程功能進行幕墻表皮參數化分割，根據點位自動讀取幕墻嵌板的點位形成數據化的幕墻表皮。

S6：根據S5得到的幕墻表皮，創建幕墻龍骨模型，利用DYNAMO可視化編程自動讀取龍骨構件，自動參數化生成龍骨模型。

S7：再利用DYNAMO的數據提取自動安裝幕墻預埋件的點位。

S8：利用REVIT的自動讀取構件信息及自動形成工程量清單、材料清單的功能，提取數據提供給加工廠進行構件加工及工程結算。

S9：利用REVIT的自動出圖功能，進行幕墻嵌板、龍骨的自動圖紙生成［5］。

3BIM參數化設計優化幕墻系統的具體實施方案分析

基于BIM技術參數化設計的異形體幕墻網格優化解決方法的實施方案，具體過程：

3.1模型的建立

（1） 通過RHINO軟件，搭建大體量異形體幕墻的表皮系統。通過軟件，建立RHINO表皮，按照實際工程采用1∶1的比例進行計算機三維建模，考慮建筑設計的方案、實際結構工程的數據、二維平面圖紙等，利用RHINO軟件中的NURBS曲線進行復雜幕墻的線條勾畫，如圖1所示。

（2）利用NURBS曲線勾勒完畢后，軟件會自動生成NURBS曲面，通過軟件自帶的分析功能，分析整個大體量異形體幕墻的表皮整體曲率、翹曲等，如圖2所示。

（3）將優化完畢的曲面導入REVIT模型中，在進行導入過程中，注意REVIT軟件的版本，如果REVIT軟件的版本較高，可以通過軟件自身進行直接導入，不需要過程轉化數據格式。建議采用高版本自行導入，一是減少數據轉化的過程，二是避免數據轉化過程中出現丟失或者無法讀取等情況，導致通過RHINO軟件的NURBS曲線在REVIT中無法正確讀取，影響數據完整性與正確性，導致后續分析錯誤繼承，結果就不再正確，從而前功盡棄。導入到REVIT中，在軟件里進行坐標、標高、軸網的定位［6］。

（4）利用DYNAMO軟件讀取RHINO的幕墻表皮模型，DYNAMO軟件可以是單獨下載的軟件，同時在高版本的REVIT軟件中，自帶DYNAMO軟件這一功能。另此處說明，進行本步驟分析時候，DYNAMO軟件并非唯一選擇，其中第一步提到的RHINO軟件中，有個Grasshopper（簡稱GH）功能，同樣可以達到參數化建模的效果， rhino+GRASSHOPPER的解決方案缺少構件的實體化信息，但是數據處理量較少，數據處理過程簡潔方便，利用REVIT+DYANMO的解決方案可以將所有構件實體化，更有利于數據的讀取與應用，相對的數據量較多，處理過程相對復雜。此處以DYNAMO演示，并進行網格劃分，生成幕墻嵌板、龍骨、預埋件的點位，DYANMO自動進行構件的模型安裝形成參數化數據模型，如圖3所示。表皮分割如圖4所示。

3.2通過上述數據處理，生成定位圖、材料加工圖、施工圖等［7］

（1）利用DYNAMO可以直接將上一階段的點位提取到EXCEL表格中，在EXCEL表格中對數據進行分類與梳理，形成各構件的定位圖，如圖5所示。

（2）根據上一階段的模型數據，可以自動的生成現場施工的平面圖紙、三維圖紙、三維節點圖紙、輕量化模型，到此，設計過程到施工過程的過渡問題，即設計優化得到解決，而且生成的三維圖紙、節點圖紙等可以指導施工，配合施工過程中三維掃描、三維放線等技術，可以很好地進行施工管理、提高管理效率，提高施工的質量與準確度，避免反反復復的施工返工，導致的材料浪費和成本增加等問題，對于成本管理控制也起到突出的作用。如圖6所示。

（3）根據上一階段的模型，物資管理部門可以自動提取材料清單，并對材料的規格、數量進行歸類，提供給加工廠進行構件的加工，解決了下料難的問題［8］。

（4）根據上一階段的模型，可以自動提取工程量清單，輔助工程后期結算和決算工作。

4總結與結束語

基于BIM技術的參數化深化設計，大體量異形體幕墻系統的網格優化得到了很好的實際解決，從設計到施工再到后期的運營維護管理，數據完整準確，思路清晰地解決了幕墻表皮優化、參數化網格劃分、自動構件定位、自動材料提取、自動數字化圖紙的功能，消除了利用傳統方案的碰撞、返工、定位難的問題，提高了深化設計、材料加工的精度，減少了整個項目實施過程中時間的浪費，提高了整體的工作效率。

參考文獻

［1］李超.淺談BIM技術在建筑工程中的應用［J］.科技經濟導刊，2016（15）：88-88.

［2］張鵬.BIM技術在幕墻工程中的應用［J］.施工技術，2013（8）：105-106.

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［4］錢新宇.東方之門等超高和異型玻璃幕墻工程的設計與施工技術［J］.中國建筑裝飾裝修，2016（3）：112-121.

［5］黃志.基于BIM的傾斜弧形玻璃幕墻施工技術［J］.建筑技術開發，2020（14）：19-20.

［6］牟瑞芳，向文杰，熊明瑞.基于GIS的鐵路貨運站信息模型構建［C］.//中國城市科學研究會.第六屆智慧城市與軌道交通國際峰會論文集.2019：1-5.

［7］馬貴紅.異形建筑單曲變截面鋁板幕墻施工技術［J］.施工技術，2016（3）：115-118，122.

［8］王建勛.BIM技術在復雜屋蓋體系中的應用［J］.天津建設科技，2016（3）：4-5.