高品質綠色建筑中的參數化幕墻設計分析

郝玥

（深圳市建筑設計研究總院有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

幕墻作為建筑外圍護具有重要功效，其可將建筑內外環境隔離。普通幕墻在設計期間會將關注重點放在抗風壓設計、變形吸收設計上，所以無法滿足現代化綠色建筑發展需求。因此設計人員要與時俱進的積極拓寬幕墻設計視野，以BIM 前沿工藝設計注入為綠色建筑項目綜合性能、空間規劃優化創造有利條件。本文將以深圳某幕墻工程項目為研究對象，重點闡述高品質綠色建筑中參數化幕墻設計內容。

1 工程概況

本項目是深圳某幕墻工程。幕墻工程合同總額高達4.2 億，占地面積近19 萬m2，總建筑面積約為46 萬m2，南北長1000m，東西長約600m，屬“飛魚”異向外形。項目的主樓地下二層、地上四層屬鋼筋混凝土架構+鋼結構由主樓和交叉型的指廊聯結構成。

此航站樓的大廳屋頂屬于自由發展型曲面，指廊頂部絕大部分為規則性筒殼，而且在局部筒殼位置存在明顯凹陷，以形成自由形態的曲面筒殼外形。屋頂的實體展開面積高達23 萬m2，其中大廳東西長650m，南北寬330m。

因考慮到本工程造型復雜，屬超大型的異形幕墻工程，而且建筑對光環境要求較高，僅依據傳統常規設計手段落實幕墻設計可能無法快速精準解決相關設計問題，其最佳效果無法充分發揮。為深化幕墻設計成效和高效率糾正誤差，從而產生優質的綠色建筑立面成效，計劃采用參數化手段來定位式解決幕墻綠色施工作業所存在的各類問題。

2 基于參數化分析的建筑幕墻模型創建

為保障設計工作正常運轉，在采用BIM 技術實現模型創造期間要有順序制定具體的BIM 模型創建流程，以高效指導BIM 創建工作指導工作有機落實。實操時要依據工程總進度實現合理編制，并制定建筑BIM設計進度計劃，在確保節地與室外環境、能源利用、水資源利用、材料利用及環境質量指標都順利滿足建造預期后再搭建較完全的建筑幕墻模型，以為后續的順利建造提供技術支持。

2.1 表皮分格劃分

在搭建建筑模型期間，為最大限度貼合幕墻設計施工要求，本工程計劃采用Rhino 參數化設計手段加以落實。以參數化對立面實現分格劃分，從而有效保障各板塊順利滿足設計加工需求。同時本工程還針對本建筑物對光環境需求，在充分分析遮陽百葉特點特征背景下實現了細致化參數制造。實操時借助BIM 模型對幕墻立面的曲率分析，借助無模多點式成型工藝的介入，對曲率不均勻區域實現重新生成擬合，以保障幕墻造型可實現最佳外立面成效。對龍骨而言，設計人員計劃借助BIM 模型分析出曲率及弦高，并在嚴格保障視覺效果不受影響背景下依據曲率不同實現優化整合分類。

2.2 幕墻結構模型確定

本幕墻工程屬較大型的曲面環繞幕墻，內部結構復雜。為此設計人員在幕墻方案設計期間計劃對幕墻系統落實區域化分解建模，以順利為結構計算提供精密度較高的計算模型，板塊分格透視模型如圖1 所示。為深化整體的模型構建成效，設計人員還同時對受力位置、跨度、受荷跨度等條件實現細致化計算，并對具體結果落實統計歸類處理，以有效減少結構落實具體工作量，高效率滿足綠色建筑的節能、節材需求，從而達到低碳環保建造目標。

圖1 板塊分格透視模型

3 參數化幕墻具體設計

幕墻作為綠色建筑表面，屬建筑美學最直觀表達，其中蘊含諸多工程信息。幕墻設計工程與結構、內裝等專業都存在一定交集，隨著綠色建筑形狀的日益多元化，在幕墻設計之中想要高效率滿足可持續理念對建筑幕墻所提出的新要求，優化建筑物形體、建筑與建筑關系計算成效，憑借緊扣節能、環保、低碳、節材等綠色建筑重點核心，以參數化設計的介入，優化綠色建筑設計成效，幫助設計人員從海量工作量中解放出來，在優化分類整理工作落實成效同時也可快速滿足綠色建筑高星級要求，實現順利降低設計目標。將以BIM 輕量化、建筑表皮有理化、連接板參數化、龍骨參數化設計為具體切入點，以參數化設計的介入強化促進節能、環保、低碳、節材等方面。

3.1 BIM 輕量化

BIM 輕量化是指在項目落實初期集結建筑表皮、結構、機電專業優勢，在踐行環保、節材目標之中可能存在交集部分實現針對性建模處置，并憑借對可能出現頻發問題部位重點性研究，優化整體工作落實成效。這種對普通、較易判斷部位實現針對性建模處置可直觀減少工作繁重量，促使整體幕墻設計成效顯著提升同時還可高效率達到節材目標，實現最大化經濟收入[1]。

在某幕墻工程之中建筑表皮設計是借助三維模型的介入生成針對性二維圖紙。但在具體施工圖設計期間并未落實正向化BIM，這意味著復雜性建筑表皮極易與結構出現大概率碰撞問題，一旦出現碰撞勢必會致使整體的工程出現返工重組，這與綠色建筑的節材、環保目標相違背。因此設計人員計劃采用有限式碰撞試驗，憑借對建筑表皮及柱體結構之間碰撞，實現思維式逆化建模處置。這種先將結構施工圖紙落實逆向建模處理與正向設計表皮重疊后再落實碰撞測驗的操作過程收獲效果頗豐。圖2 為幕墻及結構建模落實碰撞檢測的實操圖。實驗結果表明，此行為可有效避免現場錯誤出現直觀減少物料和人工實踐等損失，為節材目標的順利落實提供支持。

圖2 幕墻及結構建模碰撞檢測

3.2 建筑表皮結構有理化

豐富多彩的建筑立面表現手段會過多地將關注重點體現在玻璃面材及金屬面材曲面表達上。在平面設計之中可依據兩點確定一條既定直線，并以圓心加半徑途徑確定一整段弧線。但在立面塑造期間，此種原理內容卻無法輕易落實，這些簡單變化規則在立面塑造中極易形成結構較復雜的曲面及曲線。這些曲面及曲線是無法順利用相關函數加以表達的，而且落實具體實踐及安裝期間操作會愈發困難，并產生極為顯著的高昂工程造價，致使整體的文件成效比預期存在一定差距同時也嚴重與節材理念相違背。

如果想要完成優化幕墻設計就要合理將復雜問題實現簡化處理，并積極對現場誤差以順利完成建筑有理化設計。以本幕墻工程中的遮陽百葉為例，本項目百葉總長共計15m，總旋轉達900°，為優化整體的節材設計成效，相關設計人員依據有限元分析具體程序，在充分分析荷載值作用背景下借助視覺誤差原理將原設計實現化，其具體優化了百葉自適應系統的節能設計操作，經投入使用發現節能效果顯著。該幕墻工程中大面積立面存在鋁合金材質的裝飾線條，整體的施工操作內容繁雜。為保證節能設計及節材設計目標能夠最大化發揮，設計人員計劃對鋁板落實有理化處置，在嚴格保障所有鋁合金材質面板都在可加工運輸尺寸范圍內，將其合理轉化為可展開式單曲面。如若發現存在小幅度雙曲面出現，則借助預制化冷彎技藝介入，以外力作用促使平板形成雙曲面，如圖3 所示。在鋁合金材質裝飾線條的優質組合下，玻璃板及微小程度錯位將無所遁形，如圖4 所示，人們可憑借對微小錯位的有機察覺來降低玻璃加工具體難度[2]。

圖3 以冷彎工藝形成雙曲面

圖4 鋁裝飾線條阻隔下顯現的微小錯位放大圖

3.3 連接板參數化

綠色建筑主體結構屬鋼結構，建筑預制化比例將得到顯著提升，進而直觀縮短具體的施工周期。幕墻連接板加工操作想要實現幕墻連接板順利完工達到節材、環保目標就必須優化設計布局，以鋼結構的加工為例，只有嚴格保證鋼結構加工工作在指定車間內完成才能最大化發揮節材成效，從而達到可持續發展目標。本工程設計人員積極BIM 碰撞輕量化建模為基準，科學構建鋼結構主體模型及幕墻表層主體模型，以順利實現高效連接板設計。具體操作流程如下。①明確幕墻連接板具體定位。實操期間可憑借幕墻劃分線與各層結構線實現相交的手段快速對所有連接板空間實現細致化定位。②精準繪制連接板。為優化具體的繪制成效，相關人員要積極對結構邊梁類似工作實現預制式設計，憑借預先設計可順利連接不同邊梁的連接板行為強化工作介入成效，同時還要對各個連接板實現編號處理；當實操期間，程序順利明確連接板定位之后，設計實操人員就可依據邊、梁類型的判斷結果來對多對應編號的連接板實現快速選取放入操作[3]。憑借參數化手段的介入，幕墻連接件建模以及和連接件出圖作業順利實現，數量統計不僅可實現同步處理，還不會存在明顯誤差錯誤，節材成效十分顯著。

3.4 建筑龍骨空間參數化

異形幕墻系統外觀獨特，內部結構較復雜。技術人員想要優化整體建筑成效和達到綠色建筑節材目標就需要為其配備復雜的內部空間加以支撐。而龍骨作為空間結構之中關鍵支撐部件，屬幕墻系統重要受力構件，其安裝位置精準度會直接影響整個幕墻質量[4]。

因本項目幕墻空間龍骨屬復雜性設計工程，往往會在具體設計投入期間耗費諸多人力，而且極易出現一定差錯。因此設計人員計劃以幕墻面板為基準落實龍骨參數化建模工作，以合理建模邏輯為模型提煉提供支持，幫助結構工程明確準確中心線、連接點具體定位，實操期間憑借高效獲得邊界交通線等參數構建幾何構造科學相互關系，并以偏移角、夾角值等數據的精準化介入，優化具體的空間樓骨中心線參數化建模成效，待完成參數化建模構建之后再對其賦以桿件截面，以促使空間龍骨建模工作更為精準[5]。圖5 為龍骨參數化實體建模圖。對空間龍骨實現BIM 模型建造介入，對后期建筑運營階段節能控制實現優化布局，故參數化設計的介入價值十分顯著。

圖5 龍骨參數化建模

4 結語

綜上所述，現代化建筑在充分使用新型建材期間可能會帶來很大能耗，對生態環境造成難以逆轉危害，這是與可持續發展戰略目標背道而馳的表現。幕墻行業作為綠色建筑中不可或缺的重要元素，設計人員想順利探索出符合幕墻工程技術體系集成性建造步伐，在落實幕墻設計期間可憑借參數化設計工具介入，從設計、施工及運維多角度出發，以低碳設計理念注入高效滿足綠色建筑可持續發展需求，為國家雙碳目標有機實現貢獻力量。