幕墻BIM全流程預(yù)控技術(shù)的實施

戰(zhàn)慶賓

廣東省建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司 廣東 廣州 510000

近年來，二十一世紀(jì)是一個信息化時代，信息技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中。BIM技術(shù)作為信息時代下的產(chǎn)物，在建筑幕墻工程施工中起到了重要作用，需予以高度重視，不容忽視。建筑幕墻施工并不是一項簡單的工作，其涉及到多方面內(nèi)容，具有一定的復(fù)雜性，為保障其施工質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)改變傳統(tǒng)的施工管理模式，積極應(yīng)用BIM技術(shù)，并基于該項技術(shù)實施全生命周期管理工作，運用BIM全流程預(yù)控技術(shù)，以提高幕墻施工效率，確保幕墻施工質(zhì)量達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求。幕墻BIM全流程預(yù)控技術(shù)的應(yīng)用，具有信息化特征、數(shù)字化特征和參數(shù)化特征，能夠有效把控好幕墻設(shè)計和施工的每一個環(huán)節(jié)，突出幕墻應(yīng)用價值。

1 幕墻和BIM技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容

1.1 幕墻

所謂幕墻，簡單來說就是建筑的外墻圍護(hù)，其不具有承重性，是一種帶有裝飾效果輕質(zhì)墻體，一般由面板、支承結(jié)構(gòu)組成?？蓪⒛粔醋魇仟毩⑼暾恼w結(jié)構(gòu)體系，一般在主體結(jié)構(gòu)外側(cè)，包裹于主體結(jié)構(gòu)表面上，具有一定的微動能力。幕墻不僅要展示建筑工程外部的美觀性，還要具備一定的功能，如保溫性、防雨水滲漏性、抗風(fēng)壓變形等。幕墻工程的質(zhì)量相對來說比較輕，而且設(shè)計上十分靈活，有著不錯的抗震能力，需要進(jìn)行系統(tǒng)化施工，在維修方面較為便捷。從工藝方面來看，可以將幕墻工程分為三種：一種是半單元式幕墻，一種是結(jié)構(gòu)式幕墻，另一種則是單射式幕墻；從材料方面來看，則可以將其分為玻璃幕墻、金屬材料幕墻、石材幕墻等[1]。

1.2 BIM技術(shù)及其特點

BIM指的是建筑信息模型，其涉及到多方面的內(nèi)容，如三維圖形、建筑學(xué)、物件導(dǎo)向等，需要充分發(fā)揮數(shù)字化技術(shù)的作用，為模型創(chuàng)建提供完整而精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫。BIM技術(shù)不僅可以運用于工程設(shè)計中，還可以融入于建筑工程的全生命周期管理中。BIM技術(shù)的特點主要表現(xiàn)在以下幾個方面：一是具有可視化特點。指的是使用BIM技術(shù)來處理建筑工程的時候，能夠利用三維技術(shù)將整個施工過程、設(shè)計方案呈現(xiàn)出來，每一個構(gòu)件之間都具有一定的聯(lián)系，能夠相互反饋。其不僅能夠使用效果圖來直觀展示建筑工程，還可以在設(shè)計、施工、管理等各方面進(jìn)行可視化討論、決策，有利于保障決策的準(zhǔn)確性；二是具有協(xié)調(diào)性特點。指的是使用BIM技術(shù)可以發(fā)現(xiàn)各專業(yè)施工中存在的沖突、矛盾，能夠進(jìn)行碰撞測試，加強(qiáng)設(shè)計、施工等單位的交流和溝通；三是具有模擬性。指的是既能夠模擬設(shè)計出建筑無模型，還能模擬出無法在真實世界中操作的事物，可在設(shè)計階段開展模擬實驗，如節(jié)能模擬、熱能傳導(dǎo)模擬等；四是具有優(yōu)化性。指的是可根據(jù)施工實際情況的變化，利用BIM技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化。

2 BIM技術(shù)在建筑幕墻施工全生命周期管理中的應(yīng)用

2.1 方案比選與概算確定階段中的應(yīng)用

在建筑幕墻施工過程中，可利用BIM技術(shù)來進(jìn)行方案比選，并確定概算。需根據(jù)建筑設(shè)計理念來利用相關(guān)技術(shù)軟件制定相應(yīng)的建筑幕墻方案，創(chuàng)建數(shù)字化可視模型圖。在這個過程中需要聯(lián)動圖形和數(shù)字化，進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，為后續(xù)的方案比對提供可靠的參考依據(jù)。幕墻條件、建筑形態(tài)、周邊環(huán)境需要進(jìn)行邏輯聯(lián)動，通過可視化的數(shù)字形式來進(jìn)行相應(yīng)的表達(dá)，呈現(xiàn)出建筑項目的整個形態(tài)。要選擇出最優(yōu)的幕墻設(shè)計方案，并基于此來確定建筑設(shè)計的整體方案，創(chuàng)建基礎(chǔ)的BIM模型。可利用Revit和Rhino等軟件來進(jìn)行3D化處理，以便于直觀觀察進(jìn)行選擇。

另外，還要在確定方案之后，使用BIM軟件來統(tǒng)計建筑幕墻工程量，以便于作出精準(zhǔn)的概算，給建筑投資方提供參考數(shù)據(jù)，使之作出正確決策。

2.2 招投標(biāo)及合同簽訂階段的應(yīng)用

在建筑幕墻招投標(biāo)及合同簽訂階段，同樣需要應(yīng)用BIM技術(shù)?？墒褂肂IM技術(shù)來科學(xué)編制招標(biāo)文件，把控好每一個項目的招標(biāo)限價。相較于傳統(tǒng)的招投標(biāo)方式來說，BIM技術(shù)的應(yīng)用，有利于投標(biāo)人員快速比對各個項目，并作出準(zhǔn)確的判斷，選定中標(biāo)人與之簽訂合同，提升了招投標(biāo)工作效率，而且能夠在一定程度上規(guī)避風(fēng)險。BIM技術(shù)的運用可以通過制作3D可視化動畫來對整個幕墻項目施工進(jìn)行模擬，可判斷方案的可行性，進(jìn)一步優(yōu)化施工組織設(shè)計，同時還可以根據(jù)觀測施工流程而確定適宜的施工工期，能夠更為直觀地展示投標(biāo)人的綜合能力，促進(jìn)合同簽訂[2]。

2.3 幕墻現(xiàn)場施工階段的應(yīng)用

在幕墻現(xiàn)場施工階段應(yīng)用BIM技術(shù)的時候，先要做好施工測量工作?？墒褂?D掃描技術(shù)來獲取現(xiàn)場的結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，然后再將所采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)入至BIM模型中，以構(gòu)建相應(yīng)的空間坐標(biāo)系，把控好每一個控制點，以便于有效管理幕墻施工。

要優(yōu)化施工圖，可使用3D技術(shù)來進(jìn)行施工測量，獲取數(shù)據(jù)之后構(gòu)建BIM幕墻體系模型，將該模型和原始建筑施工圖進(jìn)行對比，再結(jié)合結(jié)構(gòu)施工圖、幕墻設(shè)計方案圖來進(jìn)行碰撞測試，以判斷是否存在施工沖突。可充分發(fā)揮BIM技術(shù)作用，完整呈現(xiàn)整個幕墻施工的實際工程，以便于進(jìn)一步優(yōu)化施工作業(yè)。幕墻設(shè)計人員要重視細(xì)部節(jié)點的把控，可使用BIM技術(shù)來處理變形縫、女兒墻根部、滲漏水等部位，充分考慮影響其質(zhì)量的各項因素，并采取有效措施來加以把控。在利用BIM技術(shù)進(jìn)行比選之后，所選擇的施工方案不僅要保證建筑幕墻外觀的美觀性，還要充分發(fā)揮幕墻的功能作用。

要在施工前加強(qiáng)與其他專業(yè)的交流與配合，要聯(lián)合BIM模型和其他施工模型，綜合考慮建筑工程中的各項施工項目，找出存在施工問題的部分，加強(qiáng)設(shè)計方、建設(shè)方、施工方之間的交流與合作，改進(jìn)施工方案，為后續(xù)施工的順利開展奠定扎實基礎(chǔ)。同時，還要做好材料采購和加工工作。應(yīng)當(dāng)根據(jù)現(xiàn)場施工進(jìn)度計劃，使用Rhino軟件來對單獨的項目進(jìn)行建模，再實施參數(shù)化處理，以便于確定所需要的各項材料，確定最終的材料數(shù)據(jù)、類型等，做好編號工作，確定好尺寸、角度等關(guān)鍵的材料數(shù)據(jù)信息，之后便可以進(jìn)行精準(zhǔn)下單采購，避免材料采購浪費，或是出現(xiàn)人為輸入導(dǎo)致的信息錯誤。這種自動化生成采購數(shù)據(jù)的模式，還能夠根據(jù)幕墻結(jié)構(gòu)局部的變動進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。加工廠也可以利用BIM技術(shù)生成的三維模型、數(shù)據(jù)材料單來有效也能用計算機(jī)數(shù)控設(shè)備，進(jìn)行精準(zhǔn)加工，聯(lián)動了材料單和加工設(shè)備，體現(xiàn)了數(shù)字化加工優(yōu)勢。

要重視現(xiàn)場安裝工作，可基于Rhino軟件所創(chuàng)建的模型來獲取定位坐標(biāo)點，充分發(fā)揮全站儀的作用，進(jìn)行科學(xué)的現(xiàn)場放樣測量，以便于精準(zhǔn)地確定各個預(yù)埋件的安裝位置。測繪人員可使用全站儀來將模型上的坐標(biāo)點，還原至現(xiàn)場中，并通過實際情況來紀(jì)念性相應(yīng)的調(diào)試，檢查是否存在碰撞，進(jìn)一步解決沖突問題，避免二次返工。還可以根據(jù)材料尺寸、縫隙的情況來深化設(shè)計BIM模型，減少錯誤率，將所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行共享，創(chuàng)建BIM數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。

2.4 幕墻移交和維保階段

在完成幕墻施工之后，需要將BIM模型數(shù)據(jù)進(jìn)行移交，為之后物業(yè)管理、業(yè)主使用提供可靠的參考依據(jù)，以便于其進(jìn)行有效維護(hù)，及時發(fā)現(xiàn)和分析問題，找到具體位置并加以解決。一方面，要利用RFID技術(shù)將建筑內(nèi)部獨立運行操作的各個設(shè)備匯總到一起，進(jìn)行集中化管理，以便于全面掌握設(shè)備的實際運行情況，方便之后的遠(yuǎn)程控制。同時，還要確定各設(shè)備所在的空間位置，將編號轉(zhuǎn)化為三維圖形位置，這有利于之后進(jìn)行查找和參看；另一方面，可通過BIM技術(shù)來創(chuàng)建三維模型，實現(xiàn)可視化，以便于有效調(diào)用幕墻施工中的各項信息數(shù)據(jù)，提高信息查詢效率。還需重視幕墻維護(hù)工作，統(tǒng)一管理所有的維護(hù)數(shù)據(jù)，通過科學(xué)的數(shù)據(jù)分析來找出問題，加強(qiáng)建筑幕墻管理。

3 幕墻BIM全流程預(yù)控技術(shù)的實施

以某中心大廈的幕墻工程為例，來探討幕墻BIM全流程預(yù)控技術(shù)的實施，其主要路徑包含了以下內(nèi)容：

3.1 參數(shù)設(shè)計

在幕墻施工過程中幕墻深化設(shè)計是最為重要的第一步，需要彰顯出建筑幕墻的設(shè)計理念。可利用BIM技術(shù)來把控好設(shè)計過程中的每一個環(huán)節(jié)，精準(zhǔn)表達(dá)出建筑設(shè)計方案中傳達(dá)的理念，確保設(shè)計過程無誤，避免出現(xiàn)設(shè)計上的矛盾，影響設(shè)計效率的提升。尤其是在一些較為復(fù)雜的幕墻設(shè)計中，更是需要通過BIM技術(shù)的參數(shù)化設(shè)計來進(jìn)一步優(yōu)化。首先，要生成建筑外飾面。該安利工程中所采用的建筑外形是流線形態(tài)，并且具有漸變性，建筑外表是由三維漸變單元板塊所組成，這些板塊之間的差異性較小，可呈現(xiàn)出平滑的建筑效果。在設(shè)計過程中，應(yīng)使用Rhino+GH軟件平臺（圖1）來建立建筑幕墻表皮模型。模型創(chuàng)建中需要遵循建筑幕墻成行原則，并輸入坐標(biāo)點、控制線和尺寸等相關(guān)參數(shù)?；趯嶋H數(shù)據(jù)和資料生成模型之后，需要由建筑師、幕墻顧問來共同審核、確認(rèn)，無誤之后才能再繼續(xù)開展后續(xù)設(shè)計工作。

圖1 Rhino+GH軟件平臺的運用

其次，要提取和優(yōu)化幕墻板塊數(shù)據(jù)。在進(jìn)行幕墻設(shè)計的時候，可進(jìn)一步優(yōu)化幕墻單元板塊框架和玻璃板塊以及曲面板塊。優(yōu)化幕墻板塊框架的時候，需歸類優(yōu)化尺寸相近的幕墻板塊，還要根據(jù)板塊尺寸的變化來考慮板塊間的插接框縫隙。完成優(yōu)化之后，可確定最終的板塊類型數(shù)量。同時，還需要基于實際需求和情況來優(yōu)化框架高度、寬度及橫豎框的夾角，從步距角度來進(jìn)行劃分，以便于得到最終的組數(shù)、編號；優(yōu)化幕墻玻璃塊的時候，要根據(jù)幕墻框架的優(yōu)化數(shù)據(jù)來歸類優(yōu)化尺寸相近的玻璃板塊，以便于確定玻璃板塊的類型數(shù)據(jù)，同時還要將同一個步距范圍的玻璃板塊分為一類，以獲取編號、組數(shù)；平板化幕墻曲面板塊的時候，需要控制好玻璃板塊的平整度，可利用外裝飾面定位線來鋪設(shè)玻璃板塊，以確保建筑造型與設(shè)計相符[3]。

3.2 數(shù)字化加工

在幕墻施工過程中，加工幕墻構(gòu)件十分重要，需要嚴(yán)格把控幕墻施工的精度。不僅要嚴(yán)格按照設(shè)計要求來加工，還要控制好加工中的細(xì)節(jié)，盡量提升加工效率，這就需要轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的加工方式，有效應(yīng)用BIM技術(shù)，實施數(shù)字化加工。就目前而言，市面上的型材加工中心能力參差不齊，具有高性能、高效率的加工中心并不多，大部分加工中心難以應(yīng)對復(fù)雜的幕墻構(gòu)件加工，整體效率還有待于進(jìn)一步提升。在這種情況下，應(yīng)當(dāng)有效融入BIM技術(shù)，以提高構(gòu)件加工能力，發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備作用。BIM技術(shù)支持下的全自動加工路徑，能夠提高復(fù)雜幕墻構(gòu)件加工效率，保障加工質(zhì)量。在實際應(yīng)用過程中，由于大部分BIM軟件都支持CNC數(shù)控設(shè)備軟件接口，因此能夠直接將3D構(gòu)件進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以便于加工設(shè)備準(zhǔn)確讀取相關(guān)設(shè)計信息，然后基于構(gòu)件加工工藝規(guī)則，來明確加工工序，科學(xué)組合加工工藝，嚴(yán)格按照加工流程來執(zhí)行作業(yè)，以保障最終的加工質(zhì)量。需根據(jù)要求選擇使用適宜的刀具、夾具等，確定好且削用量，計算出相應(yīng)的加工工序時間，充分發(fā)揮計算機(jī)的輔助作用?？蓪⒂嬎銠C(jī)輔助工藝規(guī)劃轉(zhuǎn)為NC語言，把相關(guān)數(shù)據(jù)輸入至數(shù)控機(jī)床中，進(jìn)行數(shù)字化的幕墻構(gòu)件加工，提高構(gòu)件精度。

3.3 信息化施工

在進(jìn)行幕墻施工的時候，需要協(xié)調(diào)把控好每一個施工環(huán)節(jié)，處理好和其他專業(yè)的合作關(guān)系，要根據(jù)現(xiàn)場施工實際情況的變化而進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，防止出現(xiàn)同區(qū)域的交叉作業(yè)。要科學(xué)設(shè)計和布置臨時施工設(shè)施，將單元板塊堆放至適宜位置，以保障施工質(zhì)量?；诖?，相關(guān)人員應(yīng)當(dāng)充分利用BIM技術(shù)，實施信息化施工。在幕墻施工階段，需要先對檢驗?zāi)粔υO(shè)計方案，看其是否符合要求，同時還要確保構(gòu)件加工質(zhì)量達(dá)標(biāo)，以免影響后續(xù)施工質(zhì)量。施工結(jié)果將體現(xiàn)在建筑形態(tài)方面。要詳細(xì)論證施工結(jié)果，做好信息化預(yù)拼裝工作，加大現(xiàn)場管理力度。施工人員要及時調(diào)整精度，監(jiān)測相關(guān)數(shù)據(jù)，一旦發(fā)現(xiàn)問題要予以解決，確保幕墻施工方案的可行性。應(yīng)當(dāng)在Revit（圖2）的基礎(chǔ)上創(chuàng)建BIM模型，輸入安裝時間信息，然后進(jìn)行相應(yīng)的模擬，再將幕墻模型和其他專業(yè)施工模型相結(jié)合，觀測同一時間段內(nèi)是否存在同區(qū)域的交叉施工，改進(jìn)存在矛盾的部分。BIM模型可以模擬塔吊、施工吊機(jī)等設(shè)備的工作情況，有利于分析出實際所需的施工范圍、效率。還能夠把控好卸料平臺的時間，判斷卸料平臺的翻轉(zhuǎn)周期，根據(jù)施工需求來確定所需的臺數(shù)。

圖2 Revit界面應(yīng)用

4 結(jié)語

在建筑幕墻工程建設(shè)中，應(yīng)當(dāng)充分發(fā)揮BIM技術(shù)的作用，將BIM技術(shù)有效運用于幕墻工程全生命周期中，同時還要利用幕墻BIM全流程預(yù)控技術(shù)來進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)字化加工和信息化施工，從而提高幕墻施工效率，保障幕墻施工質(zhì)量。