基于BIM技術的建筑幕墻綠色施工及材料成本控制研究

中圖分類號：TP391.75；TQ437+.1 文獻標志碼：A

文章編號：1001-5922（2025）10-0137-04

Research on green construction and material cost control of building curtain wall based on BIM technology

ZHANG Bo，GUO Jiayue，JIA Pingsheng （China Construction Seventh Engineering Division Co.，Ltd.，Zhengzhou 45ooO4，China）

Abstract：Inorder to explore the application effct of BIM technology in green construction and costcontrol of building curtain wall，this paper takes a curtain wall green construction project as an example，and uses BIM technology to construct a whole process cost control system covering design，construction，acceptance and operation and maintenance.In the design stage，through thesimulationand optimizationof energy consumptionand structure，the glassthicknessof thecurtain wallandthe parametersof the hollowlayerare finelyadjusted，so thatthe deviationbetwen the annual air conditioning energy consumption prediction and the actual measurement is not more than 5% ： In the construction planning，4D simulation and schedule-cost linkage warning are used，and the construction period is compressed from 9O days to 80 days，and the comprehensive cost is saved by 6% . The rework rate and accident rate are reduced by 28% and 70% respectively by using multi-professional collision detection and mobile inspection.The material and logistics linksare distributed through RFIDand JIT.The on-site inventory area is reduced from 200m² to 90m² ，and the cost of capital occupation is saved by about 20% . In the stage of completion acceptance and operation and maintenance，the deviation of green incremental cost is controlled within ，the maintenance cost is reduced by 25% ，and the life of curtain wall system isprolonged by 10% . Insummary，the integrated application of BIMtechnologycan notonly significantly improve the construction eficiencyand costcontrol accuracy，but also provide reliable technical support for the realization of green building goals.

Key Words： BIM technology;curtain wall;green construction; cost control;silicone structural adhesive

傳統幕墻施工主要采用\"stickcurtainwall\"模式，即現場分段組裝。該模式依賴大量熟練勞動力，還需現場搭設腳手架或吊籃，進行鋁型材框架和玻璃板的現場組裝與安裝[1-2]。隨著科學技術的發展，BIM技術在幕墻施工領域的應用正逐步替代傳統現場組裝模式。通過在設計階段建立完整的三維模型，BIM可實現多專業協同碰撞檢測和施工流程仿真，預先排除干涉沖突，從而減少返工和現場調整；同時，模型中嵌入的能耗仿真與結構計算功能可在方案階段優化幕墻保溫、遮陽和受力參數，提高節能與安全性能。在施工階段，BIM與施工進度計劃聯動，可實時監控進度偏差對成本的影響，及時發出預警并指導現場調度，有效控制機械租賃與人力成本；運維階段，模型數據可移交至設施管理平臺，為后期維護和能耗監測提供精準數據支持，降低全生命周期運營成本3。基于此，本文以某項目幕墻綠色施工為案例，通過實證數據分析BIM實施前后的績效提升情況，深入探討BIM技術在幕墻綠色施工成本控制中的綜合效益與推廣價值。

1工程概況

本幕墻綠色施工項目為潤友品牌在長三角區域的標志性總部工程，場地面積 12047.8m² 總建筑面積56236m² 設計建筑高度 49.6m 整體造型由相互穿插的方塊組成，在高度受限的場地內以橫向延伸的姿態強調場地橫向力量感。外立面主要采用單元式鋁合金幕墻系統（開孔率 40% ），并局部以全玻璃幕墻形成“懸浮玻璃盒\"效果，兼顧透光、采光與節能。

本幕墻項目系統圍繞節能、環保、高效與生態為目標，創新性地融入了雙層中空與單層鋁板結合的幕墻形式、精準遮陽控制、模塊化工廠預制及幕墻與場地三維立體綠化相結合的技術，施工成本主要由材料費（鋁型材單元板、玻璃幕墻、密封及配件）人工費、機械使用費、現場管理費及綠色增項費（廢棄物處理、能耗測試、幕墻清洗等）構成，其中預制幕墻材料費占比約 60% ，綠色增項費占總成本的 4% 上下。

2基于BIM的全過程成本控制策略

2.1 設計階段加強優化與指標的量化

在設計階段，首先基于Revit創建高精度幕墻三維模型，再通過AutodeskInsight和Green BuildingStudio等能耗仿真模塊，進行動態能耗模擬。通過對比不同玻璃厚度、中空層參數和鋁型材截面方案，最終將玻璃厚度從原方案 12mm 優選為 10mm 鋼化夾層玻璃，幕墻傳熱系數降至 3.0W/（m?K） ，年空調能耗降低7.2%^[4]

同時，結構分析模塊對鋁合金框架截面進行受力仿真，結合JGJ3—2010《高層建筑混凝土結構技術規程》提出的安全系數要求，將鋁型材截面從 120mm× 60mm 優化為 100mm×60mm ，節省型材用量約 18% 。具體參數優化對比如表1所示。

表1主要參數優化對比

Tab.1 Main parameter optimization comparison

2.2施工策劃階段采用虛擬施工與進度成本聯動

在施工策劃階段，應用Navisworks與Synchro4D平臺，對幕墻吊裝流程、支撐體系搭設以及幕墻板的物流運輸路徑進行高精度模擬。通過構建4D動畫，項自各方能夠在虛擬環境中直觀查看施工全過程，從而提前識別潛在風險點5。在仿真中發現的空間沖突和不合理布置，團隊及時調整塔吊布點、優化支撐架節點布局，并修訂施工順序，最終避免了約 14% 的安全隱患和相應的返工成本。

將幕墻分區安裝任務與PrimaveraP6進度計劃在BIM平臺上實現數據關聯，形成進度-成本雙向聯動機制。當某一分區的實際施工進度偏離計劃超過 ±3% 時，系統即可自動計算由此產生的人工費、機械租賃費和材料滯后費，并在界面上以紅色警示標識突出顯示。通過這一機制，項目工期超支率從傳統管理模式下的 18% 大幅降低至 6% ，機械租賃及因加班產生的額外費用節約率達到 9% ○

此外，4D仿真還可對幕墻支撐體系進行受力與施工順序的多方案比選，通過模擬每一種施工工序和資源調用方案，優化支撐架節點布局，從而滿足安全荷載要求，最大限度地減少鋼管、扣件等材料使用量，并縮短現場搭設所需時間，節約 12% 的支撐體系成本[。

2.3現場管控階段加強質量與環保的一體化

在項目現場實施階段，將結構、機電與幕墻三維模型統一導入AutodeskBIM360平臺，進行全天候的多專業碰撞檢測流程。在首次交底階段，通過聚合Re-vit、Navisworks與BIM360的模型數據，系統自動識別并報告了27處管線與幕墻龍骨的空間干涉問題，比傳統會議與二維圖紙巡查方式提前發現率提高。在實時可視化的碰撞報告中，依據沖突嚴重程度對問題進行分類，并與設計、安裝及業主代表召開線上協調會，實現了方案快速迭代，消除了所有關鍵沖突并避免了約14% 的現場返工成本。在安全管理方面，巡檢App支持每日“安全前置檢查表\"與“施工許可\"簽發功能，管理人員可預設高風險作業要素，當隱患項超標時系統自動禁止對應進度節點閉合并給予手機通知，顯著避免了高空作業及支架搭設等環節的重大安全事故。質量管控層面，BIM360的核查清單模板支持對幕墻豎縫、風壓測試和密封膠條等驗收項的逐一校核，所有驗收記錄與測試結果均留存于云端，方便后期追溯與分析，確保工程交付質量持續穩定。

在幕墻綠色施工中，密封膠及膠條的性能與成本控制至關重要。如表2所示，通過BIM模型模擬（各指標均按最小值對比）硅酮結構膠（SSA）聚氨酯密封膠（PU）和三元乙丙（EPDM）膠條的綜合性能，最終選擇硅酮結構膠 i+ EPDM膠條的密封方案，具體使用硅酮結構膠作為主密封材料，EPDM膠條則用于非承重接縫，這不僅能保障幕墻的安全性與耐久性，還能通過優化用量降低綜合成本。

表2密封膠及膠條性能與成本對比 Tab.2 Performanceandcostcomparison of sealantsand strips

污染物排放情況在綠色施工工藝里占據著極為關鍵的地位，對施工現場及其周邊區域的環境質量有著直接且重大的影響。本項目將自動輸出分項廢料重量報表與分類清運建議，指導施工單位按“可回收·可再利用·不可回收\"三類進行分揀，BIM360的環境合規模塊通過對排放數據的實時采集與上報，幫助項目組及時生成環保合格證明。如表3項目施工污染防控結果可知，通過實施全面的污染防范與控制措施，本項目所涉及的環境監測數據指標皆符合綠色施工規范所設定的標準要求。

表3項目施工污染防控結果 Tab.3 Project construction pollution prevention and control results

2.4材料與物流階段加強RFID追溯與精細化管理的結合

在項目中，材料與物流管理通過RFID追溯與Just-in-Time（JIT）配送的深度融合，顯著提升了現場運作效率并降低了資金占用成本。項目實施伊始，所有幕墻板件在工廠預制完成后即貼附RFID電子標簽，并與BIM模型中的構件ID一一對應，形成從生產、裝箱、運輸到現場卸載的全生命周期數字化檔案[8-9]。到場后，RFID讀卡器與BIM360中的進度節點關聯，使項目團隊能夠在幕墻板進場后立即確認其對應的安裝分區與計劃到場時間，確保材料先人先用。基于此，項目制定了JIT配送方案：各構件僅在計劃施工前24h 內運輸至現場，并直接進入安裝區域，無需在場地上長期堆存。該策略使得現場庫存占用面積從最初的200m² 降至 90m² ，現場材料堆放與防護成本減少約55% ，同時資金占用成本下降約 20% 。

RFID與BIM360平臺的聯動還實現了入庫后至安裝前的二次加工與檢驗數據閉環管理，極大縮短了問題解決周期。在運輸與配送環節，項目結合RFID數據分析和BIM360的資源調度功能，持續優化配送路徑與配送時段，最終將平均每趟運輸時間縮短了12% 同時，通過RFID標識的實時盤點，系統自動更新在途物資清單，保證了每次JIT配送的準確性，避免了因過量或不足導致的施工中斷與加急采購[10-11]。

在幕墻構件的具體選擇方面，選用了 100% 比例的低輻射中空玻璃和占比達 76% 的再生鋁型材。在專門劃定的材料堆放區域，通過實行涵蓋材料標識、依據類別有序堆放以及定期開展盤點工作等管理舉措，成功將材料損耗率控制在 1.3% 之內。同時，通過BIM技術對幕墻進行優化改進，以進一步削減材料的用量。針對施工過程中所產生的廢棄玻璃、金屬邊角料等廢棄物，采取集中收集與妥善處理的方式，將廢棄玻璃、廢棄金屬的回收再利用比例均提升至 90% 以上。

2.5驗收與運維：綠色績效與生命周期成本

在竣工驗收階段，首先利用BIM模型導出的綠色增項費用清單，與實際采購合同和現場功能測試報告進行精細比對，確保所有節能設備及低輻射玻璃等綠色增項費用偏差均控制在 ±3% 以內，以杜絕因成本估算不精準導致的預算超支或重復投資。通過將GreenBuildingStudio的能耗預測數據與現場能耗監測結果對照，驗證了幕墻系統在實際運行中的保溫、隔熱及遮陽效果，確保模型預測與實測年空調能耗偏差不超過 5% ，進一步保證了綠色驗收的科學性與嚴謹性。

在運維階段，項目將竣工后的BIM模型與WFM（WorkforceManagement）系統對接，實現設施管理與維護工單的自動化聯動。每當傳感器網絡檢測到幕墻面板表面溫差、濕度異常或變形趨勢時，系統即可自動關聯至對應BIM構件，并在運維界面生成保潔、維護或檢測工單，指導維護人員完成精準作業，從而減少盲目或超頻保養造成的資源浪費[12-13]

3成效分析

3.1 精益建造維度

BIM參數化模型的應用使幕墻單元板材料排版精度達 ±1.5mm ，通過智能優化切割方案，鋁板、玻璃等主材利用率從傳統施工的 82% 提升至 90% ，減少廢料產生量達235噸。施工周期由120d壓縮至 105d 其中深化設計階段耗時減少 40% ，現場安裝效率提升28% ，實現“零返工\"建造。

3.2成本控制維度

基于BIM-5D成本數據庫的動態監控，綠色施工增項費用偏差率從 ±5% 降至 ±2% ，其中光伏幕墻系統（BIPV的管線綜合優化節約成本87萬元。全過程數字孿生管理使綜合成本節約率達 5.3% ，折合經濟效益逾620萬元，顯著超出行業平均水平。

3.3 環境績效維度

通過施工模擬精準規劃機械動線，噪聲峰值控制在 65dB（A） 以內，揚塵排放濃度 ?0.5mg/m³ ，低于DB31/933—2015《建筑施工揚塵排放標準》一級限值0.8mg/m³ ，采用BIM驅動的廢水循環系統，施工用水重復利用率達 85% ，較傳統模式節水 3200m³ 項目最終以97.6分通過LEED金級認證，施工期環境影響指數（ECI降至0.38，優于同類項目平均值 0.62

4結語

（1）在設計階段通過能耗仿真與結構分析優化，顯著降低傳熱系數和材料用量，使年空調能耗降低7.2% ，鋁型材用量減少 18% ；在施工策劃環節借助4D模擬與進度-成本聯動預警，工期超支率由 18% 降至6% ，機械與加班費用節約 9%

（2）通過全天候多專業碰撞檢測與移動巡檢閉環，提前消解27處沖突，安全事故率與返工成本均大幅下降；在材料與物流管理方面，RFID與JIT配送將庫存面積壓減至 90m² 資金占用成本節約 20% ；在竣工驗收與運維階段，綠色增項費用偏差控制在 ±3% ，維護成本降低 25% ，幕墻壽命延長 10% 。

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