图21 PG1檐口（词条“檐口”由行业大百科提供）龙骨布置图
3.2模型信息化处理
3.2.1数字化模型合模
上海中心裙楼的复杂空间表皮造型决定了主体钢结构也将同样复杂。正因为如此，主体钢结构和表皮之间的空间关系仅依靠常规的分析，是无法进行准确的判断的：幕墙表皮和主体钢结构是否发生碰撞，是否距离过小无法安装，是否需加设二次钢构等等。这些在设计阶段需要解决的问题都可以通过合模技术得到直观体现。
图22 东裙房主体钢结构
图23 西裙房主体钢结构
从上图可以看出，裙楼钢结构构件密布交织，我们不可能对每根结构构件进行核查，实际上对空间构件普通的放样检查也很难发现问题;并且很多钢结构构件都以折线模拟曲线，这就为人工判断表皮是否与钢结构发生碰撞带来了很大的困难。我们通过将裙楼实体模型与钢结构实体模型在统一基点上(12轴和H轴的交点)进行整合，模型软件自动将相互干涉的部位直观显示出来。设计人员可以对干涉部位进行检查分析。
图24 红线部位为合模后发现的幕墙表皮与结构的碰撞
图25 VIP厅处钢结构凸出幕墙表皮
图26 裙楼立面底部钢结构凸出幕墙表面
图27南侧连廊处，主体钢结构凸出幕墙表面
从上图可以清晰看出，钢结构凸出了幕墙表皮。在建筑外表皮原则不变的情况下，这就意味着主体钢结构需要进行调整。由于设计院的结构施工蓝图基本上是以二维平、立、剖的形式表现，因此我们利用数字化模型剖切出合模后相干涉的部位的外表皮安装控制边线，以此边线做为结构的控制线，即结构表皮边缘(含主体钢结构和楼层板砼)不能超出此边线，设计院以此边线为基础进行主体结构的修正。如果设计院认为某些结构确定不能够调整(如钢柱已从地下室伸上来，已无法移动)，只要其未超出幕墙表皮，但是超出了幕墙安装控制线，我们就需逐一进行龙骨安装分析，分析安装时是否会有影响。
图28 结构的控制边缘线分析
3.2.2材料加工数据的提取
图29 铝板加工图纸
在上图铝板加工图中，共有六个加工数据，两个现场质检尺寸。另外还附有供商务与厂家核算铝板面积的其他一些数据。仅PR系统一项，数据量就高达近十万个。
图30 铝板信息化模型
图31铝板信息化批量导出
图32 铝板加工数据表格
由于实体模型的建立，使材料加工尺寸等数据可以以EXCEL表格形式导出。这有助于实现加工数据的“零”错误：①铝板(玻璃或其他材料)实体模型的建立，使设计人员更为直观地进行核查;且软件也可以进行一定的相交、碰撞检查;②模型建立核对后，统一由程序生成所需的加工数据，避免人为测量尺寸、尺寸填写、尺寸归并等造成的二次错误。
3.2.3现场测量、安装定位的依据
为了现场减少焊接量，在主体结构加工工厂进行了大量的幕墙所需的预埋钢板预制。主体钢结构现场安装完成后，预埋钢板其偏差值是否满足幕墙安装需要，如果不满足需提前考虑纠偏方案，避免现场随意切割现象的发生。这是就需要一个与现场测量互动的过程;根据信息化数据模型，设计人员提供预埋钢板理论三维坐标点 现场测量预埋钢板实际三维坐标值 设计人员进行坐标值分析 进行纠偏方案处理。
图34 实体模型三维点
图35 理论值与实测值对比分析
上图为设计人员提供的实体模型上的，某一焊制于主体钢结构上埋板的一个定位数据。现场测量人员根据指示对此块埋板进行测量并反馈回设计人员。设计人员进行对比分析，偏差在幕墙龙骨可调节范围内的不予处理，对于偏差大于调节范围内的，设计人员则需要加长或缩短转接件距离，加大调节孔长度，或采用其他纠偏措施。
上海中心表皮空间逻辑造型复杂，幕墙表皮并非为某一水平面或垂直面，多数幕墙表皮为空间曲面，特别是收口部位基本上全为异形扭曲面。为了保证现场安装精度，就必须进行安装关键点控制：在深化设计时，设计人员依据实体模型，找出安装龙骨(面材)等工序时的关键控制安装点，并以三维坐标的形式标注与龙骨(面材)布置图上;在现场安装时，施工人员结合实体模型，对照设计人员给出的安装关键点进行测量放线，保证每道工序的安装控制点都能在可接受范围内，这样最终成型的幕墙才能确保精度，达到建筑师的要求。
图36 PG1侧部收口铝板
PG1处收口铝板为在造型逻辑上为一圆台体的剖切面，兼顾着接口PG1百页格栅和PR玻璃幕墙。如果铝板加工不精准或安装出现较大偏差，会出现圆弧面不能够平滑过渡出现凹凸不平现象，也可能会出现收口铝板不能很好地衔接PG1百叶格栅和PR玻璃幕墙，造成交接缝隙过大或过小。这两者都会影响建筑效果。
因此我们除了在绘制加工图时给出了关键控制尺寸，并且还给出了安装关键控制点位。如下图，每块铝板安装我们给出了三个关键控制点，六个非关键辅助控制点。现场测量人员根据这些控制点理论三维坐标进行控制，从而保证铝板安装的精准性。
图37 铝板复核定位图
图38 铝板安装测量定位表
在上海中心裙楼幕墙工程深化设计过程中，对于表皮造型逻辑为空间曲面的幕墙系统，设计人员都会给出龙骨、面材的关键加工、安装坐标等信息，因为此类幕墙现场施工人员是无法根据施工蓝图进行推算得出详细安装坐标的。而对部分表皮造型逻辑非空间曲面的幕墙系统，其平行于或垂直于X、Y轴，可以通过二维施工蓝图推算出安装点位的，设计人员可以不提供三维坐标点。
图39 PR幕墙玻璃及安装座模型图
前面已经描述过PR幕墙的空间扭曲造型，现场施工人员是无法通过推算得出型材、玻璃的安装坐标点的。我们通过铝制转接系统的各种调节，在材料加工时可以归并一部分玻璃和铝制安装座，减少加工量和现场材料二次搬运工作量。但是现场定位坐标却无法合并，每一块玻璃都有其固定唯一的安装坐标点，而每一块玻璃都需现场测量又不现实，因此设计人员提出：横向上每隔两至三跨，纵向上每六个300mm宽的玻璃板块需精确测量一次控制点，保证安装精度。精确控制点之间的玻璃以设计人员坐标点做为参考，以实际安装效果做为基准，保证空间曲线的圆滑过渡即可。
3.2.4指导工厂化制作、现场安装
上海中心裙楼幕墙系统繁多，幕墙面材组合复杂。特别是PS石材幕墙，单块石材面积较小，分别为1200*450mm，900*450mm，600*450mm三种规格，这三种石材又按四种组合方式在立面上进行排布。PS石材幕墙整体逻辑造型为双曲圆胎面。
图40 PS石材面板立面布置图，边部未剪切
图41 PS石材面板布置放大图
从上图可以看出，PS幕墙石材面板较小，但是分布又有一定规律。如果采用普通框架式安装，即现场逐块安装，会存在以下两方面的缺点：①石材面材较小，安装费时费工，产出比不高;②石材面材逐块安装，控制点位过多过杂。而现场影响因素较多，会导致可能出现较大偏差。
因此我们采取内部防水铝板框架式安装，外部石材单元式整体吊装（词条“吊装”由行业大百科提供）的安装方式。由于PS石材幕墙的双曲表皮造型，而石材板块出于造价考虑，以直面板块代替弧线造型，因此必须精准定位石材板块挂接点位，才能保证石材板块“以折代曲”，实现弧线的双曲效果。
在进行“以折代曲”石材面板前，需要在理论放样上，对其实现效果进行判断，分析平板与弧板间的拱高差异，是否在建筑师可接受的范围，避免折面交口处出现较大凹凸台的出现。
图42 PS石材幕墙放样
图43 横向放样
图44 纵向放样
从上图放样可以看出，PS石材幕墙横向曲率半径624米，纵向曲率半径最小为64米。横向曲率较大，因此平面石材板块拱高只有0.65mm;纵向曲率稍小，平面石材板块拱高有3.54mm。经过讨论，建筑师认为采用平面石材板块，此拱高在大面积幕墙范围人的视觉是无法察别的，是可以接受的。
因此对于PS幕墙的双曲面造型，石材后部龙骨在横向上沿法向布置来适应横向曲率，纵向上采用弯弧形式;在安装防水铝板前，将石材板块挂座预先安装于龙骨上，并进行三维坐标定位;石材板块在工厂进行加工组装，检验合格后运至现场;防水铝板经水密性测试完成后立即进行整体安装石材板块。从这个角度上看，影响石材板块安装质量的关键点，除了板块的组装质量外，最重要的就是现场安装的石材挂座点的精准性。
图45 石材铝挂座模型定位图
图46 石材板块挂点模型示意图
图47 钢龙骨挂接点位定位数据表
钢龙骨在工厂进行加工时，根据信息化模型中提供的数据，在钢龙骨上进行预钻挂座定位安装孔。龙骨在进行工厂材料复测及现场安装复测完毕后，龙骨上的挂座位置也基本进行了精确定位。后续在安装石材挂座和石材板块时，进行更一步的微调，确保安装完毕后的石材幕墙精度。
3.3参数化设计
参数化设计，是通过将一定的逻辑关系组合，并将组合中的某一项赋予一定的参数变量，在此变量下批量生成模型、数据，或对变量数值进行一定的修改，模型构件即能够大批量地进行相应调整。现以PR幕墙玻璃的布置进行参数化设计的一个简单说明。
①PR金色肌理玻璃幕墙，玻璃高度方向约300mm，宽度方向上约1800mm。上文中对玻璃分格逻辑进行了说明：东裙楼PR按等宽逻辑方式布置，西裙楼PR按圆弧等分逻辑方式布置。如果PR幕墙是纯单曲面，玻璃布板工作用普通排列布置方式毫无问题，但是由于PR表皮的空间扭曲造型，再加上东、西裙楼两种布板原则，使布板工作变得相当困难。即使在模型上进行手工逐块布板，工作量也相当巨大。
图48 PR金色肌理玻璃板块布板模型
图49 起始部位布板
图50 镂空部位布板
图51吊顶圆弧部位布板
因此我们采用了模型参数化设计。根据一定的逻辑关系，将玻璃布板分格交由程序完成。
图52参数化程序
首先根据玻璃板块分格尺寸，以1800mm尺寸做平行于轴线的辅助线，并将辅助线投影到曲面上形成交线，得到玻璃的水平分格。这一步程序较为简单，可以通过程序完成也可以通过手工完成。
在参数化程序里面，大致上可以分为四个子模块：第一个子模块是将上述形成的玻璃分格交线进行布点，即沿弦长等于300mm设置玻璃定位点(东裙)，并在设置定位点时留出玻璃分格间隙;第二个子模块是将相邻交线上的四个点形成一个四边形曲面，并将此曲面拍成平面;第三个子模块是输出平面玻璃的长、宽、高等加工尺寸和现场测量定位点等数据。
图53 参数化程序中的关键控制变量
前面提到过，参数化设计的关键在于利用程序驱动建模工作，并且调整程序中的相关参数变量，模型随之进行调整。如上图所示，此参数化程序里面的参数为蓝色模块中的300mm。如果建筑师要求调整玻璃分格，只需将300mm更改成相应数值，模型即可完成调整。相比传统意义上的做图模式，有了质的飞跃。
由于建筑师的多轮调整，如果每次调整都要重新建模分析，无疑会带来相当大的工作量。此时参数化设计优势便极大地体现出来。
图54 参数化程序
在此参数化程序里面，将挑檐铝板的模型建立分为四个子模块：第一个子模块是采用与PG3玻璃幕墙垂直的直线辅助线，以间距900mm分格投影至挑檐曲面上，并得到与挑檐相交的曲线;第二个模块是形成如上面方案图所示的挑檐造型。先形成垂直(或倾斜)于PR边线，高度为900mm的挑檐外沿面，然后以一定角度转为吊顶面;第三个模块是将铝板横纵向分格交线的交点连成一个曲面四边形，分析四边形是否在一个平面内，如果不在一个平面内，其翘曲值为多少，并输出每一块铝板的长、宽、高等加工尺寸和现场测量定位点等数据。
图55 参数化程序中的关键控制变量
总体来说，上海中心裙楼的设计，从最开始的业主招标方案仅有的一些概念图纸，到最后的完成专家验收，它是我们公司第一个全过程、多阶段，高深入使用BIM工具做为主要设计工具的工程，应该来说取得了一定的成功。
中国幕墙网工程库gck.alwindoor.com正式收录上海中心大厦工程，敬请关注对该工程进展、幕墙技术、材料应用等相关资讯的动态更新！
上海中心大厦
总高度632米，结构高度580米，已建成项目中中国第一、世界第二高楼；地上楼层127层，观光平台在119层；建筑面积约57.6万平方米，占地面积约3万平方米。最大的非线性双曲面自洁玻璃
参考文献：
[1]张璐薇、关瑞明;《华中建筑》;BIM技术发展及其建筑设计应用
[2]卢婉玫;《天津大学》;BIM技术及其在建筑设计中的应用研究
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