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提要：多年来，笔者一直在思考如何能够轻松、快捷地完成建筑幕墙的设计，包括施工图设计、计算书及下料工艺等。本文提出了一种新型的幕墙设计理念，探讨如何利用VCB技术来高效实现幕墙的设计工作。
关键词：VCB技术，幕墙设计系统
1 前言
幕墙设计是基础，也是核心，前期一般包括方案设计、施工图设计、施工深化设计以及幕墙结构计算等，后期一般包括提出订购表、下料清单、加工及组装图、竣工图等，涉及到项目的整个过程，设计人员的工作量较大、任务较繁重。但是，近几年，幕墙行业里设计人员流失到其它行业，特别是地产行业的情况较普遍，愿意沉下心做幕墙设计的毕业生越来越少，很多企业设计人员出现断层、青黄不接等现象，已影响到企业的正常运营和发展。
如何减轻设计人员的工作强度，最大限度地提高幕墙设计的效率，一直是笔者的一大心愿。经过近几年的探索，VCB技术应该是解决这一问题的答案之一。
2 VCB技术简介
何为VCB技术?这是笔者自创的一个词，V代表可视化，C代表云平台，B代表BIM，简单地说，VCB技术就是可视化技术+云平台技术+BIM技术。这三大技术如何与幕墙设计相结合呢，下面先分别简述一下这三项技术。
可视化技术就是利用三维建模软件，将传统的平面（词条“平面”由行业大百科提供）图形转化为三维模型，形成三维的虚拟建筑模型，真实、直观地将幕墙工程展示给使用者，使用者通过三维图形化的界面，可轻松掌握幕墙设计进度、下料情况等。但是，如果直接采用三维模型数据交换、中性几何文件格式数据交换或者中性显示模型数据交换，都存在各自无可避免的缺点，要么要求必须具有相同的三维建模平台，要么要求使用通用的三维浏览软件，要么所传输的三维模型文件打开时需要花费极长的时间，要么没有几何信息且不能精确地测量几何位置关系等等，所以，必须采用三维模型轻量化技术，在保证模型层高、分格尺寸、精确度等完整参数的前提下，将原始的三维模型原始文件进行最高上百倍的压缩，实现百兆级以上数据的流畅浏览与操作，使三维模型的可视化与三维软件无关联，实现产品数据的快速浏览和精确的几何信息查阅，从而确保幕墙三维模型能够在网速一般且配置较低的电脑、手机上轻松实现全方位的幕墙工程展示。
云平台技术的定义是基于硬件资源(服务器、存储器和CPU等)和软件资源(应用软件等)的服务，来提供网络、存储和计算的能力。本文采用的云平台技术主要是利用云平台的数据传输、存储和计算等功能组成的云服务器，将幕墙工程中所需的应用软件完全或部分放在远程的云数据中心完成，面向使用者提供方便、快捷的云平台服务。对于使用者来说，只需使用浏览器这样简单的客户端上网，按预先设定的使用者权限，便可全部或部分使用定制化的云平台系统进行幕墙设计。当然，云平台的安全、服务器的稳定性等问题不容忽视，应优先使用主流的商业化云平台，目前，主要的商业化云平台有：亚马逊、甲骨文、微软、IBM、阿里巴巴、谷歌等。
BIM技术就是基于BIM技术，研发标准化、系列化的幕墙标准产品的设计系统，或者根据使用者需要，定制研发针对企业、具体幕墙工程的设计系统，整个设计系统包括前期的幕墙设计图纸以及后期的下料等，其中，BIM技术的核心就是幕墙设计后期的下料工作。真正做过全过程设计的幕墙设计师应该深有体会，相对于前期的图纸来说，后期的下料工作往往更加麻烦，更容易出错。为加强管理、控制成本，一定规模的公司通常都要求设计师设计幕墙中所有的材料及加工图，除立柱、横梁、面板（词条“面板”由行业大百科提供）或板块等加工图外，还包括各种螺丝、螺栓等紧固件，以及硅酮胶、密封胶条用量等附件，工作量大，任务繁重;另外，大量的异形幕墙工程不断涌现，对下料人员的要求也很高。而这些对BIM技术来说就轻而易举，手到擒来了。
3 基本思路
幕墙行业里历年来通常都是采用AutoCAD（词条“CAD”由行业大百科提供）二维平面设计软件进行全过程设计，包括设标阶段的方案图、施工阶段的施工图设计、设计下料阶段的零部件加工等。四四方方的标准幕墙工程对普通设计师来说一般都不会有问题，一旦遇到非标准的、异形的幕墙工程，设计的难度就直线上升，对设计师的要求也非常高，如果再采用传统的二维CAD平面设计方法，往往无法应付，设计效率低，容易设计失误，甚至可能影响幕墙工程进度甚至成本控制。而基于VCB技术的幕墙设计系统可以改变这种传统的设计做法，使设计变得更加简单、快捷和准确。
3.1 技术路线
基于VCB技术的幕墙设计系统就是将可视化、云平台和BIM三大技术进行整合，形成一整套的幕墙设计系统，具体架构详见图1。可视化技术作为幕墙设计系统的三维模型可视化展示手段，云平台技术作为幕墙设计用相关数据的传输、存储和计算系统的载体，BIM技术作为幕墙设计和下料系统的核心，使用者可直观、快捷、准确地完成所需的幕墙设计绝大部分工作。当然，不光是幕墙设计，建筑门窗设计也同样完全适用于该系统。
图1 幕墙设计系统架构
3.2 设计流程
基于VCB技术的幕墙设计系统可直观、轻松地实现设计、计算、下料和材料优化等主要设计工作，主要设计流程如下：
1) 建立幕墙设计系统需首先搭建幕墙设计系统平台。系统平台集成了可视化系统、云平台系统和BIM技术系统三大系统，可用于企业局域网、企业网站下挂或专用设计网站等。不同岗位、不同级别的人员应设置相应的查看和管理权限;
2) 建立幕墙工程三维可视化模型。根据建筑结构要求，按幕墙系统或工程的层高、分格、幕墙类型、截面尺寸和规格等具体设计参数建立三维模型，可采用犀牛、Revit、SkethchUp等软件进行三维建模，再经过轻量化处理后放入到幕墙设计系统中，形成可视化的三维模型，登录平台后可直观展示三维模型。另外，通过附带的功能工具，可对三维模型进行尺寸测量、任意面剖切视图以及模游模式等操作;
3) 连接云平台参数接口。可通过人机交互式界面，将三维可视化模型中的相关设计参数和计算参数与云平台中对应的参数接口进行连接，确保可视化三维模型中的参数与云平台及服务器中相关程序模块中的参数一一对应;
4) 驱动BIM系统生成幕墙设计成果。通过云平台传输过来的设计和计算参数，驱动云平台服务器中的相关软件，按预先编制的程序模块自动生成设计图纸、计算书、下料清单、加工图以及材料优化等相关设计工作。同时，已完成设计的部分在三维可视化模型采用不同的颜色标注出来，且不可重复，避免出现二次设计下料;
5) 下载完成的设计文件。所有的设计工作完成后，平台系统将所有设计文件上传至指定位置，供使用者下载，其中，零件加工图可直接转化为加工中心的CAM格式，以方便工厂加工使用。同时，服务器自动备份全套上传的文件，确保资料安全。
4 系统应用示例
基于VCB技术的幕墙设计系统所采用的可视化、云平台及BIM技术目前都比较成熟，总体技术方案可行，只需要将现有的三大技术进行整合，从而研发出适合幕墙行业使用的设计系统。
通过与多家专业公司反复沟通、测试，目前基本上已能够将基于VCB技术的幕墙设计系统中所要求的大部分功能得以实现，但仍有一小部分设计工作还未完成，还需进一步研究和探讨。现将已基本完成的两个幕墙工程示例与大家分享，通过这些示例，也从侧面验证了基于VCB技术的幕墙设计系统的可行性和实操性。
首先来看看幕墙单元窗设计系统示例。
4.1 幕墙单元窗设计系统示例
幕墙单元窗设计系统是按照深圳某实际幕墙窗工程进行全过程测试项目，该工程为超高层住宅，采用了比较新颖的幕墙单元窗系统，共有十多种窗型，由于幕墙窗大量采用了单元式幕墙的防水和构造设计理念，同时，不仅有凸窗，而且单元窗下端还悬挑，与传统的窗系统有很大的差别，所以窗系统工艺复杂、加工难度大，如采用传统的二维设计，对设计人员的三维加工设计要求较高，而采用基于VCB技术的设计系统就非常直观、快捷。
首先，根据建筑和结构的要求，按实际工程建立幕墙单元窗的三维可视化模型(详见图2)，可360º全方位展示该幕墙窗工程的全貌和局部细节，其中左图为整个幕墙窗工程的全景图，右图为左图的局部放大图，通过右图下侧工具栏，可实现测量、剖切和漫游等实用功能。
图2 单元式幕墙窗可视化模型示例
随意点击可视化模型中的幕墙窗，相应的设计参数和计算参数就直接显示出来，这些参数是在建模过程中已明确的参数化数据，让使用者再次复核参数是否正确，是否需要修改，通过这个界面，使用者就可以直接生成施工图、计算书、加工图以及下料清单，简单、方便。另外，为区分设计完成情况，幕墙窗采用不同的颜色进行标识，如灰色代表尚未设计部分，蓝色代表正在设计部分，黄色代表已完成设计部分，详见图3，再打开参数下方对应的任务键按钮，即可完成程序模块所设定好的设计工作，如下料清单、加工图以及计算书等。如需输出相应的施工图，仅需在预先设定的程序模块中添加相应的模块即可。
图3 蓝色标识的幕墙窗设计参数示例
从示例可以看出，只有简单的几个步骤，就能完成幕墙单元窗的设计下料工作，由于在施工图设计过程中，所有型材、面板、连接件、紧固件、与建筑结构的关系等完全确定，所建立的三维模型与实际工程完全相符，可通过已固化的程序模块自动生成施工图纸，如大样图、节点图（词条“节点图”由行业大百科提供）等。
当然，大量的设计工作仍需在系统的后台完成，但通过BIM技术的参数化设计，重复的设计工作量急剧减少，转由计算机根据参数变化进行傻瓜式的重复计算生成，设计人员只需要集中精力，做好几个关键点的设计工作，如系统设计的合理性、可操作性，极大地减轻了设计师的劳动强度。
4.2 异形幕墙设计系统示例
同样道理，异形幕墙也一样可以采用相同的设计系统，众所周知，异形幕墙的设计和下料难度相对来说较大，特别是异形幕墙中各空间型材尺寸以及面板各边尺寸等，但对于VCB技术来说，只要保证三维可视化模型是按照异形幕墙工程的实际参数建模，幕墙设计平台系统就能通过云平台自动地、精确地读取相关信息参数，从而驱动BIM系统进行相关设计。下面以一个异形幕墙的测试模型为例。
异形幕墙的测试模型为三角形分格的玻璃板块，玻璃（词条“玻璃”由行业大百科提供）为平面玻璃，三边玻璃框铝型材组框，采用结构胶进行粘接，共有180块三角形玻璃组框，具体可视化模型详见图4。同样，可采用图下方的工具栏实现相关测量、剖切模型等功能。
图4 异形玻璃三维可视化模型
玻璃组框板块的颜色与上述规则基本相同(详见图5)，深蓝色是正在设计部分，选取蓝色板块后，该板块相应的设计参数自动导入，包括三个玻璃框的长度和两端加工角度、玻璃三条边的长度和三个夹角等参数。同样，点击相应的设计任务键，即可获取所需的设计成果，最后只需下载自动上传的设计文件。
图5 深蓝色部分玻璃组框板块参数
当然，异形玻璃组框只是一个简单的测试示例，但通过这个测试示例可以看出，通过对精确建模的三维可视化模型中相关参数信息的读取，所有异形幕墙设计参数自动传输到后台的幕墙设计系统中，并通过接口联动，自动生成设计成果，中间生成过程可以不需要设计人员任何介入，使异形幕墙的设计变得简单、快捷、方便、准确。所以，基于VCB技术的幕墙设计系统在异形幕墙的设计方面具有得天独厚的技术优势，VCB技术与异形幕墙设计的完美结合，能够极大地提高异形幕墙的设计质量和加快设计进度，同时，有效地提升异形幕墙设计的管理水平。
5 结束语
从技术实现的基本构思，到三大技术的系统平台整合，再到幕墙工程的示例展示可以看出，基于VCB技术的幕墙设计系统技术上可行，实操中可落地，绝大部分的建筑幕墙及门窗（词条“门窗”由行业大百科提供）的设计工作都可以实现，也为将来的幕墙设计探索出一条新路。
可视化、云平台和BIM这些技术相对传统的幕墙行业来说还是一个新事物，而基于VCB技术的幕墙设计系统更是如此，还需要不断去总结和完善，甚至可能推倒重来。所以，该幕墙设计系统还需要用较长的时间内去验证是否满足幕墙行业的发展需要，是否具有不断创新的生命力，是否具有持续发展的前途。本人希望，这种新的幕墙设计系统能够改变幕墙以及门窗企业原有的设计规则和流程，能够提供一种新的幕墙设计管理方案，甚至发展成为一种新的幕墙工程管理系统。当然，目前这些暂时还只是设想，要实现这些设想，还有相当长的路要走。
[参考文献]
[1] 曹德君等. 基于轻量化三维产品模型的装配建模技术研究. 机床与液压，2009(11).
[2] 陆嘉恒主编. 分布式系统及云计算概论. 北京：清华大学出版社，2011.
作者单位：深圳市建筑门窗幕墙学会
