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摘 要：本文从建筑幕墙领域，结合实际工程案例阐述如何利用BIM技术进行深化设计、优化构件、提取数据以及为施工提供放线定位数据等应用。
关键词：BIM技术;幕墙设计施工;参数化设计
1 引言
近年来，BIM技术已广泛应用于建筑行业各个专业中，它强大的空间造型能力、可视化的建筑形态、专业间协同智造能力，在当代异形建筑项目落地中功不可没。
2 项目概况
项目位于上海市闵行区，为34.2米高裙楼+49.95米高塔楼组成的大型商业综合体，包含十二类幕墙形式，其中F类型的竖向单索玻璃幕墙系统及K类型的铝板幕墙系统造型复杂，为本项目的重点及难点部分。项目局部透视图见图1，项目鸟瞰图见图2。
3 建模与碰撞检测
将方案图纸中的平立面图对应导入Rhino软件中，在Rhino+Grasshopper平台对各个幕墙类型进行整体建模，然后通过Navisworks软件，将相关专业模型整合碰撞检测。生成碰撞检测报告，能快速准确发现图纸中各专业间存在的问题，及时进行调整和修改，优化设计图纸。
项目累计发现图纸问题37处，解决碰撞点1320余处，见图3、图4所示。
4 重难点部分模型的深化、优化
4.1 竖向单索玻璃幕墙模型深化、优化
项目的一大难点为竖向单索玻璃幕墙系统，该部分幕墙位于裙楼4F-6F位置，采用四周为钢结构（词条“钢结构”由行业大百科提供），上下设置钢耳板作为支座，竖向为不锈钢（词条“不锈钢”由行业大百科提供）拉索，在玻璃板块相关处设不锈钢夹具，直接支撑钢化夹胶玻璃板块。根据位置和拉索用法不同，分为ABCD区域及相互交界区，幕墙形态多样(图5)。
分析建筑师的设计理念，不管各部分及交界的幕墙形态如何，竖向的单索都是直线布置，其形态是根据设计进行独立的倾斜角度设置，模型深化时可以先将竖向的拉索位置及其相关节点位置定出来。首先，按照4层和6层的平面（词条“平面”由行业大百科提供）图分格点位定出幕墙立面竖向分缝线，根据竖向分缝线找出拉索的参考线，AB区采用单根∅36不锈钢拉索，CD区及交界区采用两根∅36不锈钢拉索。然后，在初始模型表皮的基础上偏移出拉索位置的参考面，将参考线沿着参考面的法线方向放到参考面上，再把放出来的线转成直线，拉索的中心线位置就基本锁定了。最后，按照节点尺寸定出上下耳板销轴中心点位(图6)。
C区、D区均为过渡区域，属于扭面结构，为确保玻璃的生产及安装，必须用多个小块的平板面或单曲面来拟合这两个区域。同时，平板面或单曲面要尽可能地与扭面吻合，才不至于造成各个面角点间的偏差过大。在Grasshopper的参数化设计平台里，可以快速找到每一块面板的中心，我们通过计算经过每块单独面板中心的曲率线来找到平板面或单曲面的基准线，再将基准线沿已定的倾斜角度方向往上往下偏移、放样，便得到了优化后的基准玻璃面。最后用横向及竖向分缝线将基准玻璃面分割，得到实际尺寸的玻璃面(图7)。实际完成的效果见图8、图9所示。
4.2 铝板幕墙难点部位深化、优化
此部分幕墙主要为位于裙楼4F-6F退台转角位置的铝（词条“铝”由行业大百科提供）板幕墙、裙楼屋顶弯弧各转角处的铝板幕墙，以及铝板立面上的造型装饰线。
退台位置是直面到倾斜面的转角过渡区，屋顶转角由于剖面的弯弧半径大于平面转角倒角的半径，所以均属于非规则的双曲面板。模型深化时通过优化相邻面与面之间的连续性，保证了造型正确，过渡自然平滑，见图10所示。施工完成后的实景图见图11。
造型装饰线在方案中的做法为保证饰线底面始终保持与地面平行的基础上，以装饰线中为基准，将装饰线从铝板表面往外移出40mm(图12)。但经模型深化放样后发现，此做法将造成部分位于裙楼顶部弯弧区域的装饰线底部会与铝板表面发生干涉，干涉尺寸达20mm。在与顾问、业主及建筑师沟通后，将节点优化为保证饰线底面始终保持与地面平行的基础上，以装饰线下表面为基准，将其从铝板表面往外移出40mm(图13)。另外，装饰线的分格与铝板分格一致，有部分弧形的装饰线拱高其实特别小，如果都加工成弧形，一则需要拉弯的装饰线多，耗时长，再则成本也增加了。在保证外观不打折扣的基础上，我们利用参数化设计，只需输入一个参数(拱高)，即可快速将拱高小于一定尺寸的装饰线转为直线(如图14所示)。我们反复比试，将需要拉弯的拱高设定为10mm，在不影响外观效果的基础上，大大减少了拉弯装饰线数量，完成后的效果见图15。
5 复杂板块提料下单
5.1 竖向单索玻璃幕墙C、D区域
此两区域为用理想面板拟合而来，造成各块板的角点相互错位，导致不锈钢夹具尺寸多样，需选用合适的夹具才能满足安装。得益于以上所有的操作均为在Grasshopper中完成，Grasshopper编程形式的操作，将每一个步骤都完整的记录了下来。起初，我们生成了原始的玻璃表皮，而后在其基础上得到理想的平板面和单曲面。所以，可以再次通过这个平台，快速地得到原始扭面转理想面板后各个夹具固定（词条“固定”由行业大百科提供）点与原始面的偏差值，以及两相邻夹具的相对距离(图16)。通过统计数据结合实际需求分析得到，整个竖向单索幕墙区域共需采用8种尺寸不同的可调节夹具类型。
在初始建模阶段，我们就已经有意识地将每一块玻璃按一定的规则来生成，如玻璃的横列排布、每块玻璃四个角点的顺序等。为方便材料生产下单和后期的对应安装，需对每块构件进行编号，并将三维模型中实际尺寸的面板转放到平面上，以方便标示各个尺寸和绘制加工图样板。整理后的面板加工图如图17所示。
5.2 铝板幕墙区域
部分扭面、单曲、双曲面区域的铝板幕墙，二维图纸中难以准确地表达各个关键部位数据。经与专业铝板厂家咨询了解，异形铝板加工工艺已经很成熟，在Rhino中整理好面板模型，提取面板关键数据后，附加一张加工留缝、折边等注意事项，便可直接给加工厂深化、排产(图18)。
6 提取施工定位数据
每一个项目的成功落地，均需要科学合理的施工工序，施工则要有准确的定位，对于形态复杂的表皮，三维模型中的定位数据就显得尤其重要，是现场施工放线定位的依据。此项目中定位的数据主要有竖向拉索上下耳板销轴中心孔位、各个扭面及裙楼顶层龙骨定位和支座定位等。
竖向拉索耳板定位为在已优化的模型中找到销轴中心点位，从中心点出发画出每条分缝线上耳板的安装方向，整理导出CAD图形，给每个点标好相对尺寸，给方向线标好角度(图19)。
铝板龙骨定位是以靠近幕墙表皮的龙骨表面中线为定位放样线，辅以一些弦长线参考。支座则是将横龙骨所在的横向分缝线沿着表皮法线方向投影到竖龙骨的定位线上，两者生成的交点为支座固定点(图20)。
带轴网的三维模型里提取定位点和相关辅助测量线，然后导出为CAD二维图纸，标示各尺寸信息，可视化的三维模型配合二维图纸，让施工变得更明晰也更高效，有效减少失误。
7 结语
BIM技术的优势是在施工前将建筑在电脑里模拟建造一遍，提前发现问题并解决问题。通过碰撞检测，有效避免了施工过程中因图纸问题出现停工、返工情况，从而缩短工期和节约成本。通过参数化设计，高效地处理疑点难点，提出合理的解决方案。通过深化设计让施工人员更直观地了解异形结构，获得所需的关键信息。
参考文献
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作者单位：中山盛兴股份有限公司总工程师。
