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摘 要：随着科技的不断进步，生产力水平的不断提高，加工制造业的飞速发展，激发了人们对美好生活的更高追求，人们已不再拘泥于对传统思维的认知，希望通过更先进的技术挑战创造的极限。于是，在全球各大城市极富想象力与视觉冲击力的不规则曲面建筑层出不穷，宛如城市的艺术品，影响着我们的生活。如何通过先进的技术去打造他们，是一项至关重要的任务。对于不规则异形曲面建筑外装饰构件的实施，BIM的应用能够有效解决因复杂的建筑外形造成的实施过程中产生的相关难题，特别是在当今建筑业飞速发展的环境下，其应用显得尤为重要。
关键词：BIM、异形曲面、曲率分析、优化设计、曲面拟合、样条曲线、碰撞检测、模拟安装
一、概述
本文主要结合北京望京SOHO不规则异形曲面雨篷设计的这个典型案例，对BIM技术在建筑外装饰幕墙设计方面的应用作了简要的分析。重点介绍了BIM在异形曲面建筑装饰构件设计实施一体化应用的思路及方法。对复杂建筑构件的实施起到抛砖引玉的作用。
二、不规则异形曲面建筑外装饰构件的设计思路及方法
1、分析建筑体型——把握特点、重点、难点;
项目简介：望京SOHO是由国际著名建筑师Zaha Hadid设计的商业写字楼。项目整体造型是由三座山峰状的复杂空间几何体的塔楼构成，俯视鸟瞰效果又似三条游动的鱼。
(图一、整体效果图)
(图二、整体俯视效果图)
建筑整体外立面呈现的均为复杂变化的曲面，造型非常丰富，视觉冲击力极强。而本项目的一大亮点就是曲面铝板，所有复杂曲面造型均是以曲面铝板面材来实现。尤其是位于塔楼二层的入口及商业店面处不规则异型挑檐雨篷，与主楼采用了相同的建筑表达语言，对建筑整体起到了锦上添花的作用。
(图三、望京SOHO整体BIM模型截图)
(图四、望京SOHO雨篷BIM模型截图)
(图五、望京SOHO T3塔雨篷原始BIM模型截图)
通过对雨篷模型的分析，雨篷体型呈流体型渐变，最大悬挑距离4170mm,根部高度尺寸为定值1600mm，表皮也为不规则渐变曲面，特殊的体型使得雨篷的剖面在每个部位都各不相同，如此，雨篷的细部设计采用传统的二维图纸根本无法全面表达详尽，必须借助BIM 参数化建模来实现。此部位设计的重点是异型曲面表皮的优化、拟合，难点在于参数化模型的建立和构造设计。
2、优化异形曲面表皮——通过曲率分析、曲面拟合，使曲面铝板加工方便可行，更有利于保证加工制作质量，保证建筑效果;
首先根据雨篷模型进行整体曲率分析，有局部铝板的曲率由上端到下端呈越来越小渐变(颜色蓝色曲率为最大，红色为最小)，即为双曲面。
(图六、望京SOHO T3塔二层雨棚铝板曲率分析局部截图)
不仅如此，部分曲面边缘线为样条曲线，这使得我们无法输出准确的加工参数给加工厂指导加工。
(图七、未拟合雨棚单块铝板曲率分布图)
另外，针对双曲面的加工，需根据每块曲面进行单独的模具加工，加工工艺复杂，在保证建筑效果的前提下，通过三维拟合成近似单曲，减小了铝板加工难度，从而能够更有效的保证加工质量。
我们结合曲面曲率渐变的特点对曲面进行处理，曲率大的地方尽量保持原曲面的弯曲度，从原曲面边线提点优先用三点拟合成弧，并将得出的曲面和原始表皮进行比对进行调整以选出最接近原曲面的结果，曲率小的地方我们根据拟合得出来的面进行延展并与原曲面比对，以保证整块铝板的平滑过渡。
(图八、拟合后雨棚单块铝板曲率分布图)
我们以曲率小的上下两端边线作为直线边，侧边边线以一个弯曲度方向扫掠进行重建面，拟合后的曲面几乎近似单曲，曲率都呈现为零。
(图九、拟合前后重叠图 红色为原曲面，黄色为拟合后曲面)
(图十、拟合前后重叠图 红色为原曲面，黄色为拟合后曲面)
根据上图的对比，两曲面重叠几乎接近。
对整体拟合后的效果进行查看分析平滑过渡性，两相邻分格之间过渡平滑。
(图十一、拟合后局部分析图)
上图我们能看到有白色，黄色，红色颜色区分，这是根据不同段的曲率特点，我们进行了不同半径的拟合，在模型里，我们把它用图形集来分类，这样我们就能直观的看出每块曲面的特点，发给加工厂，他们也能更直观的进行参数的输出。
(图十二、拟合后的半径图形集分类图)
(图十三、拟合后单块曲面参数分布图)
由上图我们可以看到原曲面已由两小块单曲面加一块平面组合，单曲面半径都为整数，这样我们可以直接从模型中生成带参数的加工图，简化了加工工艺，大大提高的生产效率，更有利于保证加工质量和建筑效果。
(图十四、拟合后相邻曲面参数分布图)
最后，我们得出经拟合后的完整表皮模型：
(图十五、拟合后的雨篷表皮模型)
3、确定节点构造形式——结构安全合理、安装方便快捷;
节点构造的要以表皮分格为基础进行设计，根据拟合后的表皮模型进行分格，如下图：
(图十六、雨篷表皮分格模型截图)
根据分格模型导出分格平面图，如下图：
(图十七、雨篷表皮分格模型截图)
经过模型的剖切可以得到典型部位的节点剖面，在此剖面基础上通过节点构造设计作出雨篷典型部位的节点图。
(图十八、雨篷典型节点图)
(图十九、雨篷典型节点图)
进行雨篷的节点构造设计的主要思路就是通过雨篷的表皮模型向内偏移一定值，得到一个包络曲面，然后再这个曲面以内的空间进行雨篷结构的布置。
通过表皮模型分析，根据区域划分，确定各区域的结构形式。
(图二十、雨篷钢架分布图)
(图二十一、雨篷钢架形式图)
经过力学分析计算后，最终确定结构的截面形式和节点构造。
4、根据节点构造进行BIM参数化建模——模型完整、注重细节;
建立雨篷结构模型：
(图二十二、雨篷结构整体BIM模型截图)
(图二十三、雨篷结构BIM模型局部截图)
建立雨篷整体构造模型：
(图二十四、雨篷整体BIM模型截图)
(图二十五、雨篷局部BIM模型截图)
(图二十六、铝板安装构造节点截图)
5、BIM模型碰撞检测、3D模型模拟安装——找出问题，局部调整，保证系统构件自身不冲突、与其他专业不干涉;
将雨篷整体模型建立完成后与主体结构BIM模型进行合模，进行碰撞检测。
(图二十七、主体结构BIM模型截图)
(图二十八、雨篷整体BIM模型截图)
(图二十九、主体结构与雨篷整体合模后的BIM模型截图)
(图三十、主体结构与雨篷整体合模碰撞检测截图)
(图三十一、3D模拟安装截图)
通过碰撞检测、3D模拟安装，确认无误后方可进行后续零件图输出的工作。
6、BIM模型导出零件图，用于加工生产。
通过严格控制模型设计的各环节，使得模型完全还原实施方案。模型完成后，直接通过软件将零件导出，进行后续的加工。
(图三十二、雨篷钢架模型截图)
(图三十三、雨篷钢架零件截图)
铝板的零件输出也是直接从软件中将每块铝板导出，将铝板模型发往铝板加工厂家，直接输入数控加工设备进行面材下料，铝板背筋及辅助连接件的安装完全依照模型执行。
( 图三十四、 铝板零件模型及铝板二维布筋图)
待零件加工完成后进行后续的施工安装。施工过程及完工后实景照片：
总结：综上所述，通过BIM技术的应用，我们对不规则异形曲面建筑外装饰构件的设计进行了科学有效的实施，使建筑创意得到了完美的展现。同时也希望借此案例，使BIM技术在幕墙行业内得到大力的推广，使幕墙设计、施工更加科学、高效。
参考文献
[1]《中国BIM丛书：设计企业BIM实施标准指南》作者：清华大学课题组 互联立方(isBIM)公司BIM课题组
[2]《双曲面铝板造型设计及加工的简化方法与运用》，作者，赵国友，刘朝生。
[3]《板料多点数字化成形技术现状》， 吉林大学无模成形技术中心、长春瑞光科技有限公司，李明哲
[4] 《现行建筑材料规范大全》 中国建筑工业出版社
