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摘要：建筑工程设计中应用BIM技术辅助建筑设计的应用越来越广泛，虽发展时间短，发展速度却令人叹为观止。目前，在建或已建成的形态各异的建筑中，或多或少都有应用BIM软件辅助建筑设计。在各种常用的BIM软件当中，Rhinoceros 软件和Grasshopper插件组成的设计平台是目前使用最为广泛、最为流行的一套BIM软件设计平台，这主要得益于Rhinoceros 软件强大的建模能力和Grasshopper插件独特的可视化编程方式。
本文以江苏园博园未来花园云池舞台项目的石笼幕墙、锈蚀钢板幕墙、水波纹板幕墙、UHPC墙板（词条“墙板”由行业大百科提供）等工程实例，阐述石笼幕墙、锈蚀钢板幕墙、水波纹板幕、墙UHPC墙板的设计经历，以及Rhinoceros 软件结合Grasshopper插件，在幕墙工程中的实际用。
关键词：石笼幕墙。锈蚀钢板幕墙。水波纹板幕墙。UHPC墙板。BIM技术。精准下料。精准施工。保质。保量。保时。
1 引言
中国幕墙自1984年北京长城饭店首个单元式玻璃幕墙建造到现在为止，我国的建筑幕墙经过了近四十年的发展，特别是近二十年建筑幕墙在各大工程项目上的广泛应用，使得各项技术都逐步成熟，相关各类幕墙的标准、规范也都纷纷出台。对现代幕墙从设计、加工制作到施工技术质量都有了相应的要求和规范，使得设计单位和幕墙公司在进行新项目的设计、施工时有章可循。在一定程度上保障了建筑幕墙的安全性、可靠性，也推动了建筑幕墙的发展。然而，由于时代的发展，各种形态各异的建筑造型和建筑风格，无疑增加了建筑幕墙设计的难度和精度。各幕墙设计单位和幕墙企业的技术能力上的差异，使得在对各类幕墙在设计和施工不可避免的会在技术层面上出现认识上的差异，特别是对于各类复杂的建筑造型，采用BIM技术辅助幕墙设计、生产的技术上，还存在不少认识上的差异和经验不足的情况，需要强调技术的重点，以确保建筑工程项目的安全使用。
本文以工程项目为例(如下图)，结合工程特点、形式，阐述石笼幕墙、锈蚀钢板幕墙、水波纹板幕墙设计思路和设计过程，同时对石笼幕墙、锈蚀钢板幕墙、水波纹板幕墙的抗风、抗震、温度变形等各项物理性能的实现和安全保障作深入介绍。
2.工程概况：
江苏园博园孔山矿片区(未来花园)工程位于江苏省南京市江宁孔山矿废弃采石坑矿区域，基地北侧山坡下为园博园二号入口，南侧为现状崖壁，西侧山坡下为空中花园(13 个城市展园)。未来花园包括崖壁剧院及看台、观景平台、云池舞台。崖壁剧院及看台地上三层，总座位数2418座，主要功能包括：两组室外标准看台(共650座)、贵宾包厢(71座)、三层室外临时看台(107座)、室外景观看台(约1590座)、观众休闲区、配套服务商业、轻餐饮、设备机房等相关设施。观景平台主要以观景休憩和交通功能引导功能为主，云池舞台主要服务于演出及秀场。
本文主要以云池舞台为工程案例，系统讲解云池舞台子项中建筑幕墙设计及施工过程中采用的一些技术措施。
云池舞台外形宛如空着飘逸的“祥云”，横躺着的 “金鱼”祥瑞。金鱼乃祥龙化身的前身，故“金鱼”肚底为“水波荡漾”的龙鳞状水波纹不锈钢板吊顶。“金鱼”横卧上部为三个LED（词条“LED”由行业大百科提供）舞台，不锈钢镶边，立面为层次分明的石笼幕墙和锈蚀钢板造型曲面。云池舞台作为未来花园中的子项，是未来花园的的点睛之作。
3.云池舞台子项幕墙系统设计介绍
云池舞台子项中的建筑幕墙主要包括水波纹不锈钢金属板幕墙、石笼墙幕墙、UHPC墙板、锈蚀钢板幕墙、不锈钢金属板幕墙以及包括部分金属铝板、铝合金格栅百叶、石材幕墙等，是未来花园所有子项中幕墙精品之作。水波纹不锈钢金属板幕墙、石笼墙幕墙、UHPC墙板作为云池舞台子项的主要建筑幕墙，比重约占本子项幕墙总体的90%，约7500㎡。
3.1、水波纹不锈钢板幕墙
水波纹不锈钢金属板幕墙为云池舞台吊顶幕墙，整个吊顶面为一扭曲的三维空间翘曲向上造型体，主体结构为钢结构，施工完成后局部吊顶如下图：
云池舞台顶面为三个LED舞台，舞台周边为碧波荡漾的水池，南京地区雨水多，下雨天或池水外溢时，部分雨水顺着舞台檐口流向顶部吊顶，为此，吊顶面板采用3mm水波纹不锈钢板，龙骨为120x80x6不锈钢龙骨。所有面板为三角锥弯曲板，顺着吊顶造型扭曲排列，形成“龙鳞”效果。三锥板之间开缝处理，翘曲侧面穿孔，夜间可通过侧面孔散发灯光效果，夜间效果更为壮观。
3.2、石笼幕墙
石笼幕墙为云池舞台子项的另一重点幕墙，其特色是与周围天然矿坑石壁融为一体，浑然天成，独显建筑师的匠心精神和设计智慧。石笼幕墙面材选材原则为就地取材。
石笼幕墙主要由不锈钢圆钢筋编制的不锈钢石笼，装载矿壁碎石组装成石笼幕墙面板材料。主要受力体系由不锈钢钢结构和UHPC墙板结构组成。不锈钢石笼加工示意图如下：
石笼幕墙结构受力体系为不锈钢钢架组成的钢结构，与主体结构连接形成的受力结构系统，如下图：
石笼幕墙承托体系主要由UHPC(超高性能混泥土墙板)板组成的墙板结构系统，如下图：
石笼幕墙安装示意下图：
3.3、不锈钢金属板幕墙
不锈钢金属板幕墙可看作为云池舞台子项外衣镶嵌的边条，主要分布于舞池檐口和舞台檐口。如下图鸟瞰示意。
不锈钢金属板幕墙面板采用3mm厚8K镜面不锈钢板，板块之间采用无缝密拼对接处理。考虑舞池因常年蓄水，各檐口幕墙和水常年接触，所有檐口不锈钢金属板幕墙受力龙骨采用不锈钢龙骨，主受力龙骨为120x60x5不锈钢钢管。舞池檐口基本做法如下图所示：
舞台檐口基本做法如下图所示：
4. 水波纹不锈钢吊顶幕墙BIM设计
云池舞台作为一个空间构造复制的建筑幕墙设计，必须完善建筑幕墙的施工图纸。但通过常规的二维平板（词条“平板”由行业大百科提供）设计图纸，很难在二维的平面上看出该造型的几何模型，也无法准确的定位、放线、施工。因此，必须进行三维空间建模设计，确定准确的建筑最终模型。我们采用Rhinoceros软件对建筑师的设计意图及相关图纸进行设计完善和校对。
4.1、基础控制线与控制面处理与分析优化
根据建筑提供的控制线条件进行处理，首先检查曲线的控制点分布是否均匀，并对其进行在一定的误差范围内的重建优化设计工作;
利用曲率梳工具分析控制线曲率，并对其进行调整优化设计后，如下图所示;
对生成曲面的路径控制线及截面控制线分析及优化，截面控制线尽量成为最简曲线或优化为固定半径的弧线，方便后期龙骨的有理化工作;
控制面同样保持曲面结构线的均匀原则，生成的曲面简洁光顺，方便后期面板的有理化工作;
对控制面进行曲率分析能够大概知道曲面的平坦弯扭情况，细节的话可以对曲面进行采样点的曲率半径分析工作;
4.2、吊顶曲面分格线制作及板块优化
根据建筑师提供的分格方案及板块控制尺寸大小制作分格控制线;
根据建筑师提供的板块造型需求制作独立的吊顶板块，最终板块为两个三角形平板组成的折板，形成龙鳞效果;
4.3、碰撞 检查
建筑幕墙外表皮完成之后，下一步工作是检测建筑幕墙表皮与建筑结构、建筑设备、建筑通风管道等之间会不会碰撞。
(1)重新抽取各层(建筑结构、建筑设备、建筑通风管道等)中的轮廓线，具体的位置对应每层的建筑标高。由于各专业设计存在误差、偏差，使得建筑幕墙超容易超出建筑红线，因此须重新根据红线来定义建筑结构、建筑设备、建筑通风管道等的轮廓线。重新提取的建筑结构、建筑设备、建筑通风管道等结构线就是实际施工的结构线。
(2)抽取完各种结构线之后，对幕墙的表皮进行划分。根据幕墙节点的尺寸进行面板板块的定位，并根据定位线，提取到Grasshopper插件中。
(3)通过表皮的分割，得到了幕墙表皮板块。
(4)相关工作完成后，运行软件及插件，检查建筑幕墙杆件（词条“杆件”由行业大百科提供）、幕墙表皮是否和建筑结构、建筑设备、建筑通风管道等碰撞，干涉。若有重新调整建筑幕墙表皮、杆件。
4.4、施工下单、成品展现
幕墙施工下料是一个风险性极大的工作。涉及安全、进度、质量等各种问题，所有不慎，经济损失不可估量，为了精准施工下料，保质、保量、保时的完成工程项目，必须对建筑幕墙的每个杆件、板块等进行精准编号。所有工作都在模型中完成。
(1)为了施工、安装方便，必须对板块进行编号，首先要对三维空间的板块进行“躺平”工作，如图11。
(2)由于部分板块相同，为了减少工作量，可以把相同的板块进行分类。在分类之前，首先给板块进行编号。图10
(3)最终，我们得到了不同的板块。提取每个板块的编号、尺寸、对角线和角度等信息，生成数据表格。图12。
(4)各种逻辑关系通过Grasshopper插件表达清楚之后，后续工作都可通过系统自动生成，批量下单，可大大节省设计师的时间。
利用参数化工具对板块进行批量展平及尺寸标注，供加工使用。
5、结语
回顾整个建筑幕墙设计工作，实际上就是平、立、剖、节点图的导入工作。在确定完建筑轮廓线之后，其它的工作都可以交由Grasshop-per插件来完成，通过编写各种逻辑关系，实现参数化建模，极大地提高了幕墙设计和施工下单的效率，特别是空间造型比较复杂的建筑幕墙。
参考文献
[[1]] 《玻璃幕墙工程技术规范》 JGJ102-2003
[2] 《建筑门窗幕墙用钢化玻璃》 JG/T455-2015
[3] 《建筑玻璃应用技术规程》 JGJ 113-2015
[4] 《建筑幕墙》 GB/T 21086-2007
[5] 《铝合金结构设计规范》 GB 50429-2007
[6] 《建筑结构荷载规范》 GB 50009-2012
[7] 《建筑物防雷设计规范》 GB 50057-2010
[8] 《建筑设计防火规范》 GB 50016—2014
[9]《公共建筑节能设计标准》 GB 50189-2015
[10]《钢结构设计规范（词条“钢结构设计规范”由行业大百科提供）》 GB 50017-2003
作者单位：中国建筑设计研究院有限公司建筑帷幕设计咨询中心
