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      日期:2016-05-23
      BIM遇上“建筑外衣”所產生的碰撞效果

      應用背景

        建筑幕墻作為建筑的獨特外衣,其將建筑美學、建筑功能、建筑節能和建筑結構等因素有機地統一起來。如今,各種材料、結構形式的幕墻已遍布全球,幕墻建筑已成為氣派、高雅、具有時代感的代名詞并且成為現代化大都市的重要標志與顯著特征。幕墻板塊的定制化程度高,不僅體現在各個項目幕墻面板的設計樣式不同,甚至有時在同一個項目中的幕墻面板樣式也各不相同。隨著新材料、新技術的出現以及人類對建筑外觀的不斷追求,使得幕墻的尺寸越來越大,形狀也日益復雜,隨之而來的便是現場安裝的難度提高。如果交貨順序和安裝過程管理不善,混淆幕墻板塊的安裝位置,就可能造成工期延誤和資源的浪費。

        利用BIM模型對構件的參數化實現對幕墻深化設計圖紙數據、詳細節點加工工藝數據和現場安裝定位數據的無縫銜接;實現加工無圖紙化和模型驅動加工。通過BIM技術的應用,創建一個精準的幕墻數據整合環境,將幕墻的建筑設計、詳細節點設計以及現場安裝融合為一體,用于幕墻表皮的生產、定位、檢測、造價估算以及風險管控等一系列管理活動。

        在湖南省湘潭縣一中藝體館項目幕墻工程中進行了深入探索。以下針對該復雜幕墻工程BIM技術實踐進行詳細介紹。

        一、項目簡介

        湖南省湘潭縣一中藝體館項目位于湘潭縣一中主入口東側,東北兩側臨貴竹北路、 鳳凰東路,東側緊鄰金霞山風景區,西側為校運動廣場,南側為校行政辦公樓。工程建筑面積14815.53㎡,地上3層,建筑高度23.99m,建筑結構形式框架+網架結構。幕墻面積約為11000 ㎡,由明框玻璃幕墻、半隱框玻璃幕墻、金屬幕墻及石材幕墻組成。本工程由湖南建工集團三公司承建,幕墻工程由湖南華意建筑裝修裝飾有限公司進行深化設計和施工。

        二、項目重難點

        1、幕墻東、西立面呈波浪型,由帶幕墻面板拼接組成。每塊幕墻面板規格大小都不相同,無法確定特殊型材數量。

        2、幕墻平面度的控制比較困難,因為本工程幕墻幅面較長,幕墻全長約113m,施工時難免發生施工累計誤差,而幕墻工程依據國家規范平面度要控制在10mm之間內,這就對幕墻龍骨安裝提出了更大的挑戰。施工時平面度累計誤差控制是本幕墻工程的難點。

        3、幕墻設計中采用的材料規格、品種較多,安裝定位困難。在施工前必須對施工人員作專項交底,需建立專項方案對材料的采購、管理、進出庫等進行規范。

        4、現場有八組專業施工隊伍,交叉進行作業,容易造成幕墻面板損壞,成品保護困難。

        三、幕墻BIM技術應用實施流程

        本項目幕墻工程在確定應用BIM技術之初便結合項目幕墻工程4大重難點與施工各參與方的多次溝和通確定了BIM技術的具體實施方案和流程。實施流程的確定為開展幕墻BIM技術的應用指明了方向,便于更有序和高效的開展工作,使BIM技術真正落實到項目,為項目發揮實實在在的經濟效益。以下為幕墻BIM技術應用實施流程:


      幕墻BIM技術應用實施流程

        四、BIM模型創建和復雜節點可視化交底

        本項目東、西立面是用不同弧度的曲線段拼接而成的波浪造型。要塑造這種線性造型,需要用不同大小的扇形面板進行拼接,每塊幕墻板的形狀和大小都不一樣,制作成本高昂,給施工和下料帶來了挑戰。依據設計院的幕墻施工圖紙,建出幕墻模型。


      不規則幕墻面板

        1、建立幕墻體量模型,對模型的表皮進行初步分格,所分網格作為幕墻的板塊分格。由于幕墻面板由不同半徑、不同圓心的曲線拼接而成,所以處理起來十分麻煩。建立模型時,首先根據每個區域所在圓心范圍,劃分成多個體量,然后將每個體量進行分割,最后拼接成一個整體。


      曲線面板劃分

        2、根據幕墻分割,建立符合項目安裝要求的若干種基本幕墻嵌板,并將嵌板主要尺寸參數化,使其可依據參數變化驅動板塊尺寸,即在嵌板族里面設立相應的變化參數,設置成自適應族,使軟件能根據網格的形狀和大小,自動組建出所需的各種形狀和大小的幕墻嵌板。


      參數化幕墻嵌板

        隱框玻璃幕墻施工時,平面上縫隙的允許寬度為6mm~15mm。在建模過程中,幕墻嵌板中設置了縫隙的調整參數,可以根據幕墻網格,調整幕墻面板的尺寸。將參數化的幕墻嵌板導入建立好的體量模型,在類型編輯器里替換系統默認的幕墻玻璃嵌板。


      幕墻面板細部構造

        3、分別做出幕墻橫梁、立柱,鋁板、角碼、支座、埋件等構件的族文件。根據構件的位置設定各族參數化變量,使其適應對應的屬性。將建立的構件族組合成豎向構件嵌套族、橫向構件嵌套族、上墻支座嵌套族等。并將各構件的長度、寬度、高度等參數與嵌套族的相應參數相關聯,保證零件與部件的尺寸同步改變。


        4、可視化交底:利用所建立的三維模型,將施工工藝、關鍵節點等施工過程以三維動畫的形式展現出來形成視頻文件,在施工交底時,通過播放施工工藝過程模擬,直觀、簡潔地展示施工工藝。



      半隱框幕墻工藝交底


      石材幕墻工藝交底

        5、將參數化族導入建立好的體量模型,組成各個立面的幕墻系統。


      幕墻西立面


      幕墻北立面


      幕墻屋面

        五、4D施工模擬

        將項目部制定的施工計劃與各施工工序相鏈接,進行施工工序模擬,以便于項目管理人員實時動態掌控施工進度,確定最好的施工順序和時間節點,快速優化施工資源配置,為制定物資供給計劃提供及時、準確的數據參考。

        通過4D模擬施工方案討論和優化,最終確定將幕墻施工劃分為東西南北四個立面區段,其中南北立面區段由東至西按造型分別劃分為1、2、3區域;東西立面區段由北至南按設計立面圖上以表皮分格豎線劃分為1-6號區域,其中1-5號區域由10塊表皮分格組成,6號區域由5塊表皮分格組成;幕墻龍骨安裝為先下后上,板塊安裝則為先上后下進行施工。充分利用平面、空間和時間,組織平面立體流水交叉作業。


      分區示意圖

        塔吊的覆蓋半徑,和運送能力不能滿足施工需求,制訂了先安裝屋面幕墻面板,再安裝東西立面,再施工南北立面的方案,給項目部提供了指導建議。


      模擬施工

        六、BIM指導施工下料

        由于幕墻需要通過拼接調整來塑造線條,每個板塊和幕墻板的尺寸和形狀都不一樣,下料時難以控制精度,通過BIM模型準確計算標準型材和非標型材的用量。

        在設計圖紙完成之后可以計算出整個幕墻工程所需鋼龍骨約93噸、后置埋板約2956個、鋁板約7500㎡、玻璃約4100㎡、石材約900㎡。

        在施工深化設計階段通過BIM模型提量快速生成玻璃幕墻、金屬幕墻、石材幕墻的下料表,提高下料的準確性,提升工作效率。在整個幕墻的玻璃嵌板部分分為鋼化中空玻璃、鋼化中空夾膠玻璃、鋼化中空防火玻璃三大類,分別是:

        8+12A+6 LOW-E鋼化中空防火玻璃:216.7㎡,56塊。

        6+12A+6A LOW-E鋼化中空玻璃(扇形):1796.9㎡,624塊。

        6+12A+6+1.52PVB+6 LOW-E鋼化中空夾膠玻璃(熱彎玻璃):114.3㎡,48塊。

        6+12A+6+1.52PVB+6 LOW-E鋼化中空夾膠玻璃:1385.55㎡,462塊。8+12A+6+1.52PVB+6 LOW-E鋼化中空夾膠玻璃:35.36㎡,16塊。

        8+12A+6A LOW-E鋼化中空玻璃:628.71㎡,268塊。

        以上六種規格,合計4177.52㎡,1474塊。

        鋁板主要是厚氟碳鋁單板分為四種規格,合計7414.25㎡,2322塊,通過精確的BIM模型提量有助于項目部精確下料備料和商務合同簽訂。


      龍骨示意圖


      明框面板示意圖


      材料統計表

        主體結構會因施工、層間位移、沉降等因素造成建筑物的實際尺寸與設計尺寸不符。因此,在幕墻工程制作安裝前需對建筑物進行實測實量,以掌握建筑物結構尺寸的偏差值。

        測量完成后,技術人員將模型數據與現場測量數據進行對比分析,根據實際數據對模型進行調整,保證模型數據和實體數據的一致性,確定幕墻面板的加工下料尺寸。項目部管理人員審查復核幕墻面板、構件模型尺寸后,交付廠家進行幕墻構件預制加工。

        七、二維碼的應用

        本項目為組合幕墻,材料多,規格不統一,安裝時需區分幕墻面板的材料和規格。如果按二維CAD圖紙進行定位,操作起來相當繁瑣,難以識別圖紙位置所對應的幕墻面板。

        利用BIM技術深化的模型,每個構件都有唯一編號。輸出構件列表,提取每個構件的ID和其相關的一些屬性(包括廠家、材質、規格、位置信息),利用二維碼批量制作工具,制成每個構件專屬的二維碼標識。

        根據劃分好的施工區段,在模型中選擇相應部位,對幕墻材料分塊進行編號,制作出幕墻安裝布置圖。


      幕墻編號圖

        廠家將幕墻生產出來后,貼上相應的二維碼標識后,交付項目部。產品送達工地后,堆放到相應的安裝區域。施工人員可以用終端設備,掃描二維碼,獲得每塊幕墻板的身份信息,根據幕墻安裝布置圖,按編碼序號,進行安裝作業。

        在后期運營階段,需要替換某塊幕墻面板,則可以直接在模型中提取該快面板的身份信息,獲得相應的加工尺寸。就可直接發給廠家進行生產,再進行更換。

      幕墻北立面


      幕墻屋面

        五、4D施工模擬

        將項目部制定的施工計劃與各施工工序相鏈接,進行施工工序模擬,以便于項目管理人員實時動態掌控施工進度,確定最好的施工順序和時間節點,快速優化施工資源配置,為制定物資供給計劃提供及時、準確的數據參考。

        通過4D模擬施工方案討論和優化,最終確定將幕墻施工劃分為東西南北四個立面區段,其中南北立面區段由東至西按造型分別劃分為1、2、3區域;東西立面區段由北至南按設計立面圖上以表皮分格豎線劃分為1-6號區域,其中1-5號區域由10塊表皮分格組成,6號區域由5塊表皮分格組成;幕墻龍骨安裝為先下后上,板塊安裝則為先上后下進行施工。充分利用平面、空間和時間,組織平面立體流水交叉作業。


      分區示意圖

        塔吊的覆蓋半徑,和運送能力不能滿足施工需求,制訂了先安裝屋面幕墻面板,再安裝東西立面,再施工南北立面的方案,給項目部提供了指導建議。


      模擬施工

        六、BIM指導施工下料

        由于幕墻需要通過拼接調整來塑造線條,每個板塊和幕墻板的尺寸和形狀都不一樣,下料時難以控制精度,通過BIM模型準確計算標準型材和非標型材的用量。

        在設計圖紙完成之后可以計算出整個幕墻工程所需鋼龍骨約93噸、后置埋板約2956個、鋁板約7500㎡、玻璃約4100㎡、石材約900㎡。

        在施工深化設計階段通過BIM模型提量快速生成玻璃幕墻、金屬幕墻、石材幕墻的下料表,提高下料的準確性,提升工作效率。在整個幕墻的玻璃嵌板部分分為鋼化中空玻璃、鋼化中空夾膠玻璃、鋼化中空防火玻璃三大類,分別是:

        8+12A+6 LOW-E鋼化中空防火玻璃:216.7㎡,56塊。

        6+12A+6A LOW-E鋼化中空玻璃(扇形):1796.9㎡,624塊。

        6+12A+6+1.52PVB+6 LOW-E鋼化中空夾膠玻璃(熱彎玻璃):114.3㎡,48塊。

        6+12A+6+1.52PVB+6 LOW-E鋼化中空夾膠玻璃:1385.55㎡,462塊。8+12A+6+1.52PVB+6 LOW-E鋼化中空夾膠玻璃:35.36㎡,16塊。

        8+12A+6A LOW-E鋼化中空玻璃:628.71㎡,268塊。

        以上六種規格,合計4177.52㎡,1474塊。

        鋁板主要是厚氟碳鋁單板分為四種規格,合計7414.25㎡,2322塊,通過精確的BIM模型提量有助于項目部精確下料備料和商務合同簽訂。


      龍骨示意圖


      明框面板示意圖


      材料統計表

        主體結構會因施工、層間位移、沉降等因素造成建筑物的實際尺寸與設計尺寸不符。因此,在幕墻工程制作安裝前需對建筑物進行實測實量,以掌握建筑物結構尺寸的偏差值。

        測量完成后,技術人員將模型數據與現場測量數據進行對比分析,根據實際數據對模型進行調整,保證模型數據和實體數據的一致性,確定幕墻面板的加工下料尺寸。項目部管理人員審查復核幕墻面板、構件模型尺寸后,交付廠家進行幕墻構件預制加工。

        七、二維碼的應用

        本項目為組合幕墻,材料多,規格不統一,安裝時需區分幕墻面板的材料和規格。如果按二維CAD圖紙進行定位,操作起來相當繁瑣,難以識別圖紙位置所對應的幕墻面板。

        利用BIM技術深化的模型,每個構件都有唯一編號。輸出構件列表,提取每個構件的ID和其相關的一些屬性(包括廠家、材質、規格、位置信息),利用二維碼批量制作工具,制成每個構件專屬的二維碼標識。

        根據劃分好的施工區段,在模型中選擇相應部位,對幕墻材料分塊進行編號,制作出幕墻安裝布置圖。

      幕墻編號圖

        廠家將幕墻生產出來后,貼上相應的二維碼標識后,交付項目部。產品送達工地后,堆放到相應的安裝區域。施工人員可以用終端設備,掃描二維碼,獲得每塊幕墻板的身份信息,根據幕墻安裝布置圖,按編碼序號,進行安裝作業。

        在后期運營階段,需要替換某塊幕墻面板,則可以直接在模型中提取該快面板的身份信息,獲得相應的加工尺寸。就可直接發給廠家進行生產,再進行更換。