王飞
北京东方泰洋幕墙股份有限公司 100076
随着新兴数字技术的日益发展和革新，如今的设计理念、方法和建造目标出现了一系列新的需求，传统制图方式已不能满足当今幕墙系统设计多元化、多软件协同化、操作简洁化的要求。建筑信息模型（BIM）作为建筑行业近年来新趋势下的数字技术，通过BIM工具在幕墙可视化设计中的应用，可以提升设计成果的画面感，解决设计冲突、不同主体信息不通畅、施工方质量监控不足等现场问题。文章详细分析了BIM技术的主要优势特征，结合幕墙幕墙系统等基础设施的设计施工要点及问题指出了BIM应用的必要性，结合案例展示了BIM在某建筑幕墙设计中的设计深化实践，分析了该技术在设计施工管理中的应用效果，为推动BIM在建筑幕墙及其他系统的广泛综合应用提供了理论研究基础。
关键词：建筑幕墙；BIM技术；设计施工；可视化
BIM可以根据设计师提供的各种信息可以立体的展现出幕墙系统的效果，也可以加强幕墙与其他方面的施工之间的协调性，确保幕墙系统的材料的选取可以与其他相关方面协调配套，可以根据施工建筑物的数据不断的改进、丰富设计方案，使得建筑物的构造过程处于动态、可视的效果中，有效的避免了幕墙设计中尺寸不符、组件缺少、成本超过预算以及后期不能及时维护的问题。本文概述了BIM技术在建筑幕墙设计及施工中的应用，以推动建筑质量的提升。
1.建筑幕墙设计现状及BIM技术介绍
1.1建筑幕墙设计现状
为使建筑外墙具备节能、安全、美观等多个功能，现代大空间、大跨度和高层建筑的设计常采用带有装饰效果的轻质幕墙作为建筑物的表面墙体。幕墙一般由结构框架（支撑装置和系统）和镶嵌版材组成，对主体具有一定的位移能力和形变能力，具有强劲、轻盈、美观、安全、吸声、设计灵活等特点。幕墙范围主要包括建筑的外墙、采光顶和棚顶及室内装饰墙，支撑结构现在广泛使用钢结构，面板按材质一般分为玻璃、金属板、石材板等。
建筑幕墙作为建筑的“面子”，建筑设计师和业主越来越重视提高建筑的使用及观赏价值。形状不规则新奇的外墙一般称为异形幕墙，其材料复杂、有凹有凸、有曲有折。建筑造型新颖多变、标新立异、环境色彩鲜艳明快，为现代化城市面貌增加了艺术效果。
但是在异形幕墙的设计过程中，传统软件其二维表现方式已难以满足当前复杂、多样的造型设计要求，不能清晰简洁地呈现出设计意图和创意。对于某些没有重复模块的异型建筑，由于每个构件的编号必须保证唯一性才能保证现场准确安装施工，而传统的纸质记录保存混乱无序很容易导致失误和返工，因此二维的设计显然完全无法满足现代建筑设计需求。
1.2BIM技术介绍
BIM（BuildingInformationModeling）即建筑信息化模型，是一种广泛应用于建筑设计和施工全生命周期中用于工程设计和建造管理的技术工具，利用建筑物的各种设计元素、组件信息、协作工序等信息搭建三维模型完成建筑对象数据化3D展示。BIM能可视化立体化地显示幕墙系统的设计效果，也能实现幕墙与其他专业设计施工之间的协调配套，从而能够保障幕墙系统的材料采购，利用建筑物数据不断地完善、丰富、理顺设计方案和施工时序，具有可视化、协调性、模拟性和关联性等特点。在复杂建筑幕墙系统设计中应用BIM技术，为尺寸精准设计、材料采购、组件构件加工、质量控制、降低成本、方便施工装配和后期维护等提供了有效保障。
基于BIM技术开发的软件较多，通常工业基础设施设计时建筑设计公司使用Bentley的Architecture系列较多，建筑单专业或系统设计常使用Graphisoft的Archi-CADBentley和Autodestk的RevitArchitecture等，民用建筑常选用Autodestk的Revit系列，建筑物复杂、异形程度较高的设计可选用GehryTechnologies的Digitalproject等软件。此类基于BIM技术的软件可以支撑建筑设计及使用运维全生命周期，构建3D数字模型、可视化绘制仿真建筑物的每一处设计细节，能够有效满足二维设计工具的不足。BIM系统能使设计对象中各类管道、门窗、墙柱、内部构造、装饰物等参数化和图形化，从而达到材料、规格、外观、构造等精准设计，减少返工误时成本提高等不必要的损失，是当今设计师高效、低碳设计的最佳工具之一。
2.建筑幕墙设计施工要点及BIM工具应用
2.1建筑幕墙设计施工要点
（1）合理的建筑表皮分格。由于对幕墙结构、板材大小不熟悉，因此通常建筑结构设计师提供的模型对建筑表皮是不进行分格的。在异形幕墙设计时，为了精准展示出建筑物造型外观，需要由专业幕墙设计师根据幕墙板材实际的大小对建筑模型的表皮进行合理精确的划分、定分和深化设计，并以此优化形状规格，减少非标准、规则化面板、构件、卡扣的返工，提高弧形幕墙板材的利用率，达到降低工程造价的目标。
（2）避免设计冲突和交叉。由于主体为钢结构的复杂建筑设计，通常涉及的专业多、综合程度高、时间要求紧，因此专业间的配合不会太通畅。会存在幕墙表面对建筑结构的尺寸不匹配、龙骨和结构之间有干涉、表面排水沟和主体桁架存在干涉等冲突交叉情况，需要设计师对幕墙和主体结构进行碰撞分析，避免主体工程完成时再次对幕墙面板或支撑结构进行调整。提高专业间的配合紧密度，有助于保证施工效率和质量。
2.2幕墙设计及优化的实践案例
以某高层A建筑物的幕墙设计为例，该建筑物造型独特新颖，建筑物外部幕墙主要使用异形的玻璃幕墙。幕墙设计过程为使用Autodestk公司的Revit专业BIM软件搭建该建筑物的公用轴网、标高等作为建筑结构三维模型，制作幕墙平面图纸并据此创建玻璃幕墙体量，利用幕墙设计图纸使用Rhino犀牛软件借助Grasshopper插件创建玻璃幕墙表皮（见图1），将玻璃幕墙表皮导入建筑结构三维模型中，可以直观地看出关联设计的碰撞交叉问题，找出设计缺陷。幕墙设计优化过程：将曲面玻璃墙面板优化为平面，各类空间坐标为可自动更新，在Revit软件中添加玻璃面板尺寸；在Rhino中进行参数设计和表皮优化，将玻璃幕墙表皮优化成加工生产方便的平面玻璃面板，较大面积的玻璃面板可使用插件进行分割设计以便于生产和安装，重新生成新的建筑物三维模型和玻璃幕墙模型，优化之后再次检查设计交叉碰撞问题，确认无误后在图纸上标注各个立面。施工人员可以根据图纸进行放线，生产厂家可以根据幕墙面板清单进行生产，以此提高工作效率，降低设计和施工成本，确保A建筑物的幕墙设计效果达到要求。同时Revit可以导入其他协同软件如3DMAX等获取更高品质的渲染图，精美直观地向业主方演示幕墙设计的效果和施工步骤。
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图1某A建筑物异形幕墙表皮分格设计效果
3.BIM技术在建筑幕墙设计中的应用效果
3.1精准的下料预加工
在幕墙面板及支撑架构下料阶段，利用基于RIM技术的软件提供的物料清单，可以快速生产玻璃、铝材、钢材、石材等的详细下料清单，提高下料和预加工的准确度，为复杂材料和规格的板面加工争取时间、提供精准的加工生产数据依据，提高人力、物料、时间的有效协同配置，减少误差大的废料、图纸重复修改和加工周期不足引起的建设成本增加。
3.2可视化精准设计
能够深度全面完整地展示幕墙信息，包括基本的形状、尺寸、材质、幕墙的热传系数、防水性能、抗风压强度、施工工艺等多种信息，有助于幕墙板块、构件的无纸化工厂下料预加工。能够全方位呈现出复杂的施工节点、卡扣方案、更换维护工艺等，从而可以提前发现设计问题，及时对关联专业设计中存在的交叉工序、施工施工等位进行纠偏，具有精确、直观、清晰的特点。
3.3参数化虚拟建造
使用物料造价、重量、材质、热共性、编号等真实非几何属性参数，快速仿真并模拟计算幕墙的造型、节能、经济、疏散、安全等重要指标，仿真施工进度、系统协调运作等，便于及时优化关联指标采取最合适的设计方案，并提高设计和施工协同工作的效率和质量，提前确认位置关系减少技术干扰冲突，为幕墙实际安装施工提供良好的作业环境。
3.4相关专业一体化
帮助幕墙设计师在相关设计工作中信息共享，促进了墙面造型、外部空间、内部结构、物料材质等多专业参与方之间顺畅沟通和高度契合，借助BIM系统能够有效解决多专业设计时的融合纠错、板块优化设计、算量型材、参数调整等交叉问题，为促进幕墙系统精细化施工和确保相关结构的施工质量符合标准奠定基础。
3.5全方位出图自动化更新
BIM能够自动生成幕墙设计成果中的多角度平面图、俯视图、剖面图、轴侧图等，当幕墙龙骨或某构件或建筑架构参数修改时，相关联的所有成果图将自动可视化修正，提高了幕墙设计工作效率，避免了传统方式下的漏改、改错等设计疏忽。数字化、可视化的设计深化内容可以指导施工，确保施工人员掌握要点，利用坐标数据可以控制安装精度和允许偏差可控，提高施工作业效率、确保可靠性和工期可控。
结束语：
在建筑幕墙设计方面，建造绿色建筑是每位业主、设计、物资、施工的共同目标，BIM三维虚拟建模技术的发展，有效促进了设计工作模式和建筑质量的技术改革，基于BIM技术开发的软件成为建筑行业的主流设计软件将会是必然发展方向。BIM技术应用在幕墙系统设计中实现了技术管理的合理性、精准性和科学性，能够有效解决异形复杂幕墙工程设计深化不足、施工材料损耗高、信息化程度不够等实际问题。BIM技术在高层复杂建筑设计中的应用，为有效实现设计、施工、供货等综合性管理目标提供了技术平台和解决工具。设计公司、业主单位和政府单位应共同深入把握和引领BIM技术的应用优势，重视BIM技术在幕墙系统设计、施工安装和后期维护中的重要意义，推动我国建筑行业信息化、绿色化、科技化健康平稳发展。
参考文献：
[1]徐瑶.BIM技术在建筑幕墙工程中的应用探究:2018年6月建筑科技与管理学术交流会论文集[C].北京:《建筑科技与管理》组委会,2018:73-75.
[2]陈纪欣,严丽,史曦东.BIM在建筑幕墙设计中的应用[J].工程技术研究,2020,5(1):186-187.
[3]王斌,王丽.BIM技术在幕墙结构施工过程管理中的应用研究[J].建筑技术,2017,48(4):417-420