基于BIM5D的超長結(jié)構(gòu)雙曲面鋁板幕墻施工工法

張瑜，余杰，黃平，劉習前，王闖，尹洋

（重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶 400015）

0 引言

建筑幕墻是一種融合了藝術(shù)情緒表達、建筑預期功能以及建造工藝的多功能圍護結(jié)構(gòu)[1]，是當前建筑施工上常用的一種裝璜形式。隨著建筑技術(shù)的推陳出新，造型繁復、具有極強視覺沖擊力的多維曲面幕墻如雨后春筍般涌現(xiàn)[2]。超長距離、超高結(jié)構(gòu)的大型工程往往復雜度越來越大，施工難度也越來越高[3]。在實際施工時經(jīng)常會出現(xiàn)返工，具有施工工期長、質(zhì)量也難以把控等諸多問題[4]。在這個行業(yè)大背景下，之前基于二維建筑圖紙的幕墻設(shè)計和施工技術(shù)，早已不能達到 “綠色施工”和“精細化管理”的要求[5]。

“基于BIM5D的超長結(jié)構(gòu)雙曲面鋁板幕墻施工工法”有效解決了這一問題，實現(xiàn)了幕墻施工技術(shù)的智能化、信息化管理。該施工工法的研究對象是超長結(jié)構(gòu)的雙曲面鋁板幕墻的施工技術(shù)，以實現(xiàn)超長結(jié)構(gòu)幕墻多區(qū)段同時施工，精準控制交界處的界面處理，顯著提高施工效率與施工成本為目標。經(jīng)過仔細調(diào)研，參考相關(guān)的規(guī)范標準，從系統(tǒng)的角度出發(fā)，總結(jié)和改進了實踐經(jīng)驗，創(chuàng)造了高質(zhì)量、高速度并達到“四節(jié)一環(huán)?！睒藴实幕贐IM5D的超長結(jié)構(gòu)雙曲面鋁板幕墻施工工法。

1 技術(shù)原理

該技術(shù)利用BIM技術(shù)對超長結(jié)構(gòu)雙曲面鋁板幕墻進行三維坐標建模，并且對模型進行數(shù)據(jù)分析。該系統(tǒng)主要包括兩大部分：一個是坐標管理體系，另一個是雙曲面幕墻獨立的坐標體系。通過自主研發(fā)的“一種幕墻施工的BIM編輯程序”與Revit軟件結(jié)合，把原本需要大量人力操作的工作交給計算機處理。一方面節(jié)約了大量人力成本，另一方面通過智能化、自動化的建模，效率和精度都得到了極大的提升。利用已有的生產(chǎn)測量工藝手段，使用全站儀、經(jīng)緯儀，對雙曲面幕墻進行三維空間定位測量，操作簡單，方便快捷，提高了施工中測量的效率。通過BIM5D技術(shù)，以資源均衡為目標，合理地組織幕墻流水線施工，使得質(zhì)量、成本和工期都得到了過程的控制。

2 工藝流程

工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3 技術(shù)要點

1）利用Dynamo自主編程，定位幕墻面板的空間曲線，分別在Revit體量中導入平曲線和豎曲線，通過兩個曲面相交最終得到幕墻面板的空間曲線，在此空間曲線上按照所需精度取一定數(shù)量的參照點，最終生成了BIM的空間曲線模型。

2）用體量生成幕墻表皮，利用自主研發(fā)的“一種幕墻施工的BIM編輯程序”與Revit軟件結(jié)合，完成對異形表皮的分割，并在U、V網(wǎng)格交界處生成節(jié)點，通過在每個節(jié)點載入幕墻的自適應構(gòu)件族，可以正常地實現(xiàn)異形表皮的建模和數(shù)據(jù)提取。

3）利用 “一種幕墻施工的BIM編輯程序”與Revit軟件結(jié)合，確定幕墻面板分段位置，用幕墻面板空間曲線模型生成水平投影線，在投影線上建立切割平面，形成空間曲線的分割，同時獲取分割點參數(shù)并導出參數(shù)表。通過放置輪廓族，定義輪廓的全局旋轉(zhuǎn)角度，定義族名稱的命名規(guī)則，實現(xiàn)批量建立構(gòu)件族并自動放置于與之相對應的位置，最終生成幕墻各型號的幕墻面板模型。

4）由于Revit默認幕墻嵌板的順序是從左到右，從下到上，因此在Dynamo中進行對應的編程設(shè)定，使項目外立面從左到右對應Dynamo的X方向，從下到上對應Dynamo的Z方向，實現(xiàn)幕墻嵌板的自動排序和編號。

5）使用Revit多人協(xié)同快速建立土建、安裝模型，Tekla建立鋼結(jié)構(gòu)模型，Rhino建立鋁板模型，多種模型整合集成BIM5D模型。同時對外幕墻、外幕墻支撐鋼結(jié)構(gòu)及其他相關(guān)專業(yè)進行碰撞檢查，快速發(fā)現(xiàn)問題，協(xié)調(diào)解決。

6）通過幕墻節(jié)點圖以及前期制作好的模型進行深化建模，提取出加工、定位所需的數(shù)據(jù)，通過BIM模型導出加工圖、定位圖、材料加工圖紙。

7）通過BIM模型按構(gòu)件分別生成二維碼，構(gòu)件加工完成后，對其按照編號標識，利用BIM云平臺實施跟蹤構(gòu)件的生產(chǎn)、運輸、安裝情況。

8）可視化模型也是指導現(xiàn)場施工的重要參考數(shù)據(jù)?？梢酝ㄟ^模型進行施工順序的指導，同時通過創(chuàng)建現(xiàn)場施工機具模型，對施工過程進行運行分析模擬。

9）在幕墻制作、安裝的過程中，可以在BIM模型中快速找到破損位置的單元板塊編號，進而找出其對應的鋁板規(guī)格，以及鏈接的構(gòu)件加工圖。同時，分析該板兩側(cè)的單元尺度，從而制定合理的更換方案。

10）為了對曲面鋁板幕墻進行整體控制和局部測設(shè)，按圖紙及幕墻施工要求，利用BIM技術(shù)建立獨立的三維笛卡兒坐標系，布設(shè)施工測量控制網(wǎng)，采用外圍主控點、趨近控制點和幕墻系統(tǒng)控制點進行三級測量控制。

11）對現(xiàn)場各幕墻進行分格，并進行定位放線的工作。安裝人員安裝過程中以控制點為基準，精確地測量確保該工程質(zhì)量。測量共分以下幾個階段：

a.通過BIM模型導出幕墻面板分格圖，按垂直分格面和進出控制點測設(shè)垂直分格線；

b.對土建結(jié)構(gòu)定位復核后，根據(jù)BIM模型生成埋件定位圖，并確定連接件的安裝位置；

c.對支撐結(jié)構(gòu)位置的測量，確定幕墻支撐系統(tǒng)支座的安裝位置；

d.在面材板塊安裝前對龍骨進行測量，并相應調(diào)整減小安裝誤差；

e.對面材板塊進行安裝測量，保證板塊安裝精度。

12）通過BIM5D模型對施工進度計劃及流水段劃分進行優(yōu)化，以“周”為統(tǒng)計單位，檢驗施工過程中資源分布的均衡性，不斷調(diào)整流水段劃分和工序穿插時間，優(yōu)化進度計劃，有效降低了隱形成本。

13）通過BIM5D模型按流水段快速提取幕墻面板工程量，提出材料需求計劃，并將實際用量與計劃用量進行對比，分析偏差的原因，通過每周盤存，建立動態(tài)臺賬，加強項目過程管控。

14）根據(jù)BIM模型導出的加工圖，確定幕墻鋼構(gòu)件和鋁面板的分格尺寸。通過幕墻每個鋼構(gòu)件和鋁板單元構(gòu)件的二維碼標識，并根據(jù)BIM模型定位，控制幕墻鋼構(gòu)件和鋁板單元安裝位置的準確性。

4 工程案例

涪陵高山灣綜合客運換乘樞紐及附屬配套設(shè)施工程位于重慶市涪陵區(qū)崇義街道辦事處高山灣居委會。項目用地呈長條形，東西向長225m，南北向長516m，建筑面積為55136m2，由長途車站和公交車站組成，地上4層，地下2層。

工程采用了“基于BIM5D的超長結(jié)構(gòu)雙曲面鋁板幕墻施工工法”。該工法采用BIM技術(shù)對雙曲面幕墻三維建模進行數(shù)據(jù)分析；利用Dynamo可視化編程對幕墻進行參數(shù)化分割，對其進行排序編號，快速統(tǒng)計工程量；使用全站儀、經(jīng)緯儀對雙曲面幕墻進行三維空間定位測量，提高了施工測量的效率；通過BIM5D技術(shù)，合理的組織幕墻流水施工，使質(zhì)量、工期、成本都得到了過程控制。

工程采用該工法進行施工，與常規(guī)的幕墻施工相比，大幅度減少了現(xiàn)場返工情況，實現(xiàn)了縮短工期以及節(jié)約人工費。該工程鋁板幕墻施工完成后，與常規(guī)的幕墻施工進行對比分析和計算，節(jié)約工期費用約20萬元，減少返工產(chǎn)生的人工、材料、機械費用約15萬元，BIM模型搭建、BIM5D過程管理費用約10萬元。

經(jīng)施工檢驗，基于BIM5D的超長結(jié)構(gòu)雙曲面鋁板幕墻施工工法，施工速度較快，具有經(jīng)濟性，并節(jié)能環(huán)保，可操作性強，達到了設(shè)計預期效果。

5 結(jié)語

1）基于BIM5D的超長結(jié)構(gòu)雙曲面鋁板幕墻施工工法有著很大的社會意義，通過BIM技術(shù)優(yōu)化幕墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計和建模，不僅可以節(jié)約工程造價和人力成本，還可以顯著縮短施工工期。

2）采用該工法施工的幕墻，縮短了構(gòu)件生產(chǎn)的時間，降低了各個環(huán)節(jié)之間的溝通、協(xié)作難度，可顯著縮短施工工期，減少管理費用，降低工程造價。

3）采用該工法施工的幕墻，施工方法簡便，勞動強度低，施工速度快，能提高勞動效率，可有效節(jié)約人工費，是一種很有發(fā)展前途和推廣價值的工法。

責任編輯：劉艷萍

信息快讀

筑牢最后一道防線 提高應急處置水平——2018年重慶市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會棧橋坍塌事故應急救援實戰(zhàn)演練成功舉行

近日，2018’重慶市住房和城鄉(xiāng)建設(shè)委員會棧橋坍塌事故應急救援實戰(zhàn)演練在蔡家嘉陵江大橋工程施工現(xiàn)場舉行。市住房城鄉(xiāng)建委、市應急管理局和兩江新區(qū)管委會有關(guān)領(lǐng)導，市住房城鄉(xiāng)建委建管處、安管總站負責人，兩江新區(qū)建設(shè)局、北碚區(qū)城鄉(xiāng)建委負責人，全市各區(qū)縣安全站站長，部分建設(shè)、施工、監(jiān)理等企業(yè)負責人共300余人參加了會議。

此次實戰(zhàn)演練是以嘉陵江上船只失控，撞擊蔡家嘉陵江大橋棧橋，導致棧橋垮塌、作業(yè)人員落水，現(xiàn)場啟動應急救援應急預案，實施救援處置為場景進行。整個演練模擬事故現(xiàn)場逼真，現(xiàn)場指揮員決策果斷，演練小組配合密切，人員精神飽滿，演練取得了圓滿成功。通過本次實戰(zhàn)演練，增強了參建單位及從業(yè)人員安全意識，進一步提高了建設(shè)領(lǐng)域突發(fā)事件自防自救應變能力。為今后同類型事故的應急處置提供了參考，為建立健全應急救援體系，主動壓實安全生產(chǎn)主體責任再添動力，達到了預期目的。

重慶市住房城鄉(xiāng)建委副主任叢鋼對此次演練給予了充分的肯定，并結(jié)合當前全市建筑安全生產(chǎn)總體形勢對下一步工作提出了三點要求：一是強化體系建設(shè)，大力提升應急處置能力。既要著力從健全應急管理體制機制、加強風險防范能力建設(shè)入手，也要堅持預防與應急并重、常態(tài)與非常態(tài)結(jié)合，進一步完善應急預案，加強救援隊伍建設(shè)和救援裝備配備，定期進行演練演習，確保應急響應、現(xiàn)場救援、善后處置等各項工作及時有序進行；二是強化紅線意識，堅定不移保障安全生產(chǎn)。要充分認識到安全生產(chǎn)工作面臨的嚴峻形勢，時刻繃緊安全生產(chǎn)這根弦。特別是要做好“歲末年初”和“三夜兩節(jié)”等重點時段的安全生產(chǎn)工作，確保全市建筑施工安全生產(chǎn)形勢持續(xù)穩(wěn)定；三是狠抓文明施工，提升施工現(xiàn)場形象品質(zhì)。要繼續(xù)狠抓文明施工，要下大決心、出大力氣、下細功夫，鞏固之前取得的成果，不能松勁，齊心協(xié)力打贏這場品質(zhì)提升攻堅戰(zhàn)，讓我們的工地舊貌換新顏。