基于BIM技術的異形體幕墻網(wǎng)格優(yōu)化分析

葉盛智, 劉亮亮, 李鋼

[摘要]通過EXCEL梳理數(shù)據(jù)關系，再通過BIM數(shù)字化三維參數(shù)化設計的方法，將多軟件交叉使用、數(shù)據(jù)參數(shù)化轉換使用等過程，提出了異形體幕墻網(wǎng)格優(yōu)化解決方法思路，解決了幕墻表皮優(yōu)化、參數(shù)化網(wǎng)格劃分、自動構件定位、自動材料提取、自動數(shù)字化圖紙等功能需求?；贐IM參數(shù)化設計技術，能夠指導空間三維形式的大體量異形體幕墻的建設-運維等全過程周期的輔助應用，不僅提高了施工前方案確定的速度與效率，更能夠在后續(xù)施工管理與運維管理過程中，通過參數(shù)化、開放式的數(shù)據(jù)形式，游刃有余的在幕墻系統(tǒng)建造的全生命周期中作好科學的技術指導與應用依據(jù)。

[關鍵詞]BIM技術; 異形幕墻; 網(wǎng)格優(yōu)化 信息管理

[中國分類號]TU767.5? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? [文獻標志碼]A

1BIM技術與幕墻系統(tǒng)

BIM（Building Information Modeling），又稱為建筑信息模型，是一個從規(guī)劃、設計、施工到管理各階段統(tǒng)一協(xié)調的技術［1］，工程項目全生命周期中重要的管理手段。狹義來說是把使用標準的需求理念轉換成相應物理數(shù)據(jù)的技術手段。理想情況下，BIM技術的應用過程是利用集中式數(shù)字采集完成三維建模，基于三維模型進行數(shù)據(jù)分析與業(yè)務應用，整體分為數(shù)據(jù)采集—數(shù)據(jù)分析與處理—發(fā)布業(yè)務服務3個過程，涵蓋了工程項目的咨詢設計到建設管理再到運維管理的全生命周期。每個建筑參與者基于模型以不同身份去協(xié)同操作與管理數(shù)據(jù)，同時也允許工程其他相關人員能夠進行數(shù)據(jù)修改、完善與數(shù)據(jù)處理。

隨著經(jīng)濟的發(fā)展，幕墻系統(tǒng)也在不斷走向復雜化、藝術化的道路。傳統(tǒng)的二維圖形已經(jīng)無法滿足這些復雜建筑幕墻的方案設計、放線定位、材料下單等的要求，設計的復雜程度也遠遠超出二維所能表達的能力：具體面臨問題主要有幾點：①參數(shù)化的幕墻表皮；②大量雙曲面板需要優(yōu)化成可展曲面； ③參數(shù)化嵌板分析［2］；④安裝定位困難；⑤工程量的統(tǒng)計準確度不高；⑥幕墻材料提取以及下料困難。上述問題的提出，迫切需要一種創(chuàng)新的技術來解決現(xiàn)代幕墻建造中遇到的難題。

2BIM參數(shù)化設計解決幕墻系統(tǒng)的思路分析

為解決現(xiàn)有幕墻技術系統(tǒng)中存在的問題，基于BIM技術的參數(shù)化設計應運而生［3］。通過BIM數(shù)字化三維參數(shù)化設計的角度，將多軟件交叉使用、數(shù)據(jù)參數(shù)化轉換使用等過程，提出了異形體幕墻網(wǎng)格優(yōu)化解決方法思路，解決了幕墻表皮優(yōu)化、參數(shù)化網(wǎng)格劃分、自動構件定位、自動材料提取、自動數(shù)字化圖紙等功能，消除了利用傳統(tǒng)方案的碰撞、返工、定位難的問題，不僅提高了施工前方案確定的速度與效率，減少了浪費的問題，更能夠在后續(xù)施工管理與運維管理過程中，通過參數(shù)化、開放式的數(shù)據(jù)形式，保證了模型的張力，從而能夠游刃有余地在幕墻系統(tǒng)建造的全生命周期中做好科學的技術指導與應用依據(jù)。

基于BIM技術的異形體幕墻網(wǎng)格優(yōu)化解決方法，包括步驟：

S1：將設計方案階段的基礎SKECHUP模型或二維CAD圖紙導入BIM軟件RHINO中進行幕墻NURBS CURVE或NURBS SURFACE的創(chuàng)建，依據(jù)得到的模型進行表皮曲率分析，為幕墻表皮優(yōu)化提供基礎數(shù)據(jù)［4］。表皮模型創(chuàng)建優(yōu)化包括但不限于玻璃幕墻、鋁板幕墻、石材幕墻、幕墻龍骨等。

S2：如果結構完成，利用三維激光掃描儀對結構模型進行掃描，獲取現(xiàn)階段最真實的基礎數(shù)據(jù)，然后根據(jù)結構偏差調整幕墻表皮，完成第二階段幕墻表皮優(yōu)化。三維激光掃描儀的精度達到mm級別，可以更有效地配合BIM結構模型為幕墻的優(yōu)化提供基礎數(shù)據(jù)。

S3：將優(yōu)化完畢的RHINO模型導入到BIM軟件REVIT中，進行數(shù)字構件化創(chuàng)建。

S4：將幕墻嵌板制作成自適應構件；其中自適應構件創(chuàng)建時，平面玻璃利用4點創(chuàng)建，單曲玻璃利用6點創(chuàng)建，雙曲玻璃利用9點創(chuàng)建。

S5：利用DYNAMO讀取RHINO的幕墻表皮模型，使用軟件的可視化編程功能進行幕墻表皮參數(shù)化分割，根據(jù)點位自動讀取幕墻嵌板的點位形成數(shù)據(jù)化的幕墻表皮。

S6：根據(jù)S5得到的幕墻表皮，創(chuàng)建幕墻龍骨模型，利用DYNAMO可視化編程自動讀取龍骨構件，自動參數(shù)化生成龍骨模型。

S7：再利用DYNAMO的數(shù)據(jù)提取自動安裝幕墻預埋件的點位。

S8：利用REVIT的自動讀取構件信息及自動形成工程量清單、材料清單的功能，提取數(shù)據(jù)提供給加工廠進行構件加工及工程結算。

S9：利用REVIT的自動出圖功能，進行幕墻嵌板、龍骨的自動圖紙生成［5］。

3BIM參數(shù)化設計優(yōu)化幕墻系統(tǒng)的具體實施方案分析

基于BIM技術參數(shù)化設計的異形體幕墻網(wǎng)格優(yōu)化解決方法的實施方案，具體過程：

3.1模型的建立

（1） 通過RHINO軟件，搭建大體量異形體幕墻的表皮系統(tǒng)。通過軟件，建立RHINO表皮，按照實際工程采用1∶1的比例進行計算機三維建模，考慮建筑設計的方案、實際結構工程的數(shù)據(jù)、二維平面圖紙等，利用RHINO軟件中的NURBS曲線進行復雜幕墻的線條勾畫，如圖1所示。

（2）利用NURBS曲線勾勒完畢后，軟件會自動生成NURBS曲面，通過軟件自帶的分析功能，分析整個大體量異形體幕墻的表皮整體曲率、翹曲等，如圖2所示。

（3）將優(yōu)化完畢的曲面導入REVIT模型中，在進行導入過程中，注意REVIT軟件的版本，如果REVIT軟件的版本較高，可以通過軟件自身進行直接導入，不需要過程轉化數(shù)據(jù)格式。建議采用高版本自行導入，一是減少數(shù)據(jù)轉化的過程，二是避免數(shù)據(jù)轉化過程中出現(xiàn)丟失或者無法讀取等情況，導致通過RHINO軟件的NURBS曲線在REVIT中無法正確讀取，影響數(shù)據(jù)完整性與正確性，導致后續(xù)分析錯誤繼承，結果就不再正確，從而前功盡棄。導入到REVIT中，在軟件里進行坐標、標高、軸網(wǎng)的定位［6］。

（4）利用DYNAMO軟件讀取RHINO的幕墻表皮模型，DYNAMO軟件可以是單獨下載的軟件，同時在高版本的REVIT軟件中，自帶DYNAMO軟件這一功能。另此處說明，進行本步驟分析時候，DYNAMO軟件并非唯一選擇，其中第一步提到的RHINO軟件中，有個Grasshopper（簡稱GH）功能，同樣可以達到參數(shù)化建模的效果， rhino+GRASSHOPPER的解決方案缺少構件的實體化信息，但是數(shù)據(jù)處理量較少，數(shù)據(jù)處理過程簡潔方便，利用REVIT+DYANMO的解決方案可以將所有構件實體化，更有利于數(shù)據(jù)的讀取與應用，相對的數(shù)據(jù)量較多，處理過程相對復雜。此處以DYNAMO演示，并進行網(wǎng)格劃分，生成幕墻嵌板、龍骨、預埋件的點位，DYANMO自動進行構件的模型安裝形成參數(shù)化數(shù)據(jù)模型，如圖3所示。表皮分割如圖4所示。

3.2通過上述數(shù)據(jù)處理，生成定位圖、材料加工圖、施工圖等［7］

（1）利用DYNAMO可以直接將上一階段的點位提取到EXCEL表格中，在EXCEL表格中對數(shù)據(jù)進行分類與梳理，形成各構件的定位圖，如圖5所示。

（2）根據(jù)上一階段的模型數(shù)據(jù)，可以自動的生成現(xiàn)場施工的平面圖紙、三維圖紙、三維節(jié)點圖紙、輕量化模型，到此，設計過程到施工過程的過渡問題，即設計優(yōu)化得到解決，而且生成的三維圖紙、節(jié)點圖紙等可以指導施工，配合施工過程中三維掃描、三維放線等技術，可以很好地進行施工管理、提高管理效率，提高施工的質量與準確度，避免反反復復的施工返工，導致的材料浪費和成本增加等問題，對于成本管理控制也起到突出的作用。如圖6所示。

（3）根據(jù)上一階段的模型，物資管理部門可以自動提取材料清單，并對材料的規(guī)格、數(shù)量進行歸類，提供給加工廠進行構件的加工，解決了下料難的問題［8］。

（4）根據(jù)上一階段的模型，可以自動提取工程量清單，輔助工程后期結算和決算工作。

4總結與結束語

基于BIM技術的參數(shù)化深化設計，大體量異形體幕墻系統(tǒng)的網(wǎng)格優(yōu)化得到了很好的實際解決，從設計到施工再到后期的運營維護管理，數(shù)據(jù)完整準確，思路清晰地解決了幕墻表皮優(yōu)化、參數(shù)化網(wǎng)格劃分、自動構件定位、自動材料提取、自動數(shù)字化圖紙的功能，消除了利用傳統(tǒng)方案的碰撞、返工、定位難的問題，提高了深化設計、材料加工的精度，減少了整個項目實施過程中時間的浪費，提高了整體的工作效率。

參考文獻

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［7］馬貴紅.異形建筑單曲變截面鋁板幕墻施工技術［J］.施工技術，2016（3）：115-118，122.

［8］王建勛.BIM技術在復雜屋蓋體系中的應用［J］.天津建設科技，2016（3）：4-5.