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S曲線!BIM技術在幕墻設計與施工中的應用

來源:2020論文集  作者:蔡彩紅 毛伙南  日期:2021-2-4
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  摘要:本文從建筑幕墻領域,結合實際工程案例闡述如何利用BIM技術進行深化設計、優化構件、提取數據以及為施工提供放線定位數據等應用。
  關鍵詞:BIM技術;幕墻設計施工;參數化設計

  本篇文章內容由[中國幕墻網ALwindoor.com]編輯部整理發布:

  摘 要:本文從建筑幕墻領域,結合實際工程案例闡述如何利用BIM技術進行深化設計、優化構件、提取數據以及為施工提供放線定位數據等應用。

  關鍵詞:BIM技術;幕墻設計施工;參數化設計

  1 引言

  近年來,BIM技術已廣泛應用于建筑行業各個專業中,它強大的空間造型能力、可視化的建筑形態、專業間協同智造能力,在當代異形建筑項目落地中功不可沒。

  2 項目概況

  項目位于上海市閔行區,為34.2米高裙樓+49.95米高塔樓組成的大型商業綜合體,包含十二類幕墻形式,其中F類型的豎向單索玻璃幕墻系統及K類型的鋁板幕墻系統造型復雜,為本項目的重點及難點部分。項目局部透視圖見圖1,項目鳥瞰圖見圖2。

  3 建模與碰撞檢測

  將方案圖紙中的平立面圖對應導入Rhino軟件中,在Rhino+Grasshopper平臺對各個幕墻類型進行整體建模,然后通過Navisworks軟件,將相關專業模型整合碰撞檢測。生成碰撞檢測報告,能快速準確發現圖紙中各專業間存在的問題,及時進行調整和修改,優化設計圖紙。

  項目累計發現圖紙問題37處,解決碰撞點1320余處,見圖3、圖4所示。

  4 重難點部分模型的深化、優化

  4.1 豎向單索玻璃幕墻模型深化、優化

  項目的一大難點為豎向單索玻璃幕墻系統,該部分幕墻位于裙樓4F-6F位置,采用四周為鋼結構(詞條“鋼結構”由行業大百科提供),上下設置鋼耳板作為支座,豎向為不銹鋼(詞條“不銹鋼”由行業大百科提供)拉索,在玻璃板塊相關處設不銹鋼夾具,直接支撐鋼化夾膠玻璃板塊。根據位置和拉索用法不同,分為ABCD區域及相互交界區,幕墻形態多樣(圖5)。

  分析建筑師的設計理念,不管各部分及交界的幕墻形態如何,豎向的單索都是直線布置,其形態是根據設計進行獨立的傾斜角度設置,模型深化時可以先將豎向的拉索位置及其相關節點位置定出來。首先,按照4層和6層的平面(詞條“平面”由行業大百科提供)圖分格點位定出幕墻立面豎向分縫線,根據豎向分縫線找出拉索的參考線,AB區采用單根∅36不銹鋼拉索,CD區及交界區采用兩根∅36不銹鋼拉索。然后,在初始模型表皮的基礎上偏移出拉索位置的參考面,將參考線沿著參考面的法線方向放到參考面上,再把放出來的線轉成直線,拉索的中心線位置就基本鎖定了。最后,按照節點尺寸定出上下耳板銷軸中心點位(圖6)。

  C區、D區均為過渡區域,屬于扭面結構,為確保玻璃的生產及安裝,必須用多個小塊的平板面或單曲面來擬合這兩個區域。同時,平板面或單曲面要盡可能地與扭面吻合,才不至于造成各個面角點間的偏差過大。在Grasshopper的參數化設計平臺里,可以快速找到每一塊面板的中心,我們通過計算經過每塊單獨面板中心的曲率線來找到平板面或單曲面的基準線,再將基準線沿已定的傾斜角度方向往上往下偏移、放樣,便得到了優化后的基準玻璃面。最后用橫向及豎向分縫線將基準玻璃面分割,得到實際尺寸的玻璃面(圖7)。實際完成的效果見圖8、圖9所示。

  4.2 鋁板幕墻難點部位深化、優化

  此部分幕墻主要為位于裙樓4F-6F退臺轉角位置的(詞條“鋁”由行業大百科提供)板幕墻、裙樓屋頂彎弧各轉角處的鋁板幕墻,以及鋁板立面上的造型裝飾線。

  退臺位置是直面到傾斜面的轉角過渡區,屋頂轉角由于剖面的彎弧半徑大于平面轉角倒角的半徑,所以均屬于非規則的雙曲面板。模型深化時通過優化相鄰面與面之間的連續性,保證了造型正確,過渡自然平滑,見圖10所示。施工完成后的實景圖見圖11。

  造型裝飾線在方案中的做法為保證飾線底面始終保持與地面平行的基礎上,以裝飾線中為基準,將裝飾線從鋁板表面往外移出40mm(圖12)。但經模型深化放樣后發現,此做法將造成部分位于裙樓頂部彎弧區域的裝飾線底部會與鋁板表面發生干涉,干涉尺寸達20mm。在與顧問、業主及建筑師溝通后,將節點優化為保證飾線底面始終保持與地面平行的基礎上,以裝飾線下表面為基準,將其從鋁板表面往外移出40mm(圖13)。另外,裝飾線的分格與鋁板分格一致,有部分弧形的裝飾線拱高其實特別小,如果都加工成弧形,一則需要拉彎的裝飾線多,耗時長,再則成本也增加了。在保證外觀不打折扣的基礎上,我們利用參數化設計,只需輸入一個參數(拱高),即可快速將拱高小于一定尺寸的裝飾線轉為直線(如圖14所示)。我們反復比試,將需要拉彎的拱高設定為10mm,在不影響外觀效果的基礎上,大大減少了拉彎裝飾線數量,完成后的效果見圖15。

  5 復雜板塊提料下單

  5.1 豎向單索玻璃幕墻C、D區域

  此兩區域為用理想面板擬合而來,造成各塊板的角點相互錯位,導致不銹鋼夾具尺寸多樣,需選用合適的夾具才能滿足安裝。得益于以上所有的操作均為在Grasshopper中完成,Grasshopper編程形式的操作,將每一個步驟都完整的記錄了下來。起初,我們生成了原始的玻璃表皮,而后在其基礎上得到理想的平板面和單曲面。所以,可以再次通過這個平臺,快速地得到原始扭面轉理想面板后各個夾具固定(詞條“固定”由行業大百科提供)點與原始面的偏差值,以及兩相鄰夾具的相對距離(圖16)。通過統計數據結合實際需求分析得到,整個豎向單索幕墻區域共需采用8種尺寸不同的可調節夾具類型。

  在初始建模階段,我們就已經有意識地將每一塊玻璃按一定的規則來生成,如玻璃的橫列排布、每塊玻璃四個角點的順序等。為方便材料生產下單和后期的對應安裝,需對每塊構件進行編號,并將三維模型中實際尺寸的面板轉放到平面上,以方便標示各個尺寸和繪制加工圖樣板。整理后的面板加工圖如圖17所示。

  5.2 鋁板幕墻區域

  部分扭面、單曲、雙曲面區域的鋁板幕墻,二維圖紙中難以準確地表達各個關鍵部位數據。經與專業鋁板廠家咨詢了解,異形鋁板加工工藝已經很成熟,在Rhino中整理好面板模型,提取面板關鍵數據后,附加一張加工留縫、折邊等注意事項,便可直接給加工廠深化、排產(圖18)。

  6 提取施工定位數據

  每一個項目的成功落地,均需要科學合理的施工工序,施工則要有準確的定位,對于形態復雜的表皮,三維模型中的定位數據就顯得尤其重要,是現場施工放線定位的依據。此項目中定位的數據主要有豎向拉索上下耳板銷軸中心孔位、各個扭面及裙樓頂層龍骨定位和支座定位等。

  豎向拉索耳板定位為在已優化的模型中找到銷軸中心點位,從中心點出發畫出每條分縫線上耳板的安裝方向,整理導出CAD圖形,給每個點標好相對尺寸,給方向線標好角度(圖19)。

  鋁板龍骨定位是以靠近幕墻表皮的龍骨表面中線為定位放樣線,輔以一些弦長線參考。支座則是將橫龍骨所在的橫向分縫線沿著表皮法線方向投影到豎龍骨的定位線上,兩者生成的交點為支座固定點(圖20)。

  帶軸網的三維模型里提取定位點和相關輔助測量線,然后導出為CAD二維圖紙,標示各尺寸信息,可視化的三維模型配合二維圖紙,讓施工變得更明晰也更高效,有效減少失誤。

  7 結語

  BIM技術的優勢是在施工前將建筑在電腦里模擬建造一遍,提前發現問題并解決問題。通過碰撞檢測,有效避免了施工過程中因圖紙問題出現停工、返工情況,從而縮短工期和節約成本。通過參數化設計,高效地處理疑點難點,提出合理的解決方案。通過深化設計讓施工人員更直觀地了解異形結構,獲得所需的關鍵信息。

  參考文獻

  [1].丁汝丹.BIM、參數化設計在表皮建構中的應用.城市住宅,2016,23(8):28-31.

  [2].陳順.BIM技術在武漢中心工程中的應用.建筑技術,2014,45(12):1127-1129.

  [3].徐增建,吳文奎,孫青山,胡正平,劉挺.BIM技術在寧波城市展覽館幕墻工程中的應用.浙江建筑,2018,35(5):51-55.

  [4].胡忠明,皮白波,肖文杰.空間大扭曲玻璃幕墻工程設計實施及BIM技術運用.建筑科技,2018,2(4):33-36.

  [5].龐德強,毛伙南.參數化建模在幕墻設計施工中的應用.住宅科技,2017(6):52-57.

作者單位:中山盛興股份有限公司總工程師。

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專家介紹

 毛伙南

鋁門窗幕墻委員會專家組

工作單位:中山盛興股份有限公司

技術職稱:高級工程師

專業:建筑幕墻技術及產品研發,工程設計、技術咨詢顧問。

專長:各種幕墻結構系統設計,幕墻新技術、新產品、新工藝研發,幕墻專利技術產品開發,幕墻工程技術規范、標準編制。

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2021-2-4/47776-1.htm
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