張鵬 何東海
（中建三局裝飾有限公司）
摘要：隨著經(jīng)濟的發(fā)展水平的提高、設計方法和設計理念的革新以及施工技術(shù)的進步，建筑幕墻從簡單化、規(guī)整化向多元化、復雜化發(fā)展。傳統(tǒng)的二維圖元已經(jīng)無法滿足這些復雜建筑幕墻的方案設計、放線定位，材料下單的要求，需要借助BIM三維建模軟件完成。本文以成都大魔方售樓處及武漢新城國際博覽中心會議中心工程實例來介紹BIM軟件在幕墻工程中的應用。
關(guān)鍵字：犀牛軟件，三維建模，曲面幕墻，表皮劃分
1 背景
隨著經(jīng)濟的發(fā)展水平的提高、設計方法和設計理念的革新以及施工技術(shù)的進步，建筑幕墻從單一化、規(guī)整化向多元化、復雜化發(fā)展。建筑師們?yōu)樽非螵毺氐慕ㄖЧ?，不再滿足于規(guī)整、中庸的設計，而是憑借天馬行空的想象，在實現(xiàn)其使用功能的前提下，張揚每棟建筑物的個性，各大體育場館、機場和會展中心等大型公共建筑更是如此。隨著建筑物造型越來越復雜，建筑物承載的信息越來越多，傳統(tǒng)的二維軟件無法滿足類似這些工程的方案設計、放線定位，材料下單的要求，需要建三維模型去完成，于是BIM軟件走進了視野。
BIM（Building Information Modeling）即建筑信息化模型，BIM建立模型時給模型賦予建筑信息的屬性（如構(gòu)件的材料、尺寸、配筋、鋼號，設備的型號、廠家、功率等）。BIM以其可視化、協(xié)同效率高、參數(shù)化及對項目全生命周期的關(guān)注贏得了建筑行業(yè)市場的認可，在美國、英國等發(fā)達國家的發(fā)展和應用已達到一定水平，但是在我國建筑幕墻的應用還處于起步階段，僅僅在幾個超高層幕墻項目進行探索和嘗試。雖然由于客觀條件的限制，BIM軟件在632m的上海中心大廈雙層幕墻設計施工過程中只是扮演了輔助的角色，但是其在深化設計、解決現(xiàn)場施工碰撞方案、施工協(xié)調(diào)、施工預算、生化計算等方面出色的表現(xiàn)已經(jīng)展示出了它的潛質(zhì)，在信息化程度越來越高的未來建筑幕墻行業(yè)，BIM軟件一定會走上主舞臺，擔當大任，其發(fā)展和應用的前景不可限量。
我司在發(fā)展和成長過程中也勇于探索和嘗試BIM軟件在建筑幕墻的應用，并獲得不錯的效果，下面以成都大魔方售樓處和武漢新城國際博覽中心會議中心工程實例來介紹犀牛軟件（Rhino）在曲面幕墻表皮劃分、材料下單方面的應用。
2 BIM軟件在我司幕墻工程中的應用實例
2.1 成都大魔方售樓處
我司承建的成都大魔方售樓部，建筑造型類似于一個倒圓臺狀，底部為半徑12.2m的半圓，頂部為短半軸長12.2m、長半軸長21.8m的橢圓。
該項目的點式玻璃幕墻表皮造型為正圓形與橢圓形之間流動形成的建筑造型體，其玻璃幕墻表皮為三維曲面（豎向任意位置的曲率都不相同），另外業(yè)主對視覺感官的要求很高，不能有折角出現(xiàn)。因此初步?jīng)Q定玻璃板塊要做成三維曲面板塊，這樣針對幕墻玻璃板塊的下料加工圖的準確性以及對現(xiàn)場施工提出了更高的要求。時間緊，任務重，常規(guī)的二維制圖很難滿足工期、難度的要求，故經(jīng)討論決定采用BIM軟件進行三維建模。
根據(jù)對比幾種BIM軟件的優(yōu)劣點，設計人員決定采用犀牛軟件進行三維建模、劃分幕墻表皮分格。犀牛軟件是一款基于NURBS的造型軟件，具有非常強大曲面建造功能，可以在Windows系統(tǒng)中建立、編輯、分析和轉(zhuǎn)換NURBS曲線、曲面和實體，不受復雜度、階數(shù)以及尺寸的限制。犀牛軟件跟其他BIM三維建模軟件相比有以下幾點優(yōu)勢：
1、與建筑工程制圖最常用的AUTOCAD等軟件有對接接口，可以互相導入，進行無縫搭接，具有良好的兼容性。
2、操作簡單，容易上手，而且沒有很高的硬件要求，在一般配置的計算機上就可以運行。
3、建模功能強大，且建模后誤差很小，此誤差在建筑單位級別中可以忽略不計（小于1mm）。
4、犀牛軟件建模感覺非常流暢，它所提供的曲面工具可以精確地制作所有用來作為渲染表現(xiàn)、動畫、工程圖用的模型。
5、本身犀牛軟件對建立好的NURBS三維模型還能進行曲率分析、對幕墻表皮板塊劃分、表皮劃分等一系列幕墻加工圖的鋪助工作。
本工程幕墻表皮為三維空間曲面，且左右不對稱（建筑理想上應該是對稱的，現(xiàn)場建筑施工誤差導致不對稱）。我們根據(jù)現(xiàn)場提供的返尺CAD平面圖和建筑立面圖上的玻璃板塊進行幕墻表皮建立，然后對其進行板塊分割,共產(chǎn)生了416塊不同尺寸及不同大小的玻璃板塊。
我們對具體的板塊模型分析發(fā)現(xiàn)，玻璃板塊豎向兩邊的邊緣線測量拱高值小于1mm，邊長為1400mm左右，板塊上下兩邊的邊緣線為橢圓線，每一點的曲率都不相同。我方技術(shù)設計人員向玻璃加工廠家技術(shù)人員進行這種曲面中空玻璃加工需要我司提供哪些相應的加工參數(shù)和加工難度時得知，如要加工此種玻璃板塊需要提供每塊中空玻璃的彎曲軸位置，就算提供了此參數(shù)，玻璃加工廠的加工起來也很困難，加工周期也會很長，造價也多了很多，而且也沒有跟犀牛這種專業(yè)工業(yè)軟件相匹配的數(shù)字化加工設備，所以不能直接把犀牛模型提供給加工廠家。
經(jīng)過對上下的橢圓線段分析發(fā)現(xiàn)，它們曲率變化不大。如果把上下的橢圓形線段變換與其相逼近的圓形弧線的話，這樣加工圖上的參數(shù)也能準確的表達清晰，而玻璃加工廠也能讀懂加工圖紙。變換與其相近的圓弧方法是，在犀牛軟件中先提取板塊上邊緣線段，于是我們從板塊模型上分別復制取出上邊緣線段和下邊緣線段。并在他們水平兩個端點間創(chuàng)建一條輔助線，然后找到輔助線的中點，在中點上創(chuàng)建一條垂直于線段的輔助線與原橢圓線段相交，并產(chǎn)生交點。這樣我們就得到了三個點，在軟件中應用三點生成圓弧工具。我們就得了一條有統(tǒng)一半徑的圓弧，在軟件中與最初的橢圓線段的間距變化比對發(fā)現(xiàn)，距離不超過1.34mm。用相同的方法把下邊緣的圓弧求出來。這樣得到了新的板塊外輪廓線，用同種方法對原先分割出來的416塊玻璃板塊模型進行重建，最后得了一個整體的玻璃幕墻表皮。通過對模型在三維軟件中不同位置角度的觀察，認為用圓弧替代橢圓曲線的方法得到的模型在電腦軟件中瀏覽觀察是可以接受的效果。
借助犀牛軟件我們提供了讓加工廠家滿意的加工圖紙，最終我司在有限的時間內(nèi)圓滿地完成了施工任務，工程的感官效果和施工質(zhì)量得到業(yè)主和設計單位的高度評價，這是我司首次在幕墻工程中進行犀牛軟件的嘗試和應用，并獲得不俗的效果。
2.2 武漢新城國際博覽中心會議中心
武漢新城國際博覽中心會議中心工程造型特異，如蓮花綻放，由三層屋面和三層玻璃幕墻交錯結(jié)合構(gòu)成，施工難度大，工期也十分緊張。為了保證工期和施工質(zhì)量，我們采用犀牛軟件進行三維建模分析。
前期經(jīng)過現(xiàn)場的測量放線，發(fā)現(xiàn)土建的結(jié)構(gòu)偏差較大，與幕墻完成面有沖突，所以我們在模型中把幕墻完成面往外偏移了250毫米，這樣我們就能更好的搭建幕墻系統(tǒng)。因為曲面是偏移過后的，所以會比原先的完成面大一些。我們就要考慮兩邊相交處的玻璃完成面會有所改變，偏移后的曲面也會造成與下沿的交線位置發(fā)生改變，也減小了一定的幕墻表皮。
在偏移后的曲面上我們又根據(jù)以前模型上的分割線又偏移出250毫米，在模型中對玻璃表皮進行分割。我們單獨提取幾個面進行測量，發(fā)現(xiàn)曲面的左右兩條邊是接近直邊，上下弧邊的拱高不超過4毫米，根據(jù)以往工程的經(jīng)驗，所以我們決定在下片玻璃用直板玻璃來代替，這樣既節(jié)省造價又縮短了玻璃的加工周期。
我們在模型中切割出每一塊玻璃分別編好號，把它排成平板玻璃。用這種方式去復合原先的模型，這樣來達到最優(yōu)化的幕墻表皮。
目前幕墻樣板已經(jīng)完成，視覺效果和安裝質(zhì)量令人滿意，而且大大縮短玻璃加工周期，減少了造價，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益，后續(xù)的下片曲面以及中片上片曲面擬依此方法進行大面積施工。鑒于犀牛軟件強大的功能以及應用以來良好的表現(xiàn)，將在后續(xù)的測量放線、龍骨定位中得到更多的應用。
3 結(jié)語
BIM不僅是一類軟件，更是一種新的思維方式。幕墻行業(yè)的發(fā)展趨勢是信息化程度更高、更加透明化，未來的設計趨勢將由二維走向三維，達到一個新的階段。相信隨著我國幕墻行業(yè)的日趨成熟以及人們對建筑美學的更高追求，BIM軟件的應用將成為主流，應用的空間將更大，前景不可限量。
參考文獻：
[1] 任璆，戈宏飛.三維建模Rhinoceros軟件在幕墻設計中的應用[J].機電工程技術(shù).2010.（07）：164-167.
[2] 陳繼良，張東升.BIM相關(guān)技術(shù)在上海中心大廈的應用.
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