〇圖文/陳海松
一.引言
Grasshopper（簡(jiǎn)稱(chēng)GH）是一款在Rhino環(huán)境下運(yùn)行的采用程序算法生成模型的插件，是目前設(shè)計(jì)類(lèi)專(zhuān)業(yè)參數(shù)化設(shè)計(jì)方向的入門(mén)軟件。與傳統(tǒng)建模工具相比，GH的最大的特點(diǎn)是可以向計(jì)算機(jī)下達(dá)更加高級(jí)復(fù)雜的邏輯建模指令，使計(jì)算機(jī)根據(jù)擬定的算法自動(dòng)生成模型結(jié)果。通過(guò)編寫(xiě)建模邏輯算法，機(jī)械性的重復(fù)操作可被計(jì)算機(jī)的循環(huán)運(yùn)算取代；同時(shí)設(shè)計(jì)師可以向設(shè)計(jì)模型植入更加豐富的生成邏輯。無(wú)論在建模速度還是在水平上較傳統(tǒng)的工作模式，都有較大幅度的提升。本工程全面應(yīng)用GH，充分體現(xiàn)了參數(shù)化的高效性、精確性、全面性等優(yōu)勢(shì)。
二.工程概況
青島東方影都萬(wàn)達(dá)城是特大文化旅游商業(yè)綜合體，全部為室內(nèi)項(xiàng)目。室內(nèi)主題公園引進(jìn)世界最先進(jìn)的各種室內(nèi)游樂(lè)設(shè)施，擁有世界唯一定制的飛行過(guò)山車(chē)極具刺激。室內(nèi)水公園建設(shè)有世界首臺(tái)室內(nèi)水上過(guò)山車(chē)、大水環(huán)等最新水上游樂(lè)設(shè)備，給游客帶來(lái)水中樂(lè)園。萬(wàn)達(dá)城商業(yè)面積10萬(wàn)平方米，是萬(wàn)達(dá)的主軸線(xiàn)，集購(gòu)物、娛樂(lè)、美食等近二百家提供一流的消費(fèi)環(huán)境?？偨ㄖ娣e：35.05萬(wàn)平米，其中地上27.77萬(wàn)平米，地下7.28萬(wàn)平米,幕墻面積約8萬(wàn)多平米。幕墻主要形式：玻璃幕墻、鋁板幕墻、鋁合金格柵、金屬屋面、玻璃天窗、穿孔鋁板等。
三.本工程的難點(diǎn)
1.設(shè)計(jì)難點(diǎn)
本工程外立面多數(shù)是復(fù)雜的三維造型，且項(xiàng)目體量大，這對(duì)土建、鋼結(jié)構(gòu)、幕墻等的施工定位要求特別高，且不同分項(xiàng)工程之間的交接以及碰撞檢測(cè)也異常繁瑣，唯獨(dú)采用二維CAD制圖很難精確表示到位，因此本工程全面采用BIM技術(shù)，對(duì)整個(gè)工程進(jìn)行1：1的建模，這對(duì)整個(gè)項(xiàng)目外立面造型的把控、碰撞檢測(cè)等起到關(guān)鍵性的作用，充分體現(xiàn)了BIM技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。前期多次跟設(shè)計(jì)院進(jìn)行溝通，在理解設(shè)計(jì)意圖的基礎(chǔ)上，對(duì)設(shè)計(jì)院提供的原始犀牛表皮模型進(jìn)一步的剖析，達(dá)到空間1：1的程度，并將最終模型提交設(shè)計(jì)院進(jìn)行碰撞檢測(cè)，確保幕墻和主體零碰撞，且與金屬屋面能完美銜接，實(shí)現(xiàn)BIM技術(shù)協(xié)同CAD二維幕墻圖紙的深化。
2.施工難點(diǎn)
施工的難點(diǎn)主要是造型復(fù)雜，體量大，空間定位難,在合理誤差范圍內(nèi)下料難度大，每根骨架都是空間不一樣的尺寸，每個(gè)板塊都是不一樣的規(guī)格，且量大，按照常規(guī)的下料方式很難保證下料的精度與速度，就算能保證速度，也需花費(fèi)大量的人力，人工成本太高。針對(duì)此類(lèi)難點(diǎn)，通過(guò)應(yīng)用犀牛+Grasshopper參數(shù)化，從模型優(yōu)化到龍骨面板的下料，所有材料批量統(tǒng)計(jì)、批量編號(hào)、批量生成加工數(shù)據(jù)，一切都交由軟件運(yùn)算得出，大大節(jié)省時(shí)間，且精度高，充分體現(xiàn)BIM技術(shù)應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)，提升質(zhì)量的同時(shí)大大節(jié)約人工成本。另外整個(gè)工程都是大體量的鋼結(jié)構(gòu)部分，且都是三維空間定位，現(xiàn)場(chǎng)安裝難度大，在立面上一根根的拼裝，龍骨整體的精度很難保證，且不宜操作。為此，我們根據(jù)相關(guān)定位數(shù)據(jù)，在地面進(jìn)行龍骨拼裝，組成單元式的鋼架，然后運(yùn)用400噸履帶式吊機(jī)，整體吊裝至立面，復(fù)核定位準(zhǔn)確無(wú)誤后和預(yù)埋件進(jìn)行焊接固定。
門(mén)頭單元式鋼結(jié)構(gòu)吊裝
四.BIM的實(shí)際應(yīng)用
本工程三維異形部分主要是：弧形鋁板、屋頂穿孔鋁板、大門(mén)頭彩釉玻璃。
這里每個(gè)部分都是空間三維定位，所以前期最關(guān)鍵的工作就是對(duì)表皮模型的優(yōu)化，確保模型和軸網(wǎng)是空間1：1的位置關(guān)系且幕墻分格精確無(wú)誤，后續(xù)的工作都是基于原始表皮來(lái)實(shí)現(xiàn)。
青島萬(wàn)達(dá)茂深化后的1:1模型
1.弧形鋁板幕墻
弧形鋁板幕墻主要是幕墻龍骨的定位和面板下料，鋁板整體造型是不規(guī)則弧面，必然導(dǎo)致每一塊鋁板都是不規(guī)則弧面，這樣鋁板成本比較高，此處通過(guò)參數(shù)化對(duì)每一個(gè)板塊進(jìn)行模擬分析，得出左右兩邊的小板塊第四點(diǎn)與其余3點(diǎn)所在平面的高差都在10mm以?xún)?nèi)（以后統(tǒng)稱(chēng)為翹起值），完全可以用平板代替。而中間長(zhǎng)條形的鋁板翹起值在10~30mm，此處雖然翹起值較大，但板塊長(zhǎng)度都是4-5米，運(yùn)用平面鋁板自身的可微扭曲的性能，采用四點(diǎn)不共面的固定方式，也能達(dá)到整體弧面的效果，這樣大大節(jié)省材料成本，同時(shí)縮短鋁板的加工周期，保證了施工進(jìn)度。此處大多數(shù)的定位點(diǎn)、線(xiàn)，龍骨的下料規(guī)格尺寸數(shù)量以及所有鋁板1：1模型及編號(hào)都是通過(guò)犀牛和Grasshopper參數(shù)化生成，且精確無(wú)誤。后續(xù)直接導(dǎo)出定位線(xiàn)、點(diǎn)、坐標(biāo)指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)施工定位，鋁板1：1模型及編號(hào)發(fā)送鋁板廠家進(jìn)行鋁板加工，每塊面板都不同，此處參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用，無(wú)論是龍骨定位還是面板的下料，正確率都達(dá)到100%。施工過(guò)程中的龍骨安裝、面板安裝，現(xiàn)場(chǎng)都根據(jù)定位點(diǎn)的坐標(biāo)數(shù)據(jù)，對(duì)每一個(gè)定位點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，確保萬(wàn)無(wú)一失。
弧形鋁板1：1模型及編號(hào)（部分）
弧形鋁板龍骨定位（部分）
弧形鋁板Grasshopper程序電池組
弧形鋁板實(shí)際完成（部分）
2.屋頂穿孔鋁板
此處最大的難點(diǎn)是異形板塊體量大，約2萬(wàn)多平米，共七千多塊鋁板，其中一大半都是空間三維定位，且每塊鋁板都不同，都是不規(guī)則四邊形。我們應(yīng)用犀牛+Grasshopper對(duì)基礎(chǔ)表皮和分格，批量進(jìn)行板塊劃分、平板優(yōu)化、鋁板歸類(lèi)排序編號(hào)，導(dǎo)出加工數(shù)據(jù)，配合少量CAD加工圖，發(fā)送廠家進(jìn)行鋁板的加工。另外批量生成龍骨規(guī)格尺寸及數(shù)量，龍骨定位線(xiàn)、點(diǎn)、坐標(biāo)，供龍骨精確下料及指導(dǎo)龍骨安裝定位。(插圖7-11)
屋頂穿孔鋁板表皮及分格
屋頂穿孔鋁板Grasshopper程序電池組
屋頂穿孔鋁板1：1模型及編號(hào)（部分）
屋頂穿孔鋁板料單數(shù)據(jù)(部分）
屋頂穿孔鋁板龍骨定位數(shù)據(jù)(部分）
3. 大門(mén)頭彩釉玻璃
大門(mén)頭三角玻璃部分也是運(yùn)用類(lèi)似的方法，對(duì)面板進(jìn)行分析優(yōu)化，批量統(tǒng)一生成1：1模型，同時(shí)編號(hào)并導(dǎo)出每塊玻璃的加工尺寸，供下料使用，批量生成定位線(xiàn)、點(diǎn)、坐標(biāo)指導(dǎo)龍骨定位安裝，應(yīng)用參數(shù)化不僅速度快且精度高。另外大門(mén)頭雨篷玻璃整體為扭曲面造型，且局部過(guò)度部分扭曲大，這就導(dǎo)致部分四邊形也是扭曲面。在滿(mǎn)足整體效果的同時(shí)盡量經(jīng)濟(jì)化，我們要找出部分扭曲較大的板塊做曲面玻璃，扭曲較小的做成平板玻璃，我們對(duì)這幾百個(gè)板塊統(tǒng)一進(jìn)行參數(shù)化分析，發(fā)現(xiàn)板塊的翹起值最大的有80mm，顯然翹起太大的玻璃必須做曲面玻璃，我們定義了一個(gè)參數(shù)區(qū)間，自動(dòng)篩選出相應(yīng)板塊，哪些做平板玻璃哪些做曲面玻璃，一目了然，且后續(xù)根據(jù)需要，再次調(diào)整參數(shù)就自動(dòng)完成運(yùn)算得出結(jié)果，靈活高效，大大節(jié)省時(shí)間。
鋼龍骨安裝實(shí)景圖
門(mén)頭雨篷面板分析圖
五.結(jié)束語(yǔ)
青島東方影都萬(wàn)達(dá)城幕墻工程是一個(gè)相對(duì)復(fù)雜的異形幕墻工程，設(shè)計(jì)和施工難度不言而喻，此次設(shè)計(jì)與施工全面采用BIM參數(shù)化技術(shù)，從最初的犀牛表皮到后續(xù)的龍骨定位與安裝、材料的下料加工等，無(wú)不體現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的高效性與精確性。近些年異形幕墻的設(shè)計(jì)與施工越來(lái)越多，伴隨著更多的異形建筑的出現(xiàn)，參數(shù)化設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)突顯優(yōu)勢(shì)。人類(lèi)歷史上，發(fā)生過(guò)三次浪潮，第一次是度量衡的確定，第二次是用圖紙來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，第三次是軟件工具的應(yīng)用，那BIM參數(shù)化必將是第三次浪潮的升華。
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