浅谈BIM技术在建筑幕墙设计中的应用

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  【摘 要】 探讨了BIM技术的概念、本质、特点和作用以及在我国的发展现状,简要介绍了BIM在建筑幕墙中的应用,BIM为整个建筑幕墙行业带来全新的启示,是一次建筑业信息技术的革命,中国建筑幕墙行业应尽快推行BIM。
  【关键词】 BIM,建筑幕墙设计
  随着城市大规模建设的需要,各地不断涌现出一些造型独特的地标性建筑,大空间,大跨度、异性建筑不断增加,钢结构支撑的玻璃幕墙体系应用的越来越广泛。
  幕墙作为建筑的外围防护,也是建筑的外衣,是建筑及建筑模型不可分割的部分。幕墙设计作为建筑设计的深化和细化,对建筑设计理念应能够充分的理解,同时更需要有与建筑设计匹配的实现工具以保证设计的延续性,从而更好的保证完成的建筑是业主和建筑师想要的。
  BIM建筑信息模型的建立是建筑领域的一次革命。BIM是一种技术、方法、机制和机会,通过集成项目信息的收集、管理、交换、更新、存储过程和项目业务流程,为建设项目生命周期中的不同阶段、不同参与方提供及时、准确、足够的信息,支持不同项目阶段之间、不同项目参与方之间以及不同应用软件之间的信息交流和共享,以实现项目设计、施工、运营、维护效率和质量的提高,以及工程建设行业持续不断的行业生产力水平的提升。
  因此,我们可以试着给BIM一个比较准确的概念。BIM的英文名称是:Building Information Modeling,直译过来是:建筑信息模型。BIM的定义是:利用数字建模技术表达建设项目的几何、物理和功能信息,服务于项目各参与方,支持项目全生命周期内的建设、运营和管理决策的技术、方法以及过程。因此,如果一定要给BIM一个中文翻译,我个人认为更贴切的可能是:建筑信息模型化。
  BIM技术的特点主要包括协同性。运用协同设计的工作模式,使用直观、完整、关联的BIM模型,通过将所有建筑构件关联,实现三维协同设计,且达到修改容易的目的。在建筑物建造前期对各专业的碰撞问题进行协调,生成协调数据,供讨论协调。BIM是不同应用方、不同专业、不同项目阶段的综合应用,这绝不是一个软件甚至一类软件能够解决的。BIM软件种类繁多,但总体可以分为两个大类,即:BIM建模软件和BIM应用软件。而所有的BIM应用软件都需要基于BIM建模软件创建的模型进行应用,因此,BIM建模软件处于核心位置。可视化。BIM取代传统CAD界面利用该软件系统将各种抽象的概念转化成为一种可视性的物理模型。所见即所得,使设计师用三维的思考方式来完成建筑设计。项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论和决策都在可视化的状态内进行。可模拟性。采用BIM模型在方案论证、设计阶段可进行一系列的包括日照、光线、节能、火灾CFD以及疏散模拟等,在招投标及施工阶段可结合施工进度计划进行4D模拟,结合资金流量进行5D模拟,运营阶段可进行互动模拟及紧急情况处理等。可出图性。基于BIM调整可依据需要提供管线图、结构留洞及碰撞检测等。可优化性。基于BIM模型可进行项目方案优化、特殊(异型)设计优化以及限额设计优化等。
  BIM在国外应用已趋于成熟,它作为新技术,在中国的建筑行业只是刚刚打开一扇门,正逐步为建筑行业所知。国家已经明确了BIM发展规划并着手制定相关标准。目前很多公司仍然将AutoCAD作为日常设计工具,设计工作大量重复,修改图纸,引起多米罗效应,导致设计效率低下,错误率高、风险成本高,精细分工难以实施。缺少共享的建筑数据库。设计师对设计资料的检索、获取、整理都要花大量的时间和精力,重复性的工作经常发生。与设计相关的信息不能方便的共享和链接。
  BIM技术为建筑相关信息的及时、有效、完全共享提供了可能,为构建信息的无缝管理平台提供了可靠的手段。BIM技术的主要作用:参数化建模减少和消灭项目设计、施工、运营过程中的不确定性和不可预见性;目标是提高项目质量,提升工作效率。借助BIM模型和相应的模型检查和协调软件,避免传统二维图纸容易出现的时间过长和容易出错等问题,使工作效率大大提升,从而缩短整体工期和减少错误,确保成果与初始目标一致。
  BIM这项新兴技术的出现和应用,将设计工作从二维模式转变为三维模式,那么BIM究竟能给幕墙行业带来什么实际作用呢?
  在幕墙投标阶段即采用REVIT软件精确创建了幕墙及幕墙支撑钢结构的BIM模型,同时考虑到建筑完整性,还要创建土建结构等。BIM模型创建完成之后,要选择合适的软件进行运用才能产生价值。对于幕墙工程领域,结合软件市场情况以及行业特点,在项目中选择BIM建模软件和应用软件可以依据如下原则:一般建筑采用Revit系列产品。异形、复杂曲面形态建筑采用Rhino或Maya进行塑形和基本轮廓确认,再运用CATIA或DP进行深化设计。Navisworks是应用阶段包括视觉效果表达、碰撞检查、4D施工模拟以及虚拟漫游等均可以实施的优选软件。可视化软件能够支持将BIM模型以更好的效果呈现出来,以便更好的进行方案论证和外部沟通。
  运用BIM创建建筑信息模型。(1)创建族文件。REVIT中的所有图元都是基于族的。将整理好的单元节点图导入到REVIT当中,并调节好尺寸,这样能更好的创建模型。每个族图元能够在其内定义多种类型,根据族创建者的设计,每种类型可以具有不同的尺寸、形状、材质设置或其他参数变量。(2)创建幕墙项目文件。在CAD中将轮廓线转换为多段线后导入REVIT中,通过放样得到幕墙框架,且每段折线自动成为一个板块。将族图元嵌入到项目文件后就需要对幕墙板块单独进行数值调节,已达到真实的效果。(3)冲突检测分析。对于异形幕墙,单元板块的不规则导致设计及安装的不确定性及繁琐性一直是幕墙设计的难点,那么我们能通过REVIT软件对幕墙进行冲突检测分析来提前清楚单元板块之间的干涉情况,或者是幕墙与钢结构之间的碰撞,或是钢结构之间碰撞,这样我们就能在设计阶段提前知道哪些部位会出现干涉,避免安装过程中出现的诸多问题。(4)明细表及板块优化。在明细表视图修改数据,系统的双向关联特性就会启动,通过这一功能,我们就能在明细表的基础上对幕墙板块进行优化处理,得到优化后的数据。(5)设计可视化。对于REVIT可视化功能给设计者带来了诸多的便利,它可以实时的对建筑细部进行渲染,让设计者能更清晰的知道该细部具体的情况,以便对该位置进行修改,该功能也极大的方便了甲方的需求,毕竟不是所有人都是建筑或制造行业的专业人员,有很大一部分人还看不懂专业图纸,那么可视化功能就能更直观的表现出该建筑的特点,建筑形态等。(6)设备材料统计。BIM模型可以简便的生成材料明細表,根据实际情况让业主和建筑师选择需要的类型,得到准确的工程量。无论是玻璃面材还是铝合金龙骨甚至螺钉等,都可以根据已经确定的型号和参数方便的获取和输出。(7)基于BIM模型的加工组装分析。应用INVENTOR软件可以创建详细的构建加工图以及模拟板块组装,并可以将之作为动画,直观详细的表现单元加工和组装的过程。
  通过在不同工程项目中的一系列BIM实践,我们总结了BIM在幕墙工程中的核心价值包括:(1)BIM是复杂体态建筑实施的必要条件。BIM可以实现从建筑理论到单元加工模型再到构件加工图/数据的无缝连接,保证了最末端实施环节的理论准确性。让我们为项目提供的幕墙就是业主和建筑师最初想要的那个。基于BIM的参数化建模方式,可以大量的释放劳动力,提高设计效率,保证设计质量,减少出错概率。(2)实现了设计-工厂-现场的联动,控制偏差,保证施工质量。基于BIM模型,可快速分析现场测量数据,自动对不同偏差情况分类判别(正常偏差/正超差/负超差)。效率大增。可运用现场测量数据,快速修正设计模型,提取加工图,抽取细目定额理论数据。即使在超过设计运行的偏差情况下,也通过快速设计变更响应→设计加工运输绿色通道等措施,在最短时间内可将新构件运至现场。响应速度大幅提升。进行BIM模型预拼装。对于偏差较大的情况,采用先进的测量手段和设备,自动生产实际单元板块,置入理论模型中进行现场预拼装模拟。(3)可靠的施工现场工况模拟以及施工方案的制定。基于BIM创建的三维模型,对外幕墙、外幕墙支撑钢结构及其他相关专业进行碰撞检查,快速发现问题,协调解决。基于BIM创建现场施工机具模型,包括钢平台、双层吊篮、施工吊机等等,进行运行分析模拟。
  总之,BIM为我们带来了诸多的便利。随着三维技术的应用日趋成熟,幕墙以及BIM技术的不断发展,它给建筑业及幕墙界带来的效益会不断增加。我们只有结合中国特色认真学习、结合实际、努力实践、勇于探索才能尽快走出一条新的发展之路。
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