BIM技术在曲面幕墙施工中的应用

段志国

摘 要：随着社会经济的迅速发展，人民对建筑美学的要求越来越高，大型公共建筑越来越多采用造型新颖，构造复杂的幕墙装饰外立面。本文介绍了BIM技术在南县人民医院异址新建项目幕墙施工中的方案设计阶段、施工阶段、运营维护阶段等方面的应用。相对于传统施工管理模式，BIM技术的运用，在协调和管理幕墙与各专业施工、合理规划施工进度、优化施工方案、减少设计变更、加强运营维护管理等方面具有重要意义。

关键词：BIM技术；幕墙施工；应用

1.前言

幕墙是依附于建筑主体存在的不承重的外围护装饰性墙体，是建筑物的重要组成部分。随着国民经济的发展和幕墙材料工艺的迅速省级，幕墙设计越来越复杂。将BIM技术应用于幕墙建造、运维，提升信息化管理水平，提高建筑幕墙施工精度，具有非常重大的推广价值。

2.工程概述

本工程系南县人民医院异址新建项目工程，位于湖南省益阳市南县南洲镇。该建筑门急诊楼与主楼呈“天”字和“人”字形布局, 强调“天人合一 ”的设计理念，造型美观，建成后将大大改善南县人民的医疗条件。项目效果图如图1所示。

图1 项目效果图

3.幕墙BIM应用

3.1方案设计比选

在传统模式下，设计方案通过纸质文字叙述来介绍具体施工情况，方案的体现，仅通过图片及文字数据来比较，并不能很好的体现各种方案的优劣势，通过BIM技术的三维方案展示，能更好的理解不同方案之间的优缺点。BIM团队根据项目实际情况，生成了两种外墙幕墙材料选材方案。在原有设计方案中，外立面采用大面积干挂石材幕墙，该方案存在着自重大、后期更换难、成本较高的缺点，通过优化方案后，决定选用结构易、自重轻、易维护的铝板幕墙。通过BIM的三维呈现，比选不同的选材设计方案，计算不同方案之间幕墙建成预期效果所需材料及施工工作量，从而得出最优方案，有效的控制了项目成本。三维可视化的方案比选解决了业主与施工方之间的理解、沟通方面的问题，对于部分结构复杂的施工有更可靠的指导作用，如图2所示。

3.2幕墙模型的创建及深化设计

传统模式下，设计院提供的幕墙图纸仅表示了幕墙的基本形式和分隔尺寸，连接节点的表示也存在表达不够清楚，与实际尺寸相差较大的短板。在南县人民医院异址新建项目的幕墙结构中，由于存在弧线异形结构导致幕墙板块尺寸、角度及排布有着多变化的情况，导致图纸理解困难，图纸与现场实际施工有很大出入。

通过对幕墙各种构件进行族文件的创建，确保尺寸精确，并对玻璃幕墙与标准层楼面连接点，铝板幕墙与标准层楼面连接点、幕墙与雨棚梁及雨棚钢拉杆连接点等节点部位进行深化设计，生成三维模型（图3），用于指导现场实际加工，减少返工，提高效率。幕墙整体效果图如图4所示。

图2 方案比选示意图

图3 幕墙三维节点示意图
图4 现场幕墙实际效果图

3.3幕墙下料加工

在传统模式下，幕墙构件的编号信息通过图纸来统计信息进行表格文档的归档，当现场部分构件尺寸加工错误时，加大了追溯的难度，给施工带来了不便。

通过建模软件Revit建立体量进行幕墙表皮分割，新建幕墙单元族文件，自动生成幕墙BIM模型，对幕墙进行网格划分，实际信息编号，配合CAD出具精准尺寸加工图。如图5、6所示。这样有利于现场信息的统计，极大的提高了生产效率。

图5幕墙编号	图6幕墙加工信息

3.4碰撞分析

在大体量复杂造型幕墙施工中，预埋构建与幕墙面层材料常常会出现碰撞现象，施工单位会因为碰撞现象产生停工、返工等损失。运用BIM技术对幕墙设计中可能出现的碰撞点进行检测，对该可能产生碰撞的环节进行修正，汇总形成碰撞检测报告（图7），可以避免施工中才发现问题，停工协调耽误工期。碰撞报告中给出了偏差范围，工程师对碰撞的位置及偏差数据进行分析。如图8所示。

图7碰撞检测报告	图8 碰撞检测示意图

3.5施工流程优化——4D施工模拟

3.5.1 施工进度模拟

运用BIM技术进行4维施工模拟，将建筑物及施工场地3D模型与进度计划关联，将施工材料设备与场地布置信息集成一体，可直观地体现施工界面及顺序，从而使幕墙施工更易与各专业施工进行施工协调和管理。

在复杂幕墙的施工模拟阶段中，利用BIM软件将REVIT幕墙模型与施工进度计划之间进行对应的关联，实现从3维空间向附加时间维度的升级。在施工准备阶段，通过4D施工模型检查施工进度计划不合理之处并及时调整。对施工进行更加准确的组织安排，保证工程进度。

运用4D施工模拟完成幕墙施工程序的改进，体现在：①将实际施工进度计划与模型关联，在Navisworks软件中，通过可视化的方式展现施工进度，佐证施工方案合理性；②将幕墙构件的安装顺序进行细化分解，分析每日工作进度．根据现场的施工进度与计划进度进行对比分析，分析对总工期的影响，为调整下一阶段的安装进度作重要参考指标。

在幕墙工程项目施工过程中，运用BIM技术能协助施工方制定更加合理的施工技术，精准把握施工进度，合理优化施工资源，实现对整个施工进度的全面把握。幕墙施工进度模拟示意图如图9所示。

图9幕墙施工进度模拟示意图

3.5.2 施工动画模拟

基于BIM模型生成幕墙安装工艺动画，综合考虑相关影响因素，利用三维效果预演的方式提供幕墙安装先后顺序，直观展示各构件的空间关系及安装形式，解决各方协同管理难题。幕墙施工步骤如下：①预埋板安装，螺栓固定。②横向龙骨安装。③折弯钢板焊接，并用螺栓固定。④次龙骨安装。⑤端部焊接，并固定到主龙骨上。⑥铝合金角码安装⑦铝单板安装。⑧封胶进行缝隙填充，保温棉填充。（图10）

①预埋板安装，螺栓固定	②横向龙骨安装	③折弯钢板焊接，用螺栓固定	④次龙骨安装
⑤端部焊接，并固定到主龙骨上	⑥铝合金角码安装	⑦铝单板安装	⑧封胶进行缝隙填充，保温棉填充
图10 幕墙安装步骤

3.6 BIM保障幕墙运营维护管理

建筑幕墙作为建筑的外表面，承受外部气温变化、风荷载等直接作用，由于幕墙材料的性能衰减不可避免出现幕墙板块开裂、破损等情况，幕墙后期运维成为了新问题。如南县人民医院异址新建项目的曲面外立面复杂、与地面夹角呈现变化等问题，给后期维护带来了难度。

运维阶段运用BIM技术，通过BIM软件生成建筑物模型二维码（图11）能快速确定需替换幕墙板块的编号、尺寸、种类、安装要点（图12），附带幕墙拆卸更换示意动画（图13），有效降低幕墙维修施工的技术难度，提高维修效率和质量，延长建筑物外观使用年限。

图11 幕墙信息二维码
图12幕墙拆卸动画	图13 幕墙编号及尺寸

4.结语

在现代化建设的今天,异形复杂的曲面幕墙，因其造型的美观和具有强大的视觉冲击力，越来越多的被用在高层建筑外立面。同时，通过BIM技术在幕墙施工中的实践，证实BIM技术在提高工作效率、降低成本上效果显著，值得广大施工企业在幕墙施工中推广。

参考文献

[1] 王伟.BIM技术在幕墙施工阶段的应用[J].建筑监理，2015(8)194,7-10.

[2] 刘莊，朱锦江.BIM技术在异形建筑幕墙中的应用[J]，施工技术，2018.05,30-31.

[3] 周枫，刁巍.BIM在建筑幕墙中运用及管理研究[J].建筑工程技术与设计，2017(16),37-38.

[4] 董琛，王丹阳.BIM技术在幕墙工程中的应用[J].门窗，2016.03,18-19.