BIM技术对异型建筑表皮设计施工带来的变革

.引言

随着经济发展水平的提高,建筑设计方法、设计理念的革新以及施工技术的进步,建筑幕墙从单一化、规整化向多元化、复杂化发展,许多建筑表皮呈现为无规则的异形形态。越来越复杂的异型表皮造型给设计、施工带来了一系列难题,传统的二维软件已无法满足此类工程的设计、材料加工、放线定位和现场安装等要求,需要借助三维参数化模型来实现。BIM技术的出现促使了二维图纸转变为三维参数化设计的发展,使得设计、施工、乃至整个建筑工程施工质量和施工效率有了显著提高,对于整个建筑行业来说是一次真正的参数化、信息化革命。

.BIM技术在建筑表皮设计施工过程中的应用

1. BIM技术在异型采光顶设计阶段运用

在空间异型项目中,传统的二维软件已经无法满足此类项目的设计,加工,定位,安装等要求,通过BIM技术的介入,实现三维可视化建模,指导设计出图。并且在设计阶段进行合理优化,有效降低材料加工以及施工难度,缩短施工周期,节约材料以及施工成本。尤其是异型双曲玻璃幕墙,由于玻璃材质本身特性,给加工施工带来很大难度,双曲玻璃板块加工成本高昂,成品率低,加工精度误差大,运输,安装成本高。并且与板块相关的所有铝合金辅材都需要特殊加工。综合上述所有因素,在双曲幕墙设计阶段就需要对幕墙进行合理优化,降低施工难度,节约材料成本,缩短施工周期,提高施工质量。宁波北仑中国港口博物馆A穹顶,该穹顶面积1411㎡。包含双曲面板415块,796㎡;单曲面板162块,615㎡。对原模型进行翘曲只分析,控制翘曲值范围,通过平面拟合双曲面的方式有效降低加工施工难度,节约材料成本与施工成本。

1 曲面翘曲分析优化

2 批量编号以及数据提取

3 施工照片

2. BIM技术在建筑幕墙工程施工下料中的运用

空间异型幕墙施工过程中定位复杂,幕墙立面位置以及角度均在不段变化,立柱与主体结构之间连接点种类繁多,没有规律,测量放样和空间定位难度非常大,难以确定安装,需要借助BIM三维模型提取安装控制点数据通过点位数据进行精 确定位放样,在后期施工过程中进行精 确安装。在异型幕墙工程中材料种类多,加工数据多,并且同种材料包含多种加工数据,这对下料带了挑战;BIM技术的介入使得下料简单化,批量化,并且准确率得到很大的提升;通过BIM技术进行参数化建模,利用BIM模型批量提取构件编号以及加工参数,在安装过程中通过构件编号进行精 确安装。通过BIM技术指导幕墙工程施工下料,有效降低施工难度,缩短施工周期,节约施工成本。

3. BIM技术在宁波市城市展览馆项目中的应用

该工程地下1层,地上4层,建筑面积23622㎡,其中地上建筑面积18687㎡,建筑高度24m。外立面由双层曲面幕墙组成,内层为曲面明框玻璃幕墙和铝板幕墙,外层为环绕玻璃幕墙,疏密不断变化的异形鳞片状彩釉陶土板幕墙,立面轮廓多角度曲面扭曲变换。工程形体复杂,幕墙总面积13315㎡。其中玻璃种类有16种,共1679块,每块玻璃规格尺寸均不相同;异形彩釉陶板规格7459种,27883块,每两块陶板之间通过插芯进行装配组合,形成一个安装单元。

4 工程效果图

5 定位点以及坐标提取

6 构件参数化

7 玻璃幕墙构件参数化建模

8 陶板幕墙构件参数化建模

9 构件参数提取

异形彩釉陶板规格7459种,27883块。种类多,规格尺寸多,陶板与陶板之间通过铝合金插芯进行规律性装配,插芯通过连接件与横梁进行连接;如果人为手动一个板块一个板块进行处理,将严重影响施工周期,而且工作量大;通过计算机VB编程处理,用计算机语言驱动软件进行BIM模型的搭建自动判断陶土板以及插芯的尺寸长度,装配类型,连接位置以及安装定位等参数。

10 计算机编程辅助建模

11 安装效果图

4. BIM技术在异型金属屋面工程中的应用

宁波奥体中心综合馆屋面金属板幕墙工程面积约为25859m²;屋面幕墙工程由直立锁边屋面子系统与开放式装饰铝单板子系统组成。其中屋面工程包含12287块大小不同的多边形组成,曲面造型复杂,定位点多,安装控制点多大2万多个,板块尺寸各不相同。BIM技术的应用使得多种类,多规格,定位难度大,下料尺寸多的空间异型项目的施工,定位,加工难度大大降低,大大缩短施工周期,有效节约施工成本。通过BIM模型提取构件编号信息加工信息,有效的避免数据丢失数据错乱,减少从设计到加工各个环节中的材料浪费。

12 效果图

13 屋面系统效果图

通过BIM技术按照构造系统对主檩条和次檩条参数化建模,通过BIM模型提取主龙骨关键位置控制点,将控制点转换为空间坐标值,通过全站仪对控制点进行精 确放样,保证龙骨安装的准确性,通过BIM模型提取龙骨编号,长度,半径,打孔位置等参数在工厂进行加工,通过定位点在现场进行吊装。通过BIM技术指导加工施工保证了加工,安装准确性,提高了施工效率,有效缩短施工周期,降低施工成本。

14檩条BIM模型以及定位

利用BIM技术对屋面开放式装饰铝单板系统进行参数化建模。基于屋面主次檩条BIM模型搭建装饰铝单板BIM模型;根据幕墙分割线搭建铝板骨模型,搭建铝板BIM模型;对所有构件进行编号提取加工尺寸进行加工,提取控制点定位数据,根据点位进行放样定位。运输到现场后按照编号进行快速安装。

15铝板BIM模型

16编号以及数据提取

17施工效果

5. BIM技术在异型清水混凝土结构设计施工过程中的应用

宁波奥体中心游泳馆跳水池拥有9个跳台,其中包括21m跳台,32.6m板台,13m跳台,15m跳台,17.5m跳台以及110m跳台。其中跳台为空间多曲面清水混凝土空腔结构,空间感强,成型要求高,施工难度大。

18 跳台BIM模型

利用BIM技术针对设计的空间定位坐标进行三维建模,通过BIM模型提取不同标高位置处的横截面,根据横截面与标高制作相应模板支模。

19 横截面控制框架

20 曲面控制框架

21 现场支模

22 模板内外效果

23 模型与完工效果对比

.BIM技术带来的实际效益

1BIM技术在复杂幕墙工程中的应用,进行合理的分格和形体优化,利用平板拟合双曲面造型,明显降低成本材料成本与施工成本;

2BIM技术在复杂幕墙工程中的应用,相比传统方法,减少现场加工量,所有构件均在工厂批量化加工有效缩短施工工期,提高构件成品率;

3BIM技术在复杂幕墙工程中的应用,通过BIM技术指导幕墙工程施工,做到空间定位参数化信息化,批量化,保证了形体造型,幕墙工程构建参数化误差值控制在5mm以内,空间尺寸误差率控制在3%以内;

4BIM技术在复杂幕墙工程中的应用,各成品构件运至直接安装,有效节约人工成本。

5BIM技术在复杂幕墙工程中的应用,设计阶段与结构、安装、暖通、景观设计协调,杜绝了不同专业之间的冲突,将可能发生的为题在设计阶段提前解决,基本上消 除了施工过程中的设计变更,减少材料浪费;

在幕墙行业,我们需要不断探索新的应用模式,将中国强大的机械工业信息技术,通过BIM技术引入到建筑行业;提高协同效率,减少在幕墙设计,施工过程中的资源浪费;提高幕墙施工质量,缩短施工周期,降低施工成本;在基建狂魔的道路上探索出一条低成本,高 效率,高质量具有中国特色的光明大道。

[参考文献]

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[2]张旺春.椭球形曲面点式玻璃幕墙施工工艺与质量控制研究[D].西安:西安建筑科技大学,2011.

[3]徐增建,许必强等. 宁波·中国港口博物馆双曲玻璃穹顶设计与施工[J].施工技术,2016,45(6):7-10.

[4]徐增建,吴文奎等. BIM技术在宁波市城市展览馆幕墙工程中的应用[J].浙江建筑,2018,35(5):51-55.

作者:胡正平 徐增建来源:中国幕墙网2019年会论文集

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