基于bim技术的复杂异形建筑幕墙施工技术研究

基于bim技术的复杂异形建筑幕墙施工技术研究

1共享区地理位置国家网络安全人才和创新基地（一期）位于武汉市临机场经济技术开发区周河河岸边，靠近临机场大道和四环线（图1），距武汉天河机场15公里。该项目包括多个功能区，如共享区域、网络安全研究所、网络安全人才培训中心、网络安全学院和大型数据处理中心。总建筑面积211ha，总建筑面积150万米。展示中心是共享区的重要窗口，位于网安基地共享中心区的东侧（图2）。项目长宽各99m，高17.3m，总建筑面积2.5万m2光顶设计施工难点及定向bi解决方案对已有的理论钢构模型与建筑表皮进行合模碰撞检测，经检验表皮与异形网状结构之间无干涉情况，构造距离基本满足设计要求（图11）。2.1.2网壳结构施工偏差评估本项目的主体结构是由变截面四边形扭转钢通（图12）编织成的大网，单根变截面钢通采取先分片按结构加工模型裁片塑形，后整体焊接成型的工艺。网架主体则是预先在加工厂按照结构模型加工组装成“爬梯形”单元（图13），运输至现场后，在现场定位焊接相邻“爬梯形”单元的横向连接杆，完成整体的成型拼装（图14）。经现场观察，工厂加工的“爬梯形”单元精度控制相对较好，但现场吊装组合焊接时可能和理论存在较大偏差。(1）施工偏差评估。为确定施工完成后网壳结构的实际状态，明确设计方向，此处引入三维激光扫描仪，对局部最异形部位进行扫描分析（图15,16），通过对扫描结果与理论模型合模比对（图17），发现实际完成网壳与理论模型状态确实存在较大偏差，不满足幕墙构造可调节范围。(2）网壳温度变形评估。采光顶异形网壳结构跨度大，且为了达到建筑通透的效果，网架截面选取富余较小，结构施工时正值武汉炎热的八月中旬，为评估结构受到的温度影响，此处采用全站仪对完工后的结构进行监测。具体方法为选3个关键特征点，在天气晴朗的数据采集日，使用全站仪定站位分别测量特征点6:30、10:30、15:00和18:30的空间坐标点数据并记录。以6:30测得数据作为基期与后期数据进行比较，并在模型中分析出点位对应偏差（表1）。为采光顶构造缝宽设计提供宝贵的数据支撑，同时将数据反馈给设计院，与其理论变形计算结果进行对照检验。2.2表皮逆向重构为满足建筑师对采光顶构造的效果要求，采光顶表皮需要与结构保持一个恒定的构造距离，经过前期结构评估得出结论：理论表皮无法满足项目设计要求，需根据结构实际复测数据进行表皮的逆向重构（图18）。对已经完成重构的表皮进行分格（图19）。再通过Grasshopper最优解算法（图20）对分格后的单个小板块进行分析优化，在保证采光顶外观平滑、玻璃安装低预应力状态下将原全双曲的玻璃板块优化成以单曲为主，双曲与平板为辅的最终加工状态（图21）。2.3彩釉的参数化产品品质在采光顶玻璃上，建筑师倾向于加入渐变彩釉元素，并且渐变的彩釉点大小及间距同时发生变化。这种复杂的组合效果依靠人力难以描绘，于是此处将彩釉的生成逻辑制作成参数化生成模块，通过调整输入参数迅速改变彩釉的表现形式，最终达到建筑师满意的程度。由于彩釉需要根据不同间距和大小精准置于不同的小曲面之上，经与效果图技术人员沟通，用3DMax较难实现渐变彩釉1:1效果展示。于是此处再次借助强大的Rhino+Grasshopper平台，精确到每一个彩釉点，对彩釉的状态进行模拟，生成简易但精确的效果图，为最终彩釉效果的确定作出了巨大贡献（图22）。2.4c/d/p-a/cs/b/c本项目采光顶相邻玻璃板块大小形状类似，由于有3种不同玻璃配置，8种不同的彩釉形式，总共12种类型，综合排布较为复杂（图23），一套清晰明确、方便现场识别检验的编号系统对项目的顺利推进有巨大作用。所采用编号系统的形式为G(n)-C(0～7)-s/d/p-a/b/c；其中第一项G(n)代表板块所在的位置序号；第二项c(0～7)代表8种玻璃彩釉类型，具体对应关系参照CAD彩釉样板；第三项s/d/p依次代表双曲、单曲、平板；第四项a/b/c依次代表12mm(LOW-E)+12A+10mm+2.28PVB+10mm、10(LOW-E)+12A+8mm+2.28PVB+8mm、8mm(LOW-E)+12A+8mm+2.28PVB+8mm三种厚度配置。例如编号为G1450-c7-d-c的板块表示：位于G1450位置上的玻璃板块；彩釉形式为满版彩釉；玻璃类型为单曲；玻璃厚度配置为8mm(LOW-E)+12A+8mm+2.28PVB+8mm。这种编号的优点在于，现场施工人员或复检人员能够在不查阅相关清单的情况下，根据编号直观地读出玻璃板块的基本信息。2.4.2用人字码表示板块朝东方向的信息传递路径本项目采光顶总共有2680个玻璃板块，基准投影模数虽然是1.5m×1.5m，但是由于曲面的扭曲变形，最大面积为5.5m经与玻璃厂家沟通，成功打通了板块落位朝向信息传递路径。具体方法为在BIM板块加工建模时，在板块朝东的方向上设置一个参照点（图25），玻璃厂家按照模型加工板块时，会使用激光将厂家Logo打印在模型中有方向参照点的角上，最后在有Logo的玻璃角上粘贴玻璃编号标签（图26）。这样一来在不增加成本的情况下，现场安装人员在板块吊装时能轻松识别板块落位状态（图27～29），提升了现场的安装效率，确保安装准确无误，得到了现场安装人员的好评。2.5无龙高效设计对象的选择采光顶主体钢结构通过变截面钢通来适应造型变化。幕墙龙骨顺应整体造型，理论应为弯扭状态，但弯扭造型的龙骨加工难度大、加工周期长、成本高，如果按一般项目优化方法，将5000余根长短各不相同双向弯扭的型材拟合成标准圆弧，现场施工人员想要按编号从一堆材料中找到自己将要用到的相邻的型材，也是较为困难的。经过对本项目造型的深入研究，结合参数化手段进行分析，发现可以根据原始龙骨弯扭程度的不同，在构造允差范围内，将其用1～3根不同长度的折线型材进行拟合替代，将原5000余根弯扭型材替代为8000余根长短不同的折线型材。至此继续深入，利用参数化归并算法，将8000根长度各不相同的折线型材进行二次优化，最终归并为51种不同的规格（图30,31）。考虑施工分区，每次加工中心向现场的供料种类在10余种左右。考虑让现场安装操作更加简单化，从BIM模型中导出了带板块编号信息、龙骨尺寸信息和相关安装定位信息的龙骨安装定位平面图（图32）。现场施工人员只需拿着这张图，根据长度数据提取龙骨，找到板块对应的位置进行安装即可。此项技术优化的应用，使得传统认知拥有高难度的异形龙骨的加工、物料管控、施工环节变得“极其普通”，产生了巨大的综合效益。3bim技术应用的特点国家网络安全基地展示中心项目的BIM设计实践，主要着眼于BIM技术在复杂幕墙项目设计和施工中的落地与创新。整合幕墙项目在建筑设计、幕墙构造深化及现场施工中的技术特点，细心研究特定项目个体的技术参数特征，针对具体项目的难点定制BIM创新解决方案。本项目通过灵活创新的BIM技术应用，降低了工程造价和建设难度，使魔幻的建筑效果完美呈现。如今该项目已经屹立于国家网安基地之中，得到了业主的认可和社会的好评。依附