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【BIM案例】BIM遇上「建筑外衣」,会发生什么?

来源:bimyanjiu    发布时间:2019-10-07 21:39:11

应用背景

建筑幕墙作为建筑的独特外衣,其将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机地统一起来。如今,各种材料、结构形式的幕墙已遍布全球,幕墙建筑已成为气派、高雅、具有时代感的代名词并且成为现代化大都市的重要标志与显著特征。幕墙板块的定制化程度高,不仅体现在各个项目幕墙面板的设计样式不同,甚至有时在同一个项目中的幕墙面板样式也各不相同。随着新材料、新技术的出现以及人类对建筑外观的不断追求,使得幕墙的尺寸越来越大,形状也日益复杂,随之而来的便是现场安装的难度提高。如果交货顺序和安装过程管理不善,混淆幕墙板块的安装位置,就可能造成工期延误和资源的浪费。


利用BIM 模型对构件的参数化实现对幕墙深化设计图纸数据、详细节点加工工艺数据和现场安装定位数据的无缝衔接;实现加工无图纸化和模型驱动加工。通过BIM技术的应用,创建一个精准的幕墙数据整合环境,将幕墙的建筑设计、详细节点设计以及现场安装融合为一体,用于幕墙表皮的生产、定位、检测、造价估算以及风险管控等一系列管理活动。


湖南建工集团为拓展BIM技术在幕墙分项工程中的应用,在湖南省湘潭县一中艺体馆项目幕墙工程中进行了深入探索。以下针对该复杂幕墙工程BIM技术实践进行详细介绍。


一、项目简介


湖南省湘潭县一中艺体馆项目位于湘潭县一中主入口东侧,东北两侧临贵竹北路、 凤凰东路,东侧紧邻金霞山风景区,西侧为校运动广场,南侧为校行政办公楼。工程建筑面积14815.53㎡,地上3层,建筑高度23.99m,建筑结构形式框架+网架结构。幕墙面积约为11000 ㎡,由明框玻璃幕墙、半隐框玻璃幕墙、金属幕墙及石材幕墙组成。本工程由湖南建工集团三公司承建,幕墙工程由湖南华意建筑装修装饰有限公司进行深化设计和施工。


二、项目重难点


1、幕墙东、西立面呈波浪型,由带幕墙面板拼接组成。每块幕墙面板规格大小都不相同,无法确定特殊型材数量。


2、幕墙平面度的控制比较困难,因为本工程幕墙幅面较长,幕墙全长约113m,施工时难免发生施工累计误差,而幕墙工程依据国家规范平面度要控制在10mm之间内,这就对幕墙龙骨安装提出了更大的挑战。施工时平面度累计误差控制是本幕墙工程的难点。


3、幕墙设计中采用的材料规格、品种较多,安装定位困难。在施工前必须对施工人员作专项交底,需建立专项方案对材料的采购、管理、进出库等进行规范。


4、现场有八组专业施工队伍,交叉进行作业,容易造成幕墙面板损坏,成品保护困难。


三、幕墙BIM技术应用实施流程


本项目幕墙工程在确定应用BIM技术之初便结合项目幕墙工程4大重难点与施工各参与方的多次沟和通确定了BIM技术的具体实施方案和流程。实施流程的确定为开展幕墙BIM技术的应用指明了方向,便于更有序和高效的开展工作,使BIM技术真正落实到项目,为项目发挥实实在在的经济效益。以下为幕墙BIM技术应用实施流程:


幕墙BIM技术应用实施流程


四、BIM模型创建和复杂节点可视化交底


本项目东、西立面是用不同弧度的曲线段拼接而成的波浪造型。要塑造这种线性造型,需要用不同大小的扇形面板进行拼接,每块幕墙板的形状和大小都不一样,制作成本高昂,给施工和下料带来了挑战。依据设计院的幕墙施工图纸,建出幕墙模型。



不规则幕墙面板

1、建立幕墙体量模型,对模型的表皮进行初步分格,所分网格作为幕墙的板块分格。由于幕墙面板由不同半径、不同圆心的曲线拼接而成,所以处理起来十分麻烦。建立模型时,首先根据每个区域所在圆心范围,划分成多个体量,然后将每个体量进行分割,最后拼接成一个整体。


曲线面板划分


2、根据幕墙分割,建立符合项目安装要求的若干种基本幕墙嵌板,并将嵌板主要尺寸参数化,使其可依据参数变化驱动板块尺寸,即在嵌板族里面设立相应的变化参数,设置成自适应族,使软件能根据网格的形状和大小,自动组建出所需的各种形状和大小的幕墙嵌板。

参数化幕墙嵌板


隐框玻璃幕墙施工时,平面上缝隙的允许宽度为6mm~15mm。在建模过程中,幕墙嵌板中设置了缝隙的调整参数,可以根据幕墙网格,调整幕墙面板的尺寸。将参数化的幕墙嵌板导入建立好的体量模型,在类型编辑器里替换系统默认的幕墙玻璃嵌板。


幕墙面板细部构造


3、分别做出幕墙横梁、立柱,铝板、角码、支座、埋件等构件的族文件。根据构件的位置设定各族参数化变量,使其适应对应的属性。将建立的构件族组合成竖向构件嵌套族、横向构件嵌套族、上墙支座嵌套族等。并将各构件的长度、宽度、高度等参数与嵌套族的相应参数相关联,保证零件与部件的尺寸同步改变。



4、可视化交底:利用所建立的三维模型,将施工工艺、关键节点等施工过程以三维动画的形式展现出来形成视频文件,在施工交底时,通过播放施工工艺过程模拟,直观、简洁地展示施工工艺。


明框幕墙工艺交底


半隐框幕墙工艺交底


石材幕墙工艺交底


5、将参数化族导入建立好的体量模型,组成各个立面的幕墙系统。


幕墙西立面


幕墙北立面


幕墙屋面


五、4D施工模拟


将项目部制定的施工计划与各施工工序相链接,进行施工工序模拟,以便于项目管理人员实时动态掌控施工进度,确定最好的施工顺序和时间节点,快速优化施工资源配置,为制定物资供给计划提供及时、准确的数据参考。


通过4D模拟施工方案讨论和优化,最终确定将幕墙施工划分为东西南北四个立面区段,其中南北立面区段由东至西按造型分别划分为1、2、3区域;东西立面区段由北至南按设计立面图上以表皮分格竖线划分为1-6号区域,其中1-5号区域由10块表皮分格组成,6号区域由5块表皮分格组成;幕墙龙骨安装为先下后上,板块安装则为先上后下进行施工。充分利用平面、空间和时间,组织平面立体流水交叉作业。



分区示意图


塔吊的覆盖半径,和运送能力不能满足施工需求,制订了先安装屋面幕墙面板,再安装东西立面,再施工南北立面的方案,给项目部提供了指导建议。


模拟施工


六、BIM指导施工下料


由于幕墙需要通过拼接调整来塑造线条,每个板块和幕墙板的尺寸和形状都不一样,下料时难以控制精度,通过BIM模型准确计算标准型材和非标型材的用量。


在设计图纸完成之后可以计算出整个幕墙工程所需钢龙骨约93吨、后置埋板约2956个、铝板约7500㎡、玻璃约4100㎡、石材约900㎡。


在施工深化设计阶段通过BIM模型提量快速生成玻璃幕墙、金属幕墙、石材幕墙的下料表,提高下料的准确性,提升工作效率。在整个幕墙的玻璃嵌板部分分为钢化中空玻璃、钢化中空夹胶玻璃、钢化中空防火玻璃三大类,分别是:

8+12A+6 LOW-E钢化中空防火玻璃:216.7㎡,56块。

6+12A+6A LOW-E钢化中空玻璃(扇形):1796.9㎡,624块。

6+12A+6+1.52PVB+6 LOW-E钢化中空夹胶玻璃(热弯玻璃):114.3㎡,48块

6+12A+6+1.52PVB+6 LOW-E钢化中空夹胶玻璃:1385.55㎡,462块。8+12A+6+1.52PVB+6 LOW-E钢化中空夹胶玻璃:35.36㎡,16块。

8+12A+6A LOW-E钢化中空玻璃:628.71㎡,268块。

以上六种规格,合计4177.52㎡,1474块。


铝板主要是厚氟碳铝单板分为四种规格,合计7414.25㎡,2322块,通过精确的BIM模型提量有助于项目部精确下料备料和商务合同签订。



龙骨示意图



明框面板示意图


材料统计表

主体结构会因施工、层间位移、沉降等因素造成建筑物的实际尺寸与设计尺寸不符。因此,在幕墙工程制作安装前需对建筑物进行实测实量,以掌握建筑物结构尺寸的偏差值。


测量完成后,技术人员将模型数据与现场测量数据进行对比分析,根据实际数据对模型进行调整,保证模型数据和实体数据的一致性,确定幕墙面板的加工下料尺寸。项目部管理人员审查复核幕墙面板、构件模型尺寸后,交付厂家进行幕墙构件预制加工。


七、二维码的应用


本项目为组合幕墙,材料多,规格不统一,安装时需区分幕墙面板的材料和规格。如果按二维CAD图纸进行定位,操作起来相当繁琐,难以识别图纸位置所对应的幕墙面板。


利用BIM技术深化的模型,每个构件都有唯一编号。输出构件列表,提取每个构件的ID和其相关的一些属性(包括厂家、材质、规格、位置信息),利用二维码批量制作工具,制成每个构件专属的二维码标识。


根据划分好的施工区段,在模型中选择相应部位,对幕墙材料分块进行编号,制作出幕墙安装布置图。



幕墙编号图


厂家将幕墙生产出来后,贴上相应的二维码标识后,交付项目部。产品送达工地后,堆放到相应的安装区域。施工人员可以用终端设备,扫描二维码,获得每块幕墙板的身份信息,根据幕墙安装布置图,按编码序号,进行安装作业。



在后期运营阶段,需要替换某块幕墙面板,则可以直接在模型中提取该快面板的身份信息,获得相应的加工尺寸。就可直接发给厂家进行生产,再进行更换。

结语

BIM不仅是一类软件,更是一种新的思维方式。未来,湖南省建工集团将借助BIM技术与幕墙业务的工业化逻辑高度契合,进行更深入的幕墙工程可视化设计、多专业整合纠错、板块优化分析、型材算量等方面应用,突破传统建筑业以蓝图作为设计交付的模式,直接由设计模型生成面板加工图纸和提取构件加工数据,使得幕墙单元无纸化设计、工厂化加工成为可能。

     

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