基于bim技術(shù)的復(fù)雜異形建筑幕墻施工技術(shù)研究

基于bim技術(shù)的復(fù)雜異形建筑幕墻施工技術(shù)研究

1共享區(qū)地理位置國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全人才和創(chuàng)新基地（一期）位于武漢市臨機(jī)場(chǎng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)周河河岸邊，靠近臨機(jī)場(chǎng)大道和四環(huán)線（圖1），距武漢天河機(jī)場(chǎng)15公里。該項(xiàng)目包括多個(gè)功能區(qū)，如共享區(qū)域、網(wǎng)絡(luò)安全研究所、網(wǎng)絡(luò)安全人才培訓(xùn)中心、網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)院和大型數(shù)據(jù)處理中心。總建筑面積211ha，總建筑面積150萬米。展示中心是共享區(qū)的重要窗口，位于網(wǎng)安基地共享中心區(qū)的東側(cè)（圖2）。項(xiàng)目長(zhǎng)寬各99m，高17.3m，總建筑面積2.5萬m2光頂設(shè)計(jì)施工難點(diǎn)及定向bi解決方案對(duì)已有的理論鋼構(gòu)模型與建筑表皮進(jìn)行合模碰撞檢測(cè)，經(jīng)檢驗(yàn)表皮與異形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之間無干涉情況，構(gòu)造距離基本滿足設(shè)計(jì)要求（圖11）。2.1.2網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工偏差評(píng)估本項(xiàng)目的主體結(jié)構(gòu)是由變截面四邊形扭轉(zhuǎn)鋼通（圖12）編織成的大網(wǎng)，單根變截面鋼通采取先分片按結(jié)構(gòu)加工模型裁片塑形，后整體焊接成型的工藝。網(wǎng)架主體則是預(yù)先在加工廠按照結(jié)構(gòu)模型加工組裝成“爬梯形”單元（圖13），運(yùn)輸至現(xiàn)場(chǎng)后，在現(xiàn)場(chǎng)定位焊接相鄰“爬梯形”單元的橫向連接桿，完成整體的成型拼裝（圖14）。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察，工廠加工的“爬梯形”單元精度控制相對(duì)較好，但現(xiàn)場(chǎng)吊裝組合焊接時(shí)可能和理論存在較大偏差。(1）施工偏差評(píng)估。為確定施工完成后網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的實(shí)際狀態(tài)，明確設(shè)計(jì)方向，此處引入三維激光掃描儀，對(duì)局部最異形部位進(jìn)行掃描分析（圖15,16），通過對(duì)掃描結(jié)果與理論模型合模比對(duì)（圖17），發(fā)現(xiàn)實(shí)際完成網(wǎng)殼與理論模型狀態(tài)確實(shí)存在較大偏差，不滿足幕墻構(gòu)造可調(diào)節(jié)范圍。(2）網(wǎng)殼溫度變形評(píng)估。采光頂異形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)跨度大，且為了達(dá)到建筑通透的效果，網(wǎng)架截面選取富余較小，結(jié)構(gòu)施工時(shí)正值武漢炎熱的八月中旬，為評(píng)估結(jié)構(gòu)受到的溫度影響，此處采用全站儀對(duì)完工后的結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。具體方法為選3個(gè)關(guān)鍵特征點(diǎn)，在天氣晴朗的數(shù)據(jù)采集日，使用全站儀定站位分別測(cè)量特征點(diǎn)6:30、10:30、15:00和18:30的空間坐標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)并記錄。以6:30測(cè)得數(shù)據(jù)作為基期與后期數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，并在模型中分析出點(diǎn)位對(duì)應(yīng)偏差（表1）。為采光頂構(gòu)造縫寬設(shè)計(jì)提供寶貴的數(shù)據(jù)支撐，同時(shí)將數(shù)據(jù)反饋給設(shè)計(jì)院，與其理論變形計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)照檢驗(yàn)。2.2表皮逆向重構(gòu)為滿足建筑師對(duì)采光頂構(gòu)造的效果要求，采光頂表皮需要與結(jié)構(gòu)保持一個(gè)恒定的構(gòu)造距離，經(jīng)過前期結(jié)構(gòu)評(píng)估得出結(jié)論：理論表皮無法滿足項(xiàng)目設(shè)計(jì)要求，需根據(jù)結(jié)構(gòu)實(shí)際復(fù)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行表皮的逆向重構(gòu)（圖18）。對(duì)已經(jīng)完成重構(gòu)的表皮進(jìn)行分格（圖19）。再通過Grasshopper最優(yōu)解算法（圖20）對(duì)分格后的單個(gè)小板塊進(jìn)行分析優(yōu)化，在保證采光頂外觀平滑、玻璃安裝低預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下將原全雙曲的玻璃板塊優(yōu)化成以單曲為主，雙曲與平板為輔的最終加工狀態(tài)（圖21）。2.3彩釉的參數(shù)化產(chǎn)品品質(zhì)在采光頂玻璃上，建筑師傾向于加入漸變彩釉元素，并且漸變的彩釉點(diǎn)大小及間距同時(shí)發(fā)生變化。這種復(fù)雜的組合效果依靠人力難以描繪，于是此處將彩釉的生成邏輯制作成參數(shù)化生成模塊，通過調(diào)整輸入?yún)?shù)迅速改變彩釉的表現(xiàn)形式，最終達(dá)到建筑師滿意的程度。由于彩釉需要根據(jù)不同間距和大小精準(zhǔn)置于不同的小曲面之上，經(jīng)與效果圖技術(shù)人員溝通，用3DMax較難實(shí)現(xiàn)漸變彩釉1:1效果展示。于是此處再次借助強(qiáng)大的Rhino+Grasshopper平臺(tái)，精確到每一個(gè)彩釉點(diǎn)，對(duì)彩釉的狀態(tài)進(jìn)行模擬，生成簡(jiǎn)易但精確的效果圖，為最終彩釉效果的確定作出了巨大貢獻(xiàn)（圖22）。2.4c/d/p-a/cs/b/c本項(xiàng)目采光頂相鄰玻璃板塊大小形狀類似，由于有3種不同玻璃配置，8種不同的彩釉形式，總共12種類型，綜合排布較為復(fù)雜（圖23），一套清晰明確、方便現(xiàn)場(chǎng)識(shí)別檢驗(yàn)的編號(hào)系統(tǒng)對(duì)項(xiàng)目的順利推進(jìn)有巨大作用。所采用編號(hào)系統(tǒng)的形式為G(n)-C(0～7)-s/d/p-a/b/c；其中第一項(xiàng)G(n)代表板塊所在的位置序號(hào)；第二項(xiàng)c(0～7)代表8種玻璃彩釉類型，具體對(duì)應(yīng)關(guān)系參照CAD彩釉樣板；第三項(xiàng)s/d/p依次代表雙曲、單曲、平板；第四項(xiàng)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三種厚度配置。例如編號(hào)為G1450-c7-d-c的板塊表示：位于G1450位置上的玻璃板塊；彩釉形式為滿版彩釉；玻璃類型為單曲；玻璃厚度配置為8mm(LOW-E)+12A+8mm+2.28PVB+8mm。這種編號(hào)的優(yōu)點(diǎn)在于，現(xiàn)場(chǎng)施工人員或復(fù)檢人員能夠在不查閱相關(guān)清單的情況下，根據(jù)編號(hào)直觀地讀出玻璃板塊的基本信息。2.4.2用人字碼表示板塊朝東方向的信息傳遞路徑本項(xiàng)目采光頂總共有2680個(gè)玻璃板塊，基準(zhǔn)投影模數(shù)雖然是1.5m×1.5m，但是由于曲面的扭曲變形，最大面積為5.5m經(jīng)與玻璃廠家溝通，成功打通了板塊落位朝向信息傳遞路徑。具體方法為在BIM板塊加工建模時(shí)，在板塊朝東的方向上設(shè)置一個(gè)參照點(diǎn)（圖25），玻璃廠家按照模型加工板塊時(shí)，會(huì)使用激光將廠家Logo打印在模型中有方向參照點(diǎn)的角上，最后在有Logo的玻璃角上粘貼玻璃編號(hào)標(biāo)簽（圖26）。這樣一來在不增加成本的情況下，現(xiàn)場(chǎng)安裝人員在板塊吊裝時(shí)能輕松識(shí)別板塊落位狀態(tài)（圖27～29），提升了現(xiàn)場(chǎng)的安裝效率，確保安裝準(zhǔn)確無誤，得到了現(xiàn)場(chǎng)安裝人員的好評(píng)。2.5無龍高效設(shè)計(jì)對(duì)象的選擇采光頂主體鋼結(jié)構(gòu)通過變截面鋼通來適應(yīng)造型變化。幕墻龍骨順應(yīng)整體造型，理論應(yīng)為彎扭狀態(tài)，但彎扭造型的龍骨加工難度大、加工周期長(zhǎng)、成本高，如果按一般項(xiàng)目?jī)?yōu)化方法，將5000余根長(zhǎng)短各不相同雙向彎扭的型材擬合成標(biāo)準(zhǔn)圓弧，現(xiàn)場(chǎng)施工人員想要按編號(hào)從一堆材料中找到自己將要用到的相鄰的型材，也是較為困難的。經(jīng)過對(duì)本項(xiàng)目造型的深入研究，結(jié)合參數(shù)化手段進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)原始龍骨彎扭程度的不同，在構(gòu)造允差范圍內(nèi)，將其用1～3根不同長(zhǎng)度的折線型材進(jìn)行擬合替代，將原5000余根彎扭型材替代為8000余根長(zhǎng)短不同的折線型材。至此繼續(xù)深入，利用參數(shù)化歸并算法，將8000根長(zhǎng)度各不相同的折線型材進(jìn)行二次優(yōu)化，最終歸并為51種不同的規(guī)格（圖30,31）。考慮施工分區(qū)，每次加工中心向現(xiàn)場(chǎng)的供料種類在10余種左右?？紤]讓現(xiàn)場(chǎng)安裝操作更加簡(jiǎn)單化，從BIM模型中導(dǎo)出了帶板塊編號(hào)信息、龍骨尺寸信息和相關(guān)安裝定位信息的龍骨安裝定位平面圖（圖32）?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員只需拿著這張圖，根據(jù)長(zhǎng)度數(shù)據(jù)提取龍骨，找到板塊對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行安裝即可。此項(xiàng)技術(shù)優(yōu)化的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)認(rèn)知擁有高難度的異形龍骨的加工、物料管控、施工環(huán)節(jié)變得“極其普通”，產(chǎn)生了巨大的綜合效益。3bim技術(shù)應(yīng)用的特點(diǎn)國(guó)家網(wǎng)絡(luò)安全基地展示中心項(xiàng)目的BIM設(shè)計(jì)實(shí)踐，主要著眼于BIM技術(shù)在復(fù)雜幕墻項(xiàng)目設(shè)計(jì)和施工中的落地與創(chuàng)新。整合幕墻項(xiàng)目在建筑設(shè)計(jì)、幕墻構(gòu)造深化及現(xiàn)場(chǎng)施工中的技術(shù)特點(diǎn)，細(xì)心研究特定項(xiàng)目個(gè)體的技術(shù)參數(shù)特征，針對(duì)具體項(xiàng)目的難點(diǎn)定制BIM創(chuàng)新解決方案。本項(xiàng)目通過靈活創(chuàng)新的BIM技術(shù)應(yīng)用，降低了工程造價(jià)和建設(shè)難度，使魔幻的建筑效果完美呈現(xiàn)。如今該項(xiàng)目已經(jīng)屹立于國(guó)家網(wǎng)安基地之中，得到了業(yè)主的認(rèn)可和社會(huì)的好評(píng)。依附