BIM技术在幕墙系统中的应用

摘要：本文主要阐述了BIM设计的必要性及在幕墙行业中的应用。

关键词：BIM；参数化设计

中图分类号： S611文献标识码： A

一、什么是BIM，我们为什么要使用BIM。

BIM 的全称是 Building Information Modeling，直译过来是建筑信息化建模；国内更多称之为：建筑信息化模型。美国建设科技研究院的数据显示：建筑业存在着57%的浪费，美国希望通过以BIM为核心的建筑业信息化，到2020年每年节约2000亿美元，中国的建筑寿命只有30年，而英国是132年，美国是74年，如果说中国建筑业的效率和美国的效率一样高的话，那我们的浪费将更为严重，若是在此过程中采用传统的、粗放的、不可持续的方式，那么必定将浪费巨量的资源，因此，在中国乃至全球工程建设领域的绿色发展至关重要，需要最大范围内普及和推广可持续设计。

我们把它拆解开来理解BIM：1、主要作用是什么？2、通过什么方式来实现？3、如何检验是否运用了真正的 BIM？

BIM 的主要作用是：减少和消灭项目设计、施工、运营过程中的不确定性和不可预见性；目标是提高项目质量，提升工作效率，缩短整体工期和减少错误。

BIM 的主要方式是：运用协同设计的工作模式，使用直观、完整、关联的 BIM模型，通过将所有建筑构件关联，实现三维协同设计，且达到修改容易的目的。BIM 模型需要通过电脑软件来创建和修改，通过电脑软件来进行一系列的运用和展示。 BIM 不是指一种软件，但实现 BIM 技术是一系列的软件共同完成的。现阶段主要模型创建的软件包括 Autodesk 家族的 BIM 系列软件如 Revit ，运用类软件包括 Navisworks 、Ecotect Analysis 以及一系列的平台管理软件如 Buzzsaw 等。

业内提出检验 BIM 的下列五项内容：Visualization（可视化），可以用来汇报和展示，还能在项目设计、建造、运营过程中的沟通、讨论和决策都在可视化的状态内进行。Coordination（协调性），在项目实施过程中提升现场施工效率。Simulation（可模拟性），在招投标及施工阶段可结合施工进度计划进行 4D 模拟，结合资金流量进行 5D 模拟，运营阶段可进行互动模拟及紧急情况处理等。Optimization（可优化性），基于 BIM 模型可进行项目方案优化、特殊（异型）设计优化以及限额设计优化等，Documentation（可出图性），基于 BIM 调整可依据需要提供管线图、结构留洞及碰撞检测等。真正的 BIM 应能同时具备以上五大性能。综上所述，BIM 貌似功能强大，那么它在实际工程中的表现如何呢？下面通过上海中心项目，探讨两者之间的关系。

二、BIM在上海中心中的应用

上海中心大厦建筑外观呈螺旋式上升，建筑表面的开口由底部旋转贯穿至顶部。外幕墙采用直立阶梯式幕墙板块，大面玻璃板块为矩形并与塔楼外形精确匹配。幕墙支撑系统为轮辐式柔性钢结构体系，用于支撑外幕墙。这种特殊的建筑形态，使得设计过程采用参数化建模，创建具有关联性的建筑信息模型变得至关重要，同时也是保证上海中心大厦完美建筑形态最终正确实现的有效手段。因此，上海中心大厦从建筑方案论证之初即运用了 BIM 模型。此外，运用 BIM 将上海中心大厦打造成双绿色认证建筑也是项目使用 BIM 的主要原因之一。外幕墙采用 REVIT 软件精确创建了外幕墙及外幕墙支撑钢结构的 BIM 模型，同时考虑到建筑完整性，创建了内幕墙、土建结构等，并基于此 BIM 模型进行了一系列的设计试探。

BIM 运用于设计、建造、运营全过程

基于 BIM 模。BIM 是拥有全部信息的数字模型，可以将施工模拟变成一个真正可见的现实，并给每个构件加上时间、信息，按照施工方案进行模拟，不断优化施工方案。我们采用 Revit与 MS Project 和 Autodesk Navisworks 等软件结合而进行的施工模拟等，能够达到优化进度、缩短工期的效果。深化设计阶段，通过 BIM 模型的调整及与实际施工进度匹配，我们可以在幕墙实际施工过程中快速的发现问题并加以解决。

基于 BIM 模型准备幕墙施工深化图纸。基于精确创建的 BIM 模型，可以任意输出所需的建筑楼层剖面、平面甚至细部构造节点。满足工程施工深化设计要求。深化设计阶段首先进行了一系列的建筑蓝图核对工作，并不断调整 BIM 模型，为每一个阶段的施工图设计进行准备。

基于 BIM 模型提供能快速浏览的图片和浏览动画。可视化实现：BIM 漫游。通过 BIM 模型及 Navisworks 软件，我们对建筑进行了全方位的 3D 漫游展示，让受众身临其境的感受建筑整体效果及内外细部效果表现。同时，使用 BIM 模型借助 Autodesk 3ds Max 进行建筑表现，通过适当的角度渲染建筑效果，从而帮助业主和建筑师对建筑的最终造型和外观有更加感性和直观的认识。

设备材料统计。BIM 模型可以简便的生成材料明细表，我们根据实际情况让业主也建筑师选择需要的类型，得到上海中心大厦的准确的工程量。无论是超白玻璃面材、不锈钢凹凸台面还是铝合金龙骨甚至螺钉等，都可以根据已经确定的型号和参数方便的获取和输出。

基于 BIM 模型的加工组装分析。应用 Autodesk Inventor 软件可以创建详细的构建加工图，在上海中心大厦项目中，可以用它做各种材料的加工图以及模拟板块组装，并可以将之作为动画，直观详细的表现单元加工和组装的过程。

BIM 模型用于定义准确的工作界面。对于本工程中一些比较复杂的部位，利用 BIM 技术可以比较直观准确的定义各不同分包之间的工作界面，并可为幕墙系统划分、工程范围界定提供参考。

碰撞检测。由于 BIM 模型是一种 3D 模型，各种构件之间的空间位置关系可以通过模型得到最直观的了解，并可以发现相互影响或碰撞的构建。特别是对于复杂项目，如复杂结构和管线等，应用普通的平立剖面二维图纸已经很难表达全面，应用三维数字技术的 BIM 作用就显得尤为突出，碰撞检测可以自动找到相互碰撞的对象，以供设计师修改，方便且有效。

在其他方面的运用。在现代建筑设计中，“绿色”“低碳”是一种广为接受并提倡的节能理念，以新能、源利用、节能、节水、资源回收和再利用等为手段，并对能源、水消耗、室内空气品质和可再生材料的使用等多方面进行控制。

三、BIM 与幕墙行业

国内的建筑设计行业正进入从二维向三维转换的轨道，而幕墙作为建筑的护，也是建筑的外衣，是建筑及建筑模型的不可分割的部分。幕墙设计作为建筑设计的深化和细化，对建筑设计理念应能够充分的理解，同时更需要有与建筑设计匹配的实现工具以保证设计的延续性，从而更好的保证完成的建筑是业主和建筑师想要的。对于 BIM 这项新兴的技术，前面我们论述了其在上海中心大厦项目中的一些运用，或许可以起到抛砖引玉的作用，但依然非常局限。在幕墙中运用 BIM 技术能为项目、为业主、建筑师以及项目参与各方提供更好的服务。

BIM 能更好的展现建筑设计理念及要求，尤其是形态复杂的建筑；

BIM 能及时响应业主/建筑设计的调整要求，并迅速直观的展示，快速发现问题；可在施工之前解决各种碰撞冲突；同时，因为可视化，更使各方容易理解好的设计建议；

BIM 能准确计算工程量，尤其是复杂形态/曲面建筑；使业主、设计方和施工方获得较低的成本和风险；

BIM 能全方位的模拟和控制，满足绿色建筑要求；

BIM 能通过一些列的采光、热工模拟等进行性能优化和提升，提高建筑性价比；

BIM 能清晰的表现与其他分包工程界面，接口做法，是否合理匹配；BIM 能进行 4D 施工模拟，直观的展现实际施工步骤，发现并解决幕墙施工过程中可能存在的问题；优化施工顺序，管理项目；

BIM 能进行 5D 财务状况模拟，预估资金流；同时，利用模型的成本控制功能，可以对设计和施工进行评估。

建筑业的不断发展，三维技术的应用已经日趋成熟，幕墙行业在这一块的发展已经滞后。因此，目前看来，BIM 技术在幕墙界的运用现在还是被动的；但相信随着幕墙以及 BIM 技术的不断发展，它给建筑业及幕墙界带来的效益将会不断增加。因此，我们有理由相信，将来 BIM 技术在幕墙界的应用将会是主动的。