圖21 PG1檐口（詞條“檐口”由行業大百科提供）龍骨布置圖

　　3.2模型信息化處理

　　3.2.1數字化模型合模

　　上海中心裙樓的復雜空間表皮造型決定了主體鋼結構也將同樣復雜。正因為如此，主體鋼結構和表皮之間的空間關系僅依靠常規的分析，是無法進行準確的判斷的：幕墻表皮和主體鋼結構是否發生碰撞，是否距離過小無法安裝，是否需加設二次鋼構等等。這些在設計階段需要解決的問題都可以通過合模技術得到直觀體現。

圖22 東裙房主體鋼結構

圖23 西裙房主體鋼結構

　　從上圖可以看出，裙樓鋼結構構件密布交織，我們不可能對每根結構構件進行核查，實際上對空間構件普通的放樣檢查也很難發現問題;并且很多鋼結構構件都以折線模擬曲線，這就為人工判斷表皮是否與鋼結構發生碰撞帶來了很大的困難。我們通過將裙樓實體模型與鋼結構實體模型在統一基點上(12軸和H軸的交點)進行整合，模型軟件自動將相互干涉的部位直觀顯示出來。設計人員可以對干涉部位進行檢查分析。

圖24 紅線部位為合模后發現的幕墻表皮與結構的碰撞

圖25 VIP廳處鋼結構凸出幕墻表皮

圖26 裙樓立面底部鋼結構凸出幕墻表面

圖27南側連廊處，主體鋼結構凸出幕墻表面

　　從上圖可以清晰看出，鋼結構凸出了幕墻表皮。在建筑外表皮原則不變的情況下，這就意味著主體鋼結構需要進行調整。由于設計院的結構施工藍圖基本上是以二維平、立、剖的形式表現，因此我們利用數字化模型剖切出合模后相干涉的部位的外表皮安裝控制邊線，以此邊線做為結構的控制線，即結構表皮邊緣(含主體鋼結構和樓層板砼)不能超出此邊線，設計院以此邊線為基礎進行主體結構的修正。如果設計院認為某些結構確定不能夠調整(如鋼柱已從地下室伸上來，已無法移動)，只要其未超出幕墻表皮，但是超出了幕墻安裝控制線，我們就需逐一進行龍骨安裝分析，分析安裝時是否會有影響。

圖28 結構的控制邊緣線分析

　　3.2.2材料加工數據的提取

圖29 鋁板加工圖紙

　　在上圖鋁板加工圖中，共有六個加工數據，兩個現場質檢尺寸。另外還附有供商務與廠家核算鋁板面積的其他一些數據。僅PR系統一項，數據量就高達近十萬個。

圖30 鋁板信息化模型

圖31鋁板信息化批量導出

圖32 鋁板加工數據表格

　　由于實體模型的建立，使材料加工尺寸等數據可以以EXCEL表格形式導出。這有助于實現加工數據的“零”錯誤：①鋁板(玻璃或其他材料)實體模型的建立，使設計人員更為直觀地進行核查;且軟件也可以進行一定的相交、碰撞檢查;②模型建立核對后，統一由程序生成所需的加工數據，避免人為測量尺寸、尺寸填寫、尺寸歸并等造成的二次錯誤。

　　3.2.3現場測量、安裝定位的依據

　　為了現場減少焊接量，在主體結構加工工廠進行了大量的幕墻所需的預埋鋼板預制。主體鋼結構現場安裝完成后，預埋鋼板其偏差值是否滿足幕墻安裝需要，如果不滿足需提前考慮糾偏方案，避免現場隨意切割現象的發生。這是就需要一個與現場測量互動的過程;根據信息化數據模型，設計人員提供預埋鋼板理論三維坐標點 現場測量預埋鋼板實際三維坐標值 設計人員進行坐標值分析 進行糾偏方案處理。

圖34 實體模型三維點

圖35 理論值與實測值對比分析

　　上圖為設計人員提供的實體模型上的，某一焊制于主體鋼結構上埋板的一個定位數據。現場測量人員根據指示對此塊埋板進行測量并反饋回設計人員。設計人員進行對比分析，偏差在幕墻龍骨可調節范圍內的不予處理，對于偏差大于調節范圍內的，設計人員則需要加長或縮短轉接件距離，加大調節孔長度，或采用其他糾偏措施。

　　上海中心表皮空間邏輯造型復雜，幕墻表皮并非為某一水平面或垂直面，多數幕墻表皮為空間曲面，特別是收口部位基本上全為異形扭曲面。為了保證現場安裝精度，就必須進行安裝關鍵點控制：在深化設計時，設計人員依據實體模型，找出安裝龍骨(面材)等工序時的關鍵控制安裝點，并以三維坐標的形式標注與龍骨(面材)布置圖上;在現場安裝時，施工人員結合實體模型，對照設計人員給出的安裝關鍵點進行測量放線，保證每道工序的安裝控制點都能在可接受范圍內，這樣最終成型的幕墻才能確保精度，達到建筑師的要求。

圖36 PG1側部收口鋁板

　　PG1處收口鋁板為在造型邏輯上為一圓臺體的剖切面，兼顧著接口PG1百頁格柵和PR玻璃幕墻。如果鋁板加工不精準或安裝出現較大偏差，會出現圓弧面不能夠平滑過渡出現凹凸不平現象，也可能會出現收口鋁板不能很好地銜接PG1百葉格柵和PR玻璃幕墻，造成交接縫隙過大或過小。這兩者都會影響建筑效果。

　　因此我們除了在繪制加工圖時給出了關鍵控制尺寸，并且還給出了安裝關鍵控制點位。如下圖，每塊鋁板安裝我們給出了三個關鍵控制點，六個非關鍵輔助控制點。現場測量人員根據這些控制點理論三維坐標進行控制，從而保證鋁板安裝的精準性。

圖37 鋁板復核定位圖

圖38 鋁板安裝測量定位表

　　在上海中心裙樓幕墻工程深化設計過程中，對于表皮造型邏輯為空間曲面的幕墻系統，設計人員都會給出龍骨、面材的關鍵加工、安裝坐標等信息，因為此類幕墻現場施工人員是無法根據施工藍圖進行推算得出詳細安裝坐標的。而對部分表皮造型邏輯非空間曲面的幕墻系統，其平行于或垂直于X、Y軸，可以通過二維施工藍圖推算出安裝點位的，設計人員可以不提供三維坐標點。

圖39 PR幕墻玻璃及安裝座模型圖

　　前面已經描述過PR幕墻的空間扭曲造型，現場施工人員是無法通過推算得出型材、玻璃的安裝坐標點的。我們通過鋁制轉接系統的各種調節，在材料加工時可以歸并一部分玻璃和鋁制安裝座，減少加工量和現場材料二次搬運工作量。但是現場定位坐標卻無法合并，每一塊玻璃都有其固定唯一的安裝坐標點，而每一塊玻璃都需現場測量又不現實，因此設計人員提出：橫向上每隔兩至三跨，縱向上每六個300mm寬的玻璃板塊需精確測量一次控制點，保證安裝精度。精確控制點之間的玻璃以設計人員坐標點做為參考，以實際安裝效果做為基準，保證空間曲線的圓滑過渡即可。

　　3.2.4指導工廠化制作、現場安裝

　　上海中心裙樓幕墻系統繁多，幕墻面材組合復雜。特別是PS石材幕墻，單塊石材面積較小，分別為1200*450mm，900*450mm，600*450mm三種規格，這三種石材又按四種組合方式在立面上進行排布。PS石材幕墻整體邏輯造型為雙曲圓胎面。

圖40 PS石材面板立面布置圖，邊部未剪切

圖41 PS石材面板布置放大圖

　　從上圖可以看出，PS幕墻石材面板較小，但是分布又有一定規律。如果采用普通框架式安裝，即現場逐塊安裝，會存在以下兩方面的缺點：①石材面材較小，安裝費時費工，產出比不高;②石材面材逐塊安裝，控制點位過多過雜。而現場影響因素較多，會導致可能出現較大偏差。

　　因此我們采取內部防水鋁板框架式安裝，外部石材單元式整體吊裝（詞條“吊裝”由行業大百科提供）的安裝方式。由于PS石材幕墻的雙曲表皮造型，而石材板塊出于造價考慮，以直面板塊代替弧線造型，因此必須精準定位石材板塊掛接點位，才能保證石材板塊“以折代曲”，實現弧線的雙曲效果。

　　在進行“以折代曲”石材面板前，需要在理論放樣上，對其實現效果進行判斷，分析平板與弧板間的拱高差異，是否在建筑師可接受的范圍，避免折面交口處出現較大凹凸臺的出現。

圖42 PS石材幕墻放樣

圖43 橫向放樣

圖44 縱向放樣

　　從上圖放樣可以看出，PS石材幕墻橫向曲率半徑624米，縱向曲率半徑最小為64米。橫向曲率較大，因此平面石材板塊拱高只有0.65mm;縱向曲率稍小，平面石材板塊拱高有3.54mm。經過討論，建筑師認為采用平面石材板塊，此拱高在大面積幕墻范圍人的視覺是無法察別的，是可以接受的。

　　因此對于PS幕墻的雙曲面造型，石材后部龍骨在橫向上沿法向布置來適應橫向曲率，縱向上采用彎弧形式;在安裝防水鋁板前，將石材板塊掛座預先安裝于龍骨上，并進行三維坐標定位;石材板塊在工廠進行加工組裝，檢驗合格后運至現場;防水鋁板經水密性測試完成后立即進行整體安裝石材板塊。從這個角度上看，影響石材板塊安裝質量的關鍵點，除了板塊的組裝質量外，最重要的就是現場安裝的石材掛座點的精準性。

圖45 石材鋁掛座模型定位圖

圖46 石材板塊掛點模型示意圖

圖47 鋼龍骨掛接點位定位數據表

　　鋼龍骨在工廠進行加工時，根據信息化模型中提供的數據，在鋼龍骨上進行預鉆掛座定位安裝孔。龍骨在進行工廠材料復測及現場安裝復測完畢后，龍骨上的掛座位置也基本進行了精確定位。后續在安裝石材掛座和石材板塊時，進行更一步的微調，確保安裝完畢后的石材幕墻精度。

　　3.3參數化設計

　　參數化設計，是通過將一定的邏輯關系組合，并將組合中的某一項賦予一定的參數變量，在此變量下批量生成模型、數據，或對變量數值進行一定的修改，模型構件即能夠大批量地進行相應調整。現以PR幕墻玻璃的布置進行參數化設計的一個簡單說明。

　　①PR金色肌理玻璃幕墻，玻璃高度方向約300mm，寬度方向上約1800mm。上文中對玻璃分格邏輯進行了說明：東裙樓PR按等寬邏輯方式布置，西裙樓PR按圓弧等分邏輯方式布置。如果PR幕墻是純單曲面，玻璃布板工作用普通排列布置方式毫無問題，但是由于PR表皮的空間扭曲造型，再加上東、西裙樓兩種布板原則，使布板工作變得相當困難。即使在模型上進行手工逐塊布板，工作量也相當巨大。

圖48 PR金色肌理玻璃板塊布板模型

圖49 起始部位布板

圖50 鏤空部位布板

圖51吊頂圓弧部位布板

　　因此我們采用了模型參數化設計。根據一定的邏輯關系，將玻璃布板分格交由程序完成。

圖52參數化程序

　　首先根據玻璃板塊分格尺寸，以1800mm尺寸做平行于軸線的輔助線，并將輔助線投影到曲面上形成交線，得到玻璃的水平分格。這一步程序較為簡單，可以通過程序完成也可以通過手工完成。

　　在參數化程序里面，大致上可以分為四個子模塊：第一個子模塊是將上述形成的玻璃分格交線進行布點，即沿弦長等于300mm設置玻璃定位點(東裙)，并在設置定位點時留出玻璃分格間隙;第二個子模塊是將相鄰交線上的四個點形成一個四邊形曲面，并將此曲面拍成平面;第三個子模塊是輸出平面玻璃的長、寬、高等加工尺寸和現場測量定位點等數據。

圖53 參數化程序中的關鍵控制變量

　　前面提到過，參數化設計的關鍵在于利用程序驅動建模工作，并且調整程序中的相關參數變量，模型隨之進行調整。如上圖所示，此參數化程序里面的參數為藍色模塊中的300mm。如果建筑師要求調整玻璃分格，只需將300mm更改成相應數值，模型即可完成調整。相比傳統意義上的做圖模式，有了質的飛躍。

　　由于建筑師的多輪調整，如果每次調整都要重新建模分析，無疑會帶來相當大的工作量。此時參數化設計優勢便極大地體現出來。

圖54 參數化程序

　　在此參數化程序里面，將挑檐鋁板的模型建立分為四個子模塊：第一個子模塊是采用與PG3玻璃幕墻垂直的直線輔助線，以間距900mm分格投影至挑檐曲面上，并得到與挑檐相交的曲線;第二個模塊是形成如上面方案圖所示的挑檐造型。先形成垂直(或傾斜)于PR邊線，高度為900mm的挑檐外沿面，然后以一定角度轉為吊頂面;第三個模塊是將鋁板橫縱向分格交線的交點連成一個曲面四邊形，分析四邊形是否在一個平面內，如果不在一個平面內，其翹曲值為多少，并輸出每一塊鋁板的長、寬、高等加工尺寸和現場測量定位點等數據。

圖55 參數化程序中的關鍵控制變量

　　總體來說，上海中心裙樓的設計，從最開始的業主招標方案僅有的一些概念圖紙，到最后的完成專家驗收，它是我們公司第一個全過程、多階段，高深入使用BIM工具做為主要設計工具的工程，應該來說取得了一定的成功。

上海中心大廈

總高度632米，結構高度580米，已建成項目中中國第一、世界第二高樓；地上樓層127層，觀光平臺在119層；建筑面積約57.6萬平方米，占地面積約3萬平方米。最大的非線性雙曲面自潔玻璃

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　　參考文獻：

　　[1]張璐薇、關瑞明;《華中建筑》;BIM技術發展及其建筑設計應用

　　[2]盧婉玫;《天津大學》;BIM技術及其在建筑設計中的應用研究

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