1 前言
近年來(lái)，BIM技術(shù)已廣泛應(yīng)用于建筑行業(yè)的各個(gè)專(zhuān)業(yè)中，如建筑、結(jié)構(gòu)、水電管線(xiàn)、建筑節(jié)能、工程施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)等等，發(fā)揮著越來(lái)越大的管理作用。
作為建筑行業(yè)的重要一環(huán)，建筑幕墻行業(yè)也開(kāi)始逐漸將BIM技術(shù)應(yīng)用于幕墻工程中，特別是幕墻方案投標(biāo)階段，如建立三維模型、進(jìn)行碰撞分析、施工模擬管理等，但應(yīng)用于幕墻工程的設(shè)計(jì)下料階段的很少。本文闡述了BIM技術(shù)如何應(yīng)用于幕墻工程，自動(dòng)生成幕墻工程的設(shè)計(jì)下料，從而極大地提高了設(shè)計(jì)效率，減少設(shè)計(jì)失誤。通過(guò)本文的介紹，希望對(duì)從事幕墻行業(yè)的人士有所幫助。
2 幕墻常用BIM軟件
市場(chǎng)上常用的BIM軟件按廠家分主要有四大公司：美國(guó)歐特克(Autodesk)公司、美國(guó)賓利(Bentley)公司、法國(guó)達(dá)索(Dassault)公司和匈牙利圖軟(Graphsoft)公司。
而按BIM軟件的功能可分為三維建模軟件、機(jī)械設(shè)計(jì)軟件、施工管理軟件等，其中三維建模軟件主要有歐特克公司的Revit、達(dá)索公司的Catia和圖軟公司的Archi;機(jī)械設(shè)計(jì)軟件主要有達(dá)索公司的Catia和Solidworks、德國(guó)Siemens公司的UG、美國(guó)PTC公司的ProE、美國(guó)CNC公司的Mastercam以及歐特克公司的Inventor;施工管理軟件主要有歐特克公司的 NavisWorks、賓利公司的 ProjectWise和達(dá)索公司的Delmia。
目前，幕墻行業(yè)常用的BIM軟件詳見(jiàn)表1，它們主要被應(yīng)用于幕墻工程的招投標(biāo)階段、施工圖過(guò)程中的三維建模和幕墻工程施工管理階段。然而，在設(shè)計(jì)下料階段，僅有為數(shù)不多的幕墻公司采用專(zhuān)業(yè)的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行幕墻設(shè)計(jì)，使得BIM技術(shù)在建筑幕墻行業(yè)中的作用沒(méi)有得到充分發(fā)揮。
3 BIM如何應(yīng)用于建筑幕墻的設(shè)計(jì)下料
建筑幕墻設(shè)計(jì)主要包括三個(gè)階段：方案投標(biāo)設(shè)計(jì)、施工圖設(shè)計(jì)(含深化設(shè)計(jì))以及設(shè)計(jì)下料。其中，方案投標(biāo)設(shè)計(jì)人員數(shù)量一般占幕墻設(shè)計(jì)總?cè)藬?shù)的10~15%，施工圖設(shè)計(jì)人員一般占幕墻設(shè)計(jì)總?cè)藬?shù)的20~25%，而設(shè)計(jì)下料人員一般占幕墻設(shè)計(jì)總?cè)藬?shù)的60~70%，也就是說(shuō)六成以上的幕墻設(shè)計(jì)人員每天都在做重復(fù)性的、易出錯(cuò)的設(shè)計(jì)工作，工作壓力大，責(zé)任重，容易產(chǎn)生厭煩情緒。
另外，幕墻行業(yè)里歷年來(lái)通常都是采用AutoCAD二維平面設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行全過(guò)程設(shè)計(jì)，包括設(shè)標(biāo)階段的方案圖、施工階段的施工圖設(shè)計(jì)、設(shè)計(jì)下料階段的零部件加工等，如普通框架（詞條“框架”由行業(yè)大百科提供）式幕墻、單元式幕墻的設(shè)計(jì)。當(dāng)遇到三維異形幕墻(屋面)時(shí)，通常采用犀牛(Rhino)進(jìn)行三維建模，再導(dǎo)入Autocad中通過(guò)LSP進(jìn)行二次編程開(kāi)發(fā)，手動(dòng)生成幕墻設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，達(dá)到三維異形幕墻(屋面)設(shè)計(jì)下料的目的。此法不但設(shè)計(jì)效率很低，容易產(chǎn)生設(shè)計(jì)失誤，而且可能?chē)?yán)重影響幕墻工程進(jìn)度甚至成本控制。
如果采用BIM技術(shù)應(yīng)用于建筑幕墻的設(shè)計(jì)下料，可以極大的提高設(shè)計(jì)效率，降低設(shè)計(jì)成本和設(shè)計(jì)失誤，那么，BIM技術(shù)如何才能應(yīng)用于建筑幕墻的設(shè)計(jì)下料呢?
3.1 技術(shù)路線(xiàn)
首先，根據(jù)建筑師提供的幕墻分格圖或建筑三維表皮模型，建立建筑幕墻的三維模型，可采用BIM三維建模軟件，如Revit、Catia、Archi等;其次，將幕墻參數(shù)化信息模塊導(dǎo)入幕墻三維模型中，自動(dòng)生成幕墻材料訂購(gòu)表或下料單(亦稱(chēng)提料單);最后，通過(guò)BIM的機(jī)械設(shè)計(jì)軟件與三維模型軟件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，自動(dòng)生成幕墻材料下料單及加工工藝圖。
3.2 基于BIM技術(shù)的幕墻設(shè)計(jì)下料全過(guò)程
下面主要通過(guò)美國(guó)歐特克(Autodesk)公司的BIM相關(guān)軟件進(jìn)行說(shuō)明，三維建模軟件采用最常用的Revit，機(jī)械設(shè)計(jì)軟件采用Inventor。
1) 首先，建立建筑幕墻標(biāo)準(zhǔn)族庫(kù)，如立柱、橫梁、標(biāo)準(zhǔn)單元板塊等，并將幕墻常用的變量賦予參數(shù)化設(shè)計(jì)，如立柱的截面（詞條“截面”由行業(yè)大百科提供）寬高度、玻璃厚度、標(biāo)準(zhǔn)單元板塊的寬度和高度、橫梁高度等，參數(shù)化設(shè)計(jì)后，只需通過(guò)調(diào)整預(yù)先設(shè)定的設(shè)計(jì)參數(shù)，就能即時(shí)改變幕墻系列、規(guī)格等，以滿(mǎn)足不同系列、不同幕墻類(lèi)型的設(shè)計(jì)下料要求，減少建立標(biāo)準(zhǔn)族庫(kù)的工作量;
2) 根據(jù)建筑師提供的幕墻分格要求，采用Revit軟件建立幕墻立面分格圖或三維表皮模型;
3) 將幕墻標(biāo)準(zhǔn)族庫(kù)導(dǎo)入Revit建立的幕墻立面分格圖或三維表皮模型中，自動(dòng)生成幕墻三維模型;
4) 通過(guò)幕墻三維模型可自動(dòng)計(jì)算生成該幕墻工程所需的幕墻材料，如型材（詞條“型材”由行業(yè)大百科提供）名稱(chēng)、長(zhǎng)度、面板尺寸、數(shù)量等，并可輸出Excel格式幕墻材料訂購(gòu)表;
5) 將Revit生成的參數(shù)化的三維模型與機(jī)械設(shè)計(jì)軟件Inventor 進(jìn)行關(guān)聯(lián)，自動(dòng)生成幕墻板塊部件組裝圖、零件加工工藝圖以及材料下料單等;
6) 最后，將生成的幕墻板塊部件組裝圖、零件加工工藝圖等轉(zhuǎn)化成Autocad格式的DWG文件或加工中心格式的文件，以方便工廠生產(chǎn)加工使用。
4 基于BIM技術(shù)的建筑幕墻設(shè)計(jì)下料應(yīng)用示例
經(jīng)多個(gè)幕墻工程模擬測(cè)試驗(yàn)證，基于BIM技術(shù)的建筑幕墻設(shè)計(jì)下料完全可以應(yīng)用于各種幕墻類(lèi)型，如普通框架式幕墻、單元式幕墻以及三維造型的異形幕墻等，下面對(duì)單元式幕墻和異形幕墻這兩種常用幕墻類(lèi)型的應(yīng)用示例進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。兩個(gè)示例均選用了簡(jiǎn)單的幕墻系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以方便表述。
4.1 單元式幕墻設(shè)計(jì)下料示例
1. 選用標(biāo)準(zhǔn)化的單元式幕墻系統(tǒng)，創(chuàng)建參數(shù)化的幕墻單元板塊嵌板族，詳見(jiàn)圖1;
圖1 單元板塊嵌板族
2. 將幕墻單元板塊嵌板族插入到幕墻立面分格中，生成幕墻三維建模圖，詳見(jiàn)圖2;
圖2 單元式幕墻三維建模圖
3. 三維建模軟件將根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)生成下料單，包括玻璃訂購(gòu)表、型材下料單等，詳見(jiàn)圖3和圖4;
圖3 生成玻璃定購(gòu)表
圖4 生成型材下料單
4. 將三維建模軟件中的參數(shù)自動(dòng)關(guān)聯(lián)到機(jī)械設(shè)計(jì)軟件后，自動(dòng)生成幕墻單元板塊的組框圖、型材加工圖等，詳見(jiàn)圖5和圖6，不同的單元板塊加工工藝只需改變板塊編號(hào)即可完成;
圖5 自動(dòng)生成單元板塊組框圖
圖6 自動(dòng)生成型材加工圖
5. 零、部件加工工藝圖生成CAD格式后輸出存檔。
當(dāng)單元式幕墻建立了系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)后，單元板塊的設(shè)計(jì)下料工作變得非常簡(jiǎn)單，只需提供幕墻立面分格圖，就能及時(shí)輸出標(biāo)準(zhǔn)的CAD格式的加工工藝圖紙。
4.2 異形幕墻(屋面)設(shè)計(jì)下料示例
一直以來(lái)，異形幕墻(屋面)的設(shè)計(jì)下料是幕墻工程中的難點(diǎn)，板塊分格的不規(guī)則、異形、三維定位等特點(diǎn)往往需要耗費(fèi)大量的人力和物力，假如采用BIM技術(shù)，就能夠極大地提高設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的效率，下面對(duì)一個(gè)異形玻璃采光頂屋面進(jìn)行示例說(shuō)明。
異形采光頂屋面分格為三角形分格，玻璃為平面玻璃，與玻璃框鋁型材采用結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行粘接。為方便表述，只建立了簡(jiǎn)單的三角形玻璃框標(biāo)準(zhǔn)板塊，三維屋面表皮視圖詳見(jiàn)圖7。
圖7 三角形異形玻璃屋面表皮三維視圖
1. 將創(chuàng)建好的參數(shù)化三角玻璃板塊輸入異形屋面分格圖中，自動(dòng)生成三維屋面系統(tǒng)圖，詳見(jiàn)圖8;
圖8 自動(dòng)生成三維屋面系統(tǒng)圖
2. 三維建模軟件根據(jù)預(yù)先設(shè)定的參數(shù)自動(dòng)生成下料單，包括玻璃訂購(gòu)表、型材下料單等，詳見(jiàn)圖9和圖10;
圖9 生成三角形玻璃定購(gòu)表
圖10 生成玻璃框型下料單
4. 將三維建模軟件中的參數(shù)自動(dòng)關(guān)聯(lián)到機(jī)械設(shè)計(jì)軟件后，自動(dòng)生成三角形玻璃框的組框圖、型材加工圖等，詳見(jiàn)圖11和圖12，同樣，不同的三角形玻璃框板塊加工工藝只需改變板塊編號(hào)即可完成;
圖11 自動(dòng)生成三角形玻璃板塊組框圖
圖12 自動(dòng)生成玻璃框型材加工圖
5. 零、部件加工工藝圖生成CAD格式后輸出存檔。
從三角形玻璃屋面設(shè)計(jì)下料的示例可以看出，異形幕墻(屋面)的設(shè)計(jì)下料變得非常簡(jiǎn)單、快捷，立等可取。只要參數(shù)化模塊和幕墻(屋面)三維模型輸入正確，理論上不可能存在下料錯(cuò)誤，極大地提高了異形幕墻(屋面)的設(shè)計(jì)效率，使異形幕墻(屋面)的快速下料變?yōu)榭赡堋?/P>
5 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)以上單元式幕墻和異形幕墻的示例可以得出，BIM技術(shù)是建筑幕墻設(shè)計(jì)下料的倍增器。基于BIM技術(shù)的建筑幕墻設(shè)計(jì)下料將原本枯燥無(wú)味的幕墻下料工作變得非常簡(jiǎn)單、輕松，大大地解放了設(shè)計(jì)下料人員的工作壓力，極大地提高了建筑幕墻的設(shè)計(jì)效率，降低了人為設(shè)計(jì)錯(cuò)誤，乃至對(duì)整個(gè)幕墻工程的施工進(jìn)度和成本控制都將起到非常大的推動(dòng)作用。
試想一下，當(dāng)建筑幕墻行業(yè)開(kāi)始大量應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行幕墻設(shè)計(jì)時(shí)，幕墻施工單位在簽訂幕墻工程合同前期，已經(jīng)能夠迅速、準(zhǔn)確地計(jì)算出幕墻工程的材料成本，只需將報(bào)價(jià)的重點(diǎn)放在人工費(fèi)、施工措施費(fèi)等費(fèi)用測(cè)算上面，便能準(zhǔn)確完成整個(gè)幕墻工程的報(bào)價(jià);或者上午剛剛簽訂幕墻工程合同，下午即可制定完成幕墻主材的訂購(gòu)計(jì)劃;或者可以考慮大幅減少幕墻設(shè)計(jì)師的人數(shù);或者建設(shè)單位也能較全面地了解幕墻設(shè)計(jì)和成本等等。
綜上所述，基于BIM技術(shù)的建筑幕墻設(shè)計(jì)如果是一場(chǎng)革命，會(huì)革誰(shuí)的命?
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