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摘要：建筑是一門綜合學(xué)科，既是一件商品 ,也是一件藝術(shù)品。隨著建筑技術(shù)的發(fā)展，理念的更新，建筑設(shè)計的藝術(shù)造型趨于復(fù)雜，形式各異;復(fù)雜外立面的設(shè)計往往不是單純的平面形式，如扭轉(zhuǎn)、雙曲等類型。常見的如各類場館的設(shè)計，此種項目的表達(dá)或系統(tǒng)的選型不是僅憑設(shè)計經(jīng)驗?zāi)軌蚪鉀Q的，更多的要借助于空間幾何模型的確立，對設(shè)計疑難問題進行評定，找到項目的特征規(guī)律，提煉設(shè)計要點，以達(dá)到減少非標(biāo)設(shè)計的數(shù)量，提高工效的目的;現(xiàn)在市場上流行的各類場館的設(shè)計，三維放樣后，都可以找出系統(tǒng)共同點，貌似復(fù)雜，其實簡單，所采用的系統(tǒng)也僅是消化空間點的最大高差，或?qū)㈦p曲面采用單曲面或折線擬合。幕墻設(shè)計領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最廣泛的繪圖軟件為 Autodesk公司開發(fā)的 CAD(電腦輔助繪圖系統(tǒng))，借助于 CAD強大的三維功能，通過幾何模型分析，模擬實際，發(fā)現(xiàn)問題，改進系統(tǒng)，解決設(shè)計疑難問題。
關(guān)鍵詞：幾何模型 幕墻設(shè)計 空間框作法 排水設(shè)計 模擬 等
一．前言
設(shè)計軟件 CAD也就是電腦輔助設(shè)計。在工程和產(chǎn)品設(shè)計中，電腦可以幫助設(shè)計人員擔(dān)負(fù)計算、信息存儲和制圖等項工作。在設(shè)計中通常要用電腦對不同方案進行大量的模擬、分析和比較，以決定最優(yōu)方案;各種設(shè)計信息，以 DWG格式的圖形存放在電腦的內(nèi)存或外存里，并能快速地檢索;設(shè)計人員通常用草圖開始設(shè)計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給電腦完成;由電腦自動產(chǎn)生的設(shè)計結(jié)果，可以快速作出圖形顯示出來，使設(shè)計人員及時對設(shè)計尺寸作出精確判斷和修改○ 1，極大的壓縮設(shè)計師的繪圖時間，使得設(shè)計師可以有更多精力投入到設(shè)計作品、系統(tǒng)解決方案當(dāng)中去。
CAD的平面設(shè)計出眾，但隨著軟件的不斷升級換代，近期推出的高版本其三維功能越來越強大，雖然還沒有達(dá)到 3DMAX或犀牛這種專業(yè)的建模軟件功能，但對于幕墻設(shè)計師來說，由于天天與 CAD設(shè)計軟件打交道，上手最快且操對相對簡單，可以方便快速的解決方案投標(biāo)、施工下料中的疑難問題，如：三維表達(dá)、系統(tǒng)分析模擬、復(fù)雜加工圖處理等。當(dāng)項目愈加復(fù)雜時，諸如此類問題僅僅靠大腦的空間想象能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法達(dá)到，甚至?xí)云湃珜?dǎo)致錯誤的發(fā)生，學(xué)會 CAD三維設(shè)計，配合專業(yè)知識可以讓我們快速而經(jīng)濟的對一套系統(tǒng)進行評判,由此對設(shè)計師的基本技能提出了更高的要求。CAD三維設(shè)計在幕墻行業(yè)的主要應(yīng)用如下：
二．在系統(tǒng)模擬定型中的應(yīng)用
對一些建筑設(shè)計形式復(fù)雜的項目，沒有成型的案例可詢，這就需要對外立面的設(shè)計進行 CAD模擬分析，找到規(guī)律性，提練系統(tǒng)設(shè)計的同性，同時找到細(xì)節(jié)上存在的問題，予與解決，諸如此類的非標(biāo)特異性的項目，CAD三維模擬分析可以大展拳腳;本節(jié)以俄羅斯聯(lián)邦的 “ WeddingPlaza”項目此為案例，講述 CAD三維在系統(tǒng)模擬定型中的應(yīng)用。該項目(圖一、二、三、四)采用大角度扭轉(zhuǎn)單元幕墻設(shè)計，難度很高，通過系統(tǒng)初選、確定分格、細(xì)部設(shè)計才能解決一系列問題，從而為后期的施工設(shè)計提供基礎(chǔ)。
1.系統(tǒng)初選：扭轉(zhuǎn)項目的設(shè)計思路有三種，A：有應(yīng)力安裝法(也有稱冷彎法);
B：空間框作法。C：魚鱗板作法。以上幾種作法各有優(yōu)缺點，采用哪種作法更適合，取決于翹起距離(h)這類扭轉(zhuǎn)項目的共性為：板塊的第四點(指平面外的點)，與板塊另三點不共面，進而實現(xiàn)外立面的整體扭轉(zhuǎn)效果。在 CAD模型空間建立模型，對以上 27個板塊的放樣分析，經(jīng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表略)得出，翹起距離(h)為一定值 78.6mm，此值較大,如采用冷變作法，則面材及骨架要在強制外力作用下達(dá)到如此大的變形才能實現(xiàn)建筑效果;由于玻璃為脆性材料，顯然對材料的要求過高，且項目本身要求高造價不菲;如系統(tǒng)選用不當(dāng)，導(dǎo)致板塊破損，則會造成昂貴的后期維修成本，得不償失，故系統(tǒng)初定采用空間框作法，到此第一步，系統(tǒng)初選基本完成。
2.分格確定：圖五 a、b、c、d在一個平面內(nèi)，實際上就是面材的分格中心
線，按節(jié)點的構(gòu)造寬度，可以算出面材的實際大小，也就是施工圖中的玻璃提料尺寸。a′、 b、c′、d中只有三點在一個平面內(nèi)，如果以 d,b兩條邊確定的平面為基準(zhǔn)，則 a′、c′不在此平面內(nèi)，對空間單元板塊來說，a′相當(dāng)于單元母豎框的分格高、c′單元上橫框的分格寬;采用 CAD三維設(shè)計對 27個板塊進行精確的放樣，可以確定龍骨的分格中心線尺寸。到此第二步，可以斷定，如果采用空間框作法，剛 a、c兩條邊(也就是單元公豎料、單元上橫料)室內(nèi)外兩側(cè)要作梯形補償條設(shè)計。對初期節(jié)點進行三維放樣(此部位略)，調(diào)整不合理設(shè)計，再次放樣，得出如下細(xì)節(jié)設(shè)計要點。
3.細(xì)節(jié)設(shè)計
a.扭轉(zhuǎn)單元排水坡度參數(shù)的設(shè)計，從圖四的三維放樣可以看出，板塊分為內(nèi)傾及外傾兩類，與水平面最大夾角實測為 14度，則單元系統(tǒng)設(shè)計要大于或等于此夾角，才能保證水的順利外排(圖七)。
b.室外側(cè)扣板及室內(nèi)側(cè)梯形補償條設(shè)計
圖五的示意圖也表明 a′、c′單元母豎框及單元上橫框存在三角形空隙，如果采用明框幕墻結(jié)構(gòu)，這兩條邊要補償，才能使平面玻璃與空間框更好的夾持固定，CAD三維放樣銑加工后的形狀如圖九、圖十示。
c.扭轉(zhuǎn)后單元橫豎框交接面的三角形空隙的設(shè)計
扭轉(zhuǎn)單元橫豎框交接面為非垂直關(guān)系，故當(dāng)各個面交界時,框料外輪廓間會產(chǎn)生三角形,對性能有影響的主要有如下幾處：外立面橫豎向裝飾扣板，室內(nèi)側(cè)橫豎龍骨交界處空隙的設(shè)計，插接位置空隙的設(shè)計，以上幾處細(xì)節(jié)設(shè)計，僅有通過三維放樣確定尺寸，才能解決幕墻系統(tǒng)上的關(guān)鍵問題，據(jù)此可以確定系統(tǒng)的選擇是否可行。關(guān)于此部分的詳細(xì)設(shè)計，本人在“大角度扭轉(zhuǎn)(面)單元幕墻模擬設(shè)計”中有詳細(xì)的闡述,本文不作過多說明。由此可見，此類問題如不借助于三維的設(shè)計，解決起來，難上加難。
d.扭轉(zhuǎn)單元豎框的室內(nèi)“甩尾“現(xiàn)象CAD三維放樣后發(fā)現(xiàn)，本層單元與上層單元有錯位，如下圖示：
從圖十一、二可以看出，四個單元的插接豎逢不在同一直線上，上下層之間會形成一個階差，這點是與正常平直單元幕墻不同的如圖十六所示,但由于此部位位于室內(nèi)裝飾面以內(nèi)，被樓板（詞條“樓板”由行業(yè)大百科提供）隔開，盡管實際會存在這一現(xiàn)象，但不會對內(nèi)飾效果造成影響;從圖五的正投影上也可以確定，這個值為 4mm。左右板塊橫框不在一個標(biāo)高上，這也是所說空間框作法缺點之一：室內(nèi)橫龍骨不在同一標(biāo)高，如以外立面中間板塊 A點為基準(zhǔn)，會出現(xiàn)不同板塊的室內(nèi)橫框上頂點出現(xiàn)左高右底或右高左底的現(xiàn)象，如果房間柱間距較大則對室內(nèi)效果有影響.但通過內(nèi)裝飾的設(shè)計，此問題可以彌補。
以上放樣后，將細(xì)節(jié)設(shè)計中的問題進行消化，可以得到如圖最后的圖紙7從標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點可以看出，此類項目的水密、氣密線，與常規(guī)單元存在階差，當(dāng)橫豎框扭轉(zhuǎn)后，空間幾何關(guān)系變得復(fù)雜，交線不再是是垂直等長的關(guān)系，只有通過在豎框上對水密、氣密線位置的尺寸作后退或加長處理后，才能保證水密、氣密效果不受影響,諸如此類的細(xì)節(jié)設(shè)計，僅有在空間幾何模型中才能清楚的表現(xiàn)。CAD三維在系統(tǒng)模擬定型中的應(yīng)用，因其尺寸的極端精確，是其它軟件所不能取帶的。
三．在項目招投標(biāo)中的應(yīng)用
工程建設(shè)招標(biāo)投標(biāo)，是建設(shè)單位和施工企業(yè)進入建筑市場進行公平交易、平等競爭，達(dá)到控制建設(shè)工期、確保工程質(zhì)量和提高投資效益的目的。由于幕墻行業(yè)門檻低，入圍容易，所以招標(biāo)過程其實比拼的就是實力。一份完整的投標(biāo)文件可以增色不少，因業(yè)主不懂圖紙、專家或評委在評定的時候要在規(guī)定的時間完成5-8家的審查內(nèi)容，時間很短，所以如果哪個廠家能夠以通俗易懂的方式簡潔明快的方式進行表達(dá)，就可以獲得較高的技術(shù)分，從而為整體勝出增加籌碼。如圖示的結(jié)構(gòu)表達(dá)：
四．在施工下料中的應(yīng)用
對一些復(fù)雜的加工圖紙，CAD三維可以充分發(fā)揮其切、銑相關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作，大幅提高工作效率，以單元幕墻龍骨加工圖為例詳述 CAD三維在施工下料中的應(yīng)用。
1 CAD工作界面中建立不同材料的圖層，作圖時要注意圖層與三維圖形中的材料對應(yīng)，方便操作，這點尤為關(guān)鍵，在三維建模中，因為不同的材料會相互遮擋，造成操作困難，當(dāng)對某一圖層進行操作時，關(guān)閉其它圖層，可以高效完成對某桿件的切、銑操作。
2 上述工作完成后，按系統(tǒng)節(jié)點建標(biāo)準(zhǔn)分格寬、高的模型(如圖)也就是實際加工車間要用的組框圖。
3.當(dāng)上述工作完成后，將桿件從三維轉(zhuǎn)成二維，以單元左豎框為例，按如下步驟操作：將其它圖層關(guān)閉，轉(zhuǎn)入圖紙空間得到圖示的操作界面。
在圖紙空間里,輸入solprof后選所要轉(zhuǎn)換的實體，雙擊進入視口編輯模式，調(diào)到自己想要的角度和大小，輸入 solprof，選擇物體，按回車，然后就會發(fā)現(xiàn)一個想要的圖形塊覆蓋在原模型上，然后回去模型空間，把那塊移出來，注意有兩個塊，一個是消隱的部分，一個是可見的部分，如圖打勾圖即為所需圖紙(圖二十五)根據(jù)自己需要，最后用 ucs空格 v空格，調(diào)成 xy平面坐標(biāo)系，把想要的圖形復(fù)制，新建一個圖形，拷進去就行了，得到圖二十五。在 CAD模型空間下，用”Explode”命令將圖炸開，刪去多余的線條，得到單元左豎框的平面加工圖。
將得到的單元左豎框的平面加工圖(圖二十六)，標(biāo)注尺寸，增加剖面及技術(shù)說明，則單元左豎框加工圖就完成了，這里面有一點要注意，當(dāng)豎框的兩個面都有打孔或銑加工的情形，轉(zhuǎn)成平面圖時，應(yīng)按剖視方向?qū)⒖床灰姷囊幻娴目孜换蜚娂庸ぞ�畫成慮線。同理，單元右豎框、上橫框、下橫框等都可以按此出圖，尤其是對于一些復(fù)雜的單元項目，僅僅通過空間想象來搞清哪里干涉，哪里不干涉，已經(jīng)非常困難，此時 CAD三維設(shè)計應(yīng)用則可以大展手腳，讓我們?nèi)轿坏挠^察桿件的交接情況，加工圖完成后，跟據(jù)節(jié)點的構(gòu)造尺寸，在 EXCEL單元細(xì)目表格中生成相應(yīng)的公式，得到的料長，再與三維放樣的料長對比，是否有出入，如一致，則說明完全正確，如不一致，則說明公式或三維放樣有誤，重新查找錯誤，樣驗一致后方可出圖。由此可見，CAD三維不僅具有直觀的表達(dá)功能，還具有糾錯樣驗的作用，在幕墻設(shè)計中，真正有難度的其實就是單元幕墻的加工圖設(shè)計，如日本的“Cocoon”大廈，幾乎所有的設(shè)計下料工作都是三維放樣完成的。經(jīng)過此操作步驟可以得以下的加工圖紙。
五．在培養(yǎng)設(shè)計師中的應(yīng)用
幕墻是一個快速發(fā)展的行業(yè)，設(shè)計人員總處于短缺之中，新人的培訓(xùn)便成為重中之重。如何使設(shè)計人員快速的成長，這當(dāng)然需要多方面的支撐，不過 CAD三維應(yīng)用在設(shè)計人員的培養(yǎng)方面還是有可取之處，以前本人曾任職沈陽一家一級企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人，從新招聘的幾人中選出二人專攻 CAD三維設(shè)計，公司所有的圖集讓其畫了一遍，一是投標(biāo)之用，二是培養(yǎng)新人。三個月后，明顯感覺有三維設(shè)計經(jīng)驗的設(shè)計師對系統(tǒng)的理解能力更強，這是因為 CAD三維具有直觀的表達(dá)功能，對新入門的設(shè)計師能夠更快的理解設(shè)計意圖，幕墻設(shè)計圖往往是平面表達(dá)，且不符合機械制圖視圖在一張圖中布局的習(xí)慣。有的設(shè)計節(jié)點僅僅是平剖或豎剖，需要有一定的經(jīng)驗才能看懂。因此可以適當(dāng)擴大 CAD三維設(shè)計在培養(yǎng)設(shè)計師中的應(yīng)用,編制合適的培訓(xùn)教材。
CAD的應(yīng)用，只有結(jié)合專業(yè)人才的專業(yè)知識才能發(fā)揮其功效，并在此基礎(chǔ)上進行二次開發(fā)，有針對性的對不同方向進行深入研究，成倍甚至幾何級數(shù)提高工作效率。一些小的 lisp程序?qū)μ岣咧茍D效率也有極大的幫助，如畫焊逢、角碼（詞條“角碼”由行業(yè)大百科提供）、巖棉、批打印等。
六．CAD技術(shù)的不良影響
雖然 CAD技術(shù)有上述強大功能，但也有人士認(rèn)為 CAD技術(shù)的濫用會使建筑設(shè)計工作從一種藝術(shù)創(chuàng)作變?yōu)橐环N工業(yè)化生產(chǎn)，CAD引以為榮的復(fù)制、套用的高效率手段,使得設(shè)計過程本身就傷害了這一學(xué)科，而 CAD的標(biāo)準(zhǔn)化、工業(yè)化使得建筑作品千篇一律,缺乏靈氣、缺乏個性和人情味,建筑已經(jīng)變?yōu)榧兇獾纳唐贰６钣兴囆g(shù)氣息的手繪建筑效果圖,也將要被電腦效果圖取代,電腦效果圖雖然正式可信,快捷方便,但它缺少手繪圖所體現(xiàn)的個性,以及設(shè)計師筆下流露的特有的感覺。
其實任何事物都具有二面性，客觀的看待 CAD技術(shù)的應(yīng)用，當(dāng)我們被它從手工描圖的桎梏中解放出來的時候，不要只是歡呼，將節(jié)約的時間更多的投入到外立面的方案創(chuàng)意、幕墻系統(tǒng)的開發(fā)、藝術(shù)氣息濃郁的手繪圖，揚長避短，將此項目技術(shù)發(fā)揮極致。
幕墻行業(yè)是介于建筑與機械之間的一個行業(yè)，對手繪圖要求不高也不多，有很大一部分時間是用來繪制平立面圖紙、節(jié)點圖（詞條“節(jié)點圖”由行業(yè)大百科提供）或加工圖，其中有相當(dāng)一部分工作是通用的，CAD可以進行圖形的編輯、放大、縮小、平移、拷貝、陳列和旋轉(zhuǎn)等有關(guān)的圖形數(shù)據(jù)加工工作，確切的說，CAD技術(shù)更適用于幕墻行業(yè)。
七．結(jié)束語
有的專業(yè)設(shè)計師、或走上領(lǐng)導(dǎo)崗位的技術(shù)管理者，由于日常行政工作過多，往往不能適應(yīng)幕墻行業(yè)快速發(fā)展的形勢，有的人動手能力很強，表達(dá)能力很弱，對自己想要表達(dá)的設(shè)計意圖無法準(zhǔn)確描述;有的技術(shù)管理者嘴上功夫一流，但實際操作技能卻日漸荒廢，只能靠經(jīng)驗或大腦想象，當(dāng)遇到無先例可詢的案例，則往往無計可施。當(dāng)各個行業(yè)都在費盡心思尋找復(fù)合型人才時，幕墻行業(yè)也不例外。希望廣大的設(shè)計從業(yè)者，能耐下心來，專注于設(shè)計，作到眼高、手高，只有這樣才能成為一個設(shè)計行業(yè)的高手，當(dāng)基本技能提高以后，對復(fù)雜項目的設(shè)計感受更深刻，自信心相應(yīng)提高，與業(yè)主、設(shè)計院談判，都能作到游刃有余;所以當(dāng)我們再次回過頭來看自己，發(fā)現(xiàn)作為技術(shù)管理者不要被那些注了水的職位所迷惑，只有技術(shù)水平才是真真正正可以服眾的東西。
