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摘要：建筑是一門(mén)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(jì)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(jì)往往不是單純的平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供）形式，如扭轉(zhuǎn)、雙曲等類(lèi)型。常見(jiàn)的如各類(lèi)場(chǎng)館的設(shè)計(jì)，此種項(xiàng)目的表達(dá)或系統(tǒng)的選型不是僅憑設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)?zāi)軌蚪鉀Q的，更多的要借助于空間幾何模型的確立，對(duì)設(shè)計(jì)疑難問(wèn)題進(jìn)行評(píng)定，找到項(xiàng)目的特征規(guī)律，提煉設(shè)計(jì)要點(diǎn)，以達(dá)到減少非標(biāo)設(shè)計(jì)的數(shù)量，提高工效的目的；現(xiàn)在市場(chǎng)上流行的各類(lèi)場(chǎng)館的設(shè)計(jì)，三維放樣后，都可以找出系統(tǒng)共同點(diǎn)，貌似復(fù)雜，其實(shí)簡(jiǎn)單，所采用的系統(tǒng)也僅是消化空間點(diǎn)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(jì)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用最廣泛的繪圖軟件為 Autodesk公司開(kāi)發(fā)的 CAD(電腦輔助繪圖系統(tǒng))，借助于 CAD強(qiáng)大的三維功能，通過(guò)幾何模型分析，模擬實(shí)際，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，改進(jìn)系統(tǒng)，解決設(shè)計(jì)疑難問(wèn)題。
關(guān)鍵詞：幾何模型 幕墻設(shè)計(jì) 空間框作法 排水設(shè)計(jì) 模擬 等
一．前言
設(shè)計(jì)軟件 CAD也就是電腦輔助設(shè)計(jì)。在工程和產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，電腦可以幫助設(shè)計(jì)人員擔(dān)負(fù)計(jì)算、信息存儲(chǔ)和制圖等項(xiàng)工作。在設(shè)計(jì)中通常要用電腦對(duì)不同方案進(jìn)行大量的模擬、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設(shè)計(jì)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(jì)人員通常用草圖開(kāi)始設(shè)計(jì)，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(dòng)產(chǎn)生的設(shè)計(jì)結(jié)果，可以快速作出圖形顯示出來(lái)，使設(shè)計(jì)人員及時(shí)對(duì)設(shè)計(jì)尺寸作出精確判斷和修改，極大的壓縮設(shè)計(jì)師的繪圖時(shí)間，使得設(shè)計(jì)師可以有更多精力投入到設(shè)計(jì)作品、系統(tǒng)解決方案當(dāng)中去。
CAD的平面設(shè)計(jì)出眾，但隨著軟件的不斷升級(jí)換代，近期推出的高版本其三維功能越來(lái)越強(qiáng)大，雖然還沒(méi)有達(dá)到 3DMAX或犀牛這種專(zhuān)業(yè)的建模軟件功能，但對(duì)于幕墻設(shè)計(jì)師來(lái)說(shuō)，由于天天與 CAD設(shè)計(jì)軟件打交道，上手最快且操對(duì)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以方便快速的解決方案投標(biāo)、施工下料中的疑難問(wèn)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(xiàng)目愈加復(fù)雜時(shí)，諸如此類(lèi)問(wèn)題僅僅靠大腦的空間想象能力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法達(dá)到，甚至?xí)云湃珜?dǎo)致錯(cuò)誤的發(fā)生，學(xué)會(huì) CAD三維設(shè)計(jì)，配合專(zhuān)業(yè)知識(shí)可以讓我們快速而經(jīng)濟(jì)的對(duì)一套系統(tǒng)進(jìn)行評(píng)判,由此對(duì)設(shè)計(jì)師的基本技能提出了更高的要求。CAD三維設(shè)計(jì)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(duì)一些建筑設(shè)計(jì)形式復(fù)雜的項(xiàng)目，沒(méi)有成型的案例可詢，這就需要對(duì)外立面的設(shè)計(jì)進(jìn)行 CAD模擬分析，找到規(guī)律性，提練系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同性，同時(shí)找到細(xì)節(jié)上存在的問(wèn)題，予與解決，諸如此類(lèi)的非標(biāo)特異性的項(xiàng)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(xiàng)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(xiàng)目(圖一、二、三、四)采用大角度扭轉(zhuǎn)單元幕墻設(shè)計(jì)，難度很高，通過(guò)系統(tǒng)初選、確定分格、細(xì)部設(shè)計(jì)才能解決一系列問(wèn)題，從而為后期的施工設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)。
1.系統(tǒng)初選：扭轉(zhuǎn)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)思路有三種，A：有應(yīng)力安裝法(也有稱(chēng)冷彎法)；
B：空間框作法。C：魚(yú)鱗板作法。以上幾種作法各有優(yōu)缺點(diǎn)，采用哪種作法更適合，取決于翹起距離(h)這類(lèi)扭轉(zhuǎn)項(xiàng)目的共性為：板塊的第四點(diǎn)(指平面外的點(diǎn))，與板塊另三點(diǎn)不共面，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)外立面的整體扭轉(zhuǎn)效果。在 CAD模型空間建立模型，對(duì)以上 27個(gè)板塊的放樣分析，經(jīng)統(tǒng)計(jì)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(qiáng)制外力作用下達(dá)到如此大的變形才能實(shí)現(xiàn)建筑效果；由于玻璃為脆性材料，顯然對(duì)材料的要求過(guò)高，且項(xiàng)目本身要求高造價(jià)不菲；如系統(tǒng)選用不當(dāng)，導(dǎo)致板塊破損，則會(huì)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(gè)平面內(nèi)，實(shí)際上就是面材的分格中心
線，按節(jié)點(diǎn)（詞條“節(jié)點(diǎn)”由行業(yè)大百科提供）的構(gòu)造寬度，可以算出面材的實(shí)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(diǎn)在一個(gè)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(duì)空間單元板塊來(lái)說(shuō)，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(jì)對(duì) 27個(gè)板塊進(jìn)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(bǔ)償條設(shè)計(jì)。對(duì)初期節(jié)點(diǎn)進(jìn)行三維放樣(此部位略)，調(diào)整不合理設(shè)計(jì)，再次放樣，得出如下細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)要點(diǎn)。
3.細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)
a.扭轉(zhuǎn)單元排水坡度參數(shù)的設(shè)計(jì)，從圖四的三維放樣可以看出，板塊分為內(nèi)傾及外傾兩類(lèi)，與水平面最大夾角實(shí)測(cè)為 14度，則單元系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(bǔ)償條設(shè)計(jì)
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(bǔ)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(jì)
扭轉(zhuǎn)單元橫豎框交接面為非垂直關(guān)系，故當(dāng)各個(gè)面交界時(shí),框料外輪廓間會(huì)產(chǎn)生三角形,對(duì)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(jì)，插接位置空隙的設(shè)計(jì)，以上幾處細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，僅有通過(guò)三維放樣確定尺寸，才能解決幕墻系統(tǒng)上的關(guān)鍵問(wèn)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(jì)，本人在“大角度扭轉(zhuǎn)(面)單元幕墻模擬設(shè)計(jì)”中有詳細(xì)的闡述,本文不作過(guò)多說(shuō)明。由此可見(jiàn)，此類(lèi)問(wèn)題如不借助于三維的設(shè)計(jì)，解決起來(lái)，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(cuò)位，如下圖示：
從圖十一、二可以看出，四個(gè)單元的插接豎逢不在同一直線上，上下層之間會(huì)形成一個(gè)階差，這點(diǎn)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)，被樓板隔開(kāi)，盡管實(shí)際會(huì)存在這一現(xiàn)象，但不會(huì)對(duì)內(nèi)飾效果造成影響；從圖五的正投影上也可以確定，這個(gè)值為 4mm。左右板塊橫框不在一個(gè)標(biāo)高上，這也是所說(shuō)空間框作法缺點(diǎn)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(diǎn)為基準(zhǔn)，會(huì)出現(xiàn)不同板塊的室內(nèi)橫框上頂點(diǎn)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(duì)室內(nèi)效果有影響.但通過(guò)內(nèi)裝飾的設(shè)計(jì)，此問(wèn)題可以彌補(bǔ)。
以上放樣后，將細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)中的問(wèn)題進(jìn)行消化，可以得到如圖最后的圖紙7從標(biāo)準(zhǔn)節(jié)點(diǎn)可以看出，此類(lèi)項(xiàng)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(zhǎng)的關(guān)系，只有通過(guò)在豎框上對(duì)水密、氣密線位置的尺寸作后退或加長(zhǎng)處理后，才能保證水密、氣密效果不受影響,諸如此類(lèi)的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)，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(xiàng)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(jìn)入建筑市場(chǎng)進(jìn)行公平交易、平等競(jìng)爭(zhēng)，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(mén)檻低，入圍容易，所以招標(biāo)過(guò)程其實(shí)比拼的就是實(shí)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(zhuān)家或評(píng)委在評(píng)定的時(shí)候要在規(guī)定的時(shí)間完成5-8家的審查內(nèi)容，時(shí)間很短，所以如果哪個(gè)廠家能夠以通俗易懂的方式簡(jiǎn)潔明快的方式進(jìn)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(duì)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(shí)要注意圖層與三維圖形中的材料對(duì)應(yīng)，方便操作，這點(diǎn)尤為關(guān)鍵，在三維建模中，因?yàn)椴煌牟牧蠒?huì)相互遮擋，造成操作困難，當(dāng)對(duì)某一圖層進(jìn)行操作時(shí)，關(guān)閉其它圖層，可以高效完成對(duì)某桿件的切、銑操作。
2 上述工作完成后，按系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)建標(biāo)準(zhǔn)分格寬、高的模型(如圖)也就是實(shí)際加工車(chē)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?yàn)槔慈缦虏襟E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(shí)體，雙擊進(jìn)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(chē)，然后就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)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(lái)，注意有兩個(gè)塊，一個(gè)是消隱的部分，一個(gè)是可見(jiàn)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(gè)圖形，拷進(jìn)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(kāi)，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(shuō)明，則單元左豎框加工圖就完成了，這里面有一點(diǎn)要注意，當(dāng)豎框的兩個(gè)面都有打孔或銑加工的情形，轉(zhuǎn)成平面圖時(shí)，應(yīng)按剖視方向?qū)⒖床灰?jiàn)的一面的孔位或銑加工線畫(huà)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(duì)于一些復(fù)雜的單元項(xiàng)目，僅僅通過(guò)空間想象來(lái)搞清哪里干涉，哪里不干涉，已經(jīng)非常困難，此時(shí) CAD三維設(shè)計(jì)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(diǎn)的構(gòu)造尺寸（詞條“構(gòu)造尺寸”由行業(yè)大百科提供），在 EXCEL單元細(xì)目表格中生成相應(yīng)的公式，得到的料長(zhǎng)，再與三維放樣的料長(zhǎng)對(duì)比，是否有出入，如一致，則說(shuō)明完全正確，如不一致，則說(shuō)明公式或三維放樣有誤，重新查找錯(cuò)誤，樣驗(yàn)一致后方可出圖。由此可見(jiàn)，CAD三維不僅具有直觀的表達(dá)功能，還具有糾錯(cuò)樣驗(yàn)的作用，在幕墻設(shè)計(jì)中，真正有難度的其實(shí)就是單元幕墻的加工圖設(shè)計(jì)，如日本的“Cocoon”大廈，幾乎所有的設(shè)計(jì)下料工作都是三維放樣完成的。經(jīng)過(guò)此操作步驟可以得以下的加工圖紙。
五．在培養(yǎng)設(shè)計(jì)師中的應(yīng)用
幕墻是一個(gè)快速發(fā)展的行業(yè)，設(shè)計(jì)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(jì)人員快速的成長(zhǎng)，這當(dāng)然需要多方面的支撐，不過(guò) CAD三維應(yīng)用在設(shè)計(jì)人員的培養(yǎng)方面還是有可取之處，以前本人曾任職沈陽(yáng)一家一級(jí)企業(yè)技術(shù)負(fù)責(zé)人，從新招聘的幾人中選出二人專(zhuān)攻 CAD三維設(shè)計(jì)，公司所有的圖集讓其畫(huà)了一遍，一是投標(biāo)之用，二是培養(yǎng)新人。三個(gè)月后，明顯感覺(jué)有三維設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)師對(duì)系統(tǒng)的理解能力更強(qiáng)，這是因?yàn)?CAD三維具有直觀的表達(dá)功能，對(duì)新入門(mén)的設(shè)計(jì)師能夠更快的理解設(shè)計(jì)意圖，幕墻設(shè)計(jì)圖往往是平面表達(dá)，且不符合機(jī)械制圖視圖在一張圖中布局的習(xí)慣。有的設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)僅僅是平剖或豎剖，需要有一定的經(jīng)驗(yàn)才能看懂。因此可以適當(dāng)擴(kuò)大 CAD三維設(shè)計(jì)在培養(yǎng)設(shè)計(jì)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(zhuān)業(yè)人才的專(zhuān)業(yè)知識(shí)才能發(fā)揮其功效，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)，有針對(duì)性的對(duì)不同方向進(jìn)行深入研究，成倍甚至幾何級(jí)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(huà)焊逢、角碼、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(qiáng)大功能，但也有人士認(rèn)為 CAD技術(shù)的濫用會(huì)使建筑設(shè)計(jì)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(jì)過(guò)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(gè)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(gè)性,以及設(shè)計(jì)師筆下流露的特有的感覺(jué)。
其實(shí)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(lái)的時(shí)候，不要只是歡呼，將節(jié)約的時(shí)間更多的投入到外立面的方案創(chuàng)意、幕墻系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、藝術(shù)氣息濃郁的手繪圖，揚(yáng)長(zhǎng)避短，將此項(xiàng)目技術(shù)發(fā)揮極致。
幕墻行業(yè)是介于建筑與機(jī)械之間的一個(gè)行業(yè)，對(duì)手繪圖要求不高也不多，有很大一部分時(shí)間是用來(lái)繪制平立面圖紙、節(jié)點(diǎn)圖或加工圖，其中有相當(dāng)一部分工作是通用的，CAD可以進(jìn)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(shuō)，CAD技術(shù)更適用于幕墻行業(yè)。
七．結(jié)束語(yǔ)
有的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)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(guò)多，往往不能適應(yīng)幕墻行業(yè)快速發(fā)展的形勢(shì)，有的人動(dòng)手能力很強(qiáng)，表達(dá)能力很弱，對(duì)自己想要表達(dá)的設(shè)計(jì)意圖無(wú)法準(zhǔn)確描述；有的技術(shù)管理者嘴上功夫一流，但實(shí)際操作技能卻日漸荒廢，只能靠經(jīng)驗(yàn)或大腦想象，當(dāng)遇到無(wú)先例可詢的案例，則往往無(wú)計(jì)可施。當(dāng)各個(gè)行業(yè)都在費(fèi)盡心思尋找復(fù)合型人才時(shí)，幕墻行業(yè)也不例外。希望廣大的設(shè)計(jì)從業(yè)者，能耐下心來(lái)，專(zhuān)注于設(shè)計(jì)，作到眼高、手高，只有這樣才能成為一個(gè)設(shè)計(jì)行業(yè)的高手，當(dāng)基本技能提高以后，對(duì)復(fù)雜項(xiàng)目的設(shè)計(jì)感受更深刻，自信心相應(yīng)提高，與業(yè)主、設(shè)計(jì)院談判，都能作到游刃有余；所以當(dāng)我們?cè)俅位剡^(guò)頭來(lái)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。
