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BIM技术在复杂幕墙工程设计及施工中的应用.doc

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BIM 技 术 在复 杂 幕 墙 工程 设 计 及 施工 中 的应用 张晓 浙 江 立兴 造 价师 事 务所 有 限责 任 公司 摘 要: 随着建筑高度增加、 建筑外形复杂化的趋势出现, 给幕墙设计和施工带来了很大 的 难度和风险。BIM 在建筑工程领域的广泛应用, 已经成为解决幕墙设计和施工 过程中复杂方案的设计、 材料表自动生成和施工现场指导复杂幕墙施工过程的主 要工具。尤其是对于复杂幕墙的设计和施工, BIM 技术的应用具有明显的优势。 本文对BIM 技术在复杂幕墙工程设计及施工中的应用进行探讨, 并以工程案例 作为说明。 关键词 : BIM; 幕墙; 应用; 1 前言 BIM 技术广泛应用于工程建设领域, 在工程设计、 工程施工和工程项目管理领域 都有广泛的应用和实践。 尤其是近些年来, 我国的工程建设速度发展, 随着市场 经济的不断发展, 人们对建筑的功能性要求也越来越高, 大型建筑和超高层建 筑的出现恰好满足了大众的这种心理, 如雨后春笋般林立而起, 成为城市或地 区的标志。 这些建筑往往具有一个共同的特征, 即运用幕墙结构作为建筑的外形 装饰材料。 幕墙结构不仅能够突出建筑物的气质, 而且能够将建筑立面与功能完 美统一, 适合现代化建筑的需求。 幕墙工程由工 程设计、 加工制造、 施工安装等 一系列工序紧密相连, 需要各工序间交叉配合与协调管理。 但是, 复杂的建筑外 形和不完善的项目管理程序给幕墙工程带来了很大难题。BIM 以出色的资源整合 能力、可视化的空间模型设计能力及工程协调能力给幕墙工程带来了巨大帮助, 推动幕墙行业向更高的层次发展[1]。 2 BIM 技术在 幕墙设 计及施工过程中的应用现状 2.1 幕墙 的分类 幕墙并不属我国的传统建筑材料, 随着建筑高度的增加, 对于建筑外立面的美 观等要求增多, 于是出现了幕墙工程, 利用幕墙来实现建筑外立面的美观、保 温、 隔热等功能。 目前 幕墙的分类方法主要按照材料分类和按照施工工艺分类两 种。按照材料进行分类可以分为玻璃、金属、石材、陶土四种;按照施工工艺分 类可以主要分为框架式、半单元式和单元式三种[2], 不同类别的幕墙具有不同 的优势和劣势, 如表 1 所示。 2.2 BIM 技 术在复 杂幕墙 的设 计及设 计管 理中的 应用 现状 一方面, 利用BIM 技术可以给设计人员提供一个三维可视化的设计工具, 通过 BIM 工具来进行三维可视化的设计工作, 有助于设计师在设计过程中更有画面 感, 能够在设计的过程中发现出碰撞冲突等问题。 因为幕墙工艺对于施工过程中 安装的准确性要求更高, 在幕墙的拼装过程中, 如果出现了施工图纸错误的问 题很容易造成幕墙材料浪费和施工工艺质量问题[3]。因此, 在设计阶段利用 BIM 三维可视化的设计优势, 有助于减少这种因为设计师设计经验不足而造成 的设计冲突。 表1 幕墙特点对比 下载原表 另一方面, 幕墙的施工过程中参与的各方主体众多, 通常情况下, 规模较大的 幕墙工程设计主要由设计院、 幕墙专业顾问、 施工总承包方、 幕墙施工企业四方 参与完成, 前三者负责技术的监督、 审批, 施工图深化设计的质量控制则主要由 施工企业负责。 不同责任主体之间可以通过统一的 BIM 设计管理平台进行审核校 核的工作, 可以实现信息的实时传递, 减少因为信息沟通不畅造成的信息损失、 信息浪费和信息失真现象。 2.3 BIM 技 术对复 杂幕墙 的预 制装配 应用 幕墙的施工技术多采用工厂的预制加工, 施工现场的单元式或 构件式的拼装过 程。 拼装的过程中难度高。 目前, BIM 模拟并指导施工的技术多应用在机电专业, 正是因为机电专业同样是安装工程居多。 利用 BIM 模拟施工可以有效地发现施工 过程中的矛盾冲突, 提前进行施工方案的优化, 把问题消除于无形之中[4]。幕 墙工程与机电工程在施工的过程中有相似性, 因此利用BIM 技术于幕墙的施工 模拟并指导安装, 一方面可以优化施工方案, 另外一方面可以通过施工模拟的 过程对工人进行培训, 通过这种可视化的施工培训可以快速提 高施工人员的施 工技能, 保证工程的施工质量。 3 工程案例 3.1 项目 概况 本文通过某集团办公大楼玻璃幕墙施工项目来进行 BIM 技术应用于复杂幕墙的 设计和施工分析。 项目为地上建筑面积约为 20 万平方米的商业办公楼, 分为A、 B 两栋办公楼, A 楼高度为 200 余米、B 楼高度 150 余米。建筑外墙主要由玻璃 幕墙和陶土板组成, 由于建筑外形复杂, 有将近一半的建筑外墙是不规则的玻 璃幕墙, 给幕墙的设计和施工带来了不小的挑战。图 1 为该项目效果图。 3.2 BIM 技 术应用 于幕墙 设计 目前国内幕墙市场, 框架式幕墙与单元式幕 墙占有主要地位。 框架式幕墙大多是 在工厂中按照既定标准和流程, 再按照时间计划, 在现场根据图纸进行逐件装 配, 在这一过程中对残次品进行修复和二次加工, 所以框架式幕墙施工技术更 加成熟。 单元式幕墙是一种适用于快节奏的建筑行业市场的幕墙形式。 单元式幕 墙的最大特点是其将每个幕墙单元独立提出, 在工厂完成此单元的独立加工, 在主体施工结束后进行现场拼装即可, 比其他类型的幕墙更适应建筑市场。 全部 构件均在工厂按图要求生产组装, 再在现场利用建筑主体预留挂点和连接件直 接连接安装。 值得说明的是, 单元式幕墙的安装可以与建筑主体结构施工并行, 能够极大地提高施工效率。 图1 某项目幕墙设计效果图 下载原图 通过对比分析两种幕墙结构的优点和不足之处, 本项目选择了单元式幕墙为主 要的结构形式, 并展开设计。通过 BIM 技术进行设计实现了如下几个方面的功 能: (1) BIM 可 视化设 计。 通过BIM 技术进行可视化的设计, 为设计师提供了良好的空间效果, 防止在设 计过程中产生的碰撞。除此之外, BIM 还有强大的数据集成的功能, 通过BIM 的 数据集成功能, 把幕墙构件的所有信息集成在 BIM 模型中, 方便了各方主体的 监督与管理, BIM 设计单元、幕墙设计如图 2 所示。 (2) 节能 分析。 幕墙设计需要满足各种计算要求, BIM 模型可以提供这些计算需要的数据信息。 通过模型的计算, 模拟建筑的光照条件、 室内环境、 幕墙的保温效果, 进行建筑 的节能计算, 通过模拟计算得出设计方案的优化措施, 保证在全寿命周期中建 筑的经济性。 图2 幕墙设计单元图和幕墙设计效果图 下载原图 (3) 协同 设计。 设计是牵一发而动全身的过程, BIM 技术可以将数据信息融合在一个模型中, 让 建筑的所有参与单位按需提取。所有阶段都可以在这个平台中增加或完善信息。 例如建筑师更改一个窗的形状, 建筑模型中的窗立即会随之更新。 各方主体可以 在同一个模型中协作, 例如造价单位可以通过模型中加入构架采购信息, 控制 工程造价。 工程的开发单位应是 BIM 技术的主导方, 联合设计单位及施工单位共 同参与协同工作系统。 3.3 BIM 技 术应用 于幕墙 施工 施工方案是指导施工的基础, 包含了大量的施工所需信息, 例如施工工序、 施工 工艺、 施工时间、 机械 安排、 人员调配等信息 。BIM 模型的四维模拟 是通过对构 件之间的约束关系的定义, 实现对整个工程施工顺序的模拟。 与其他常规的模型 软件不同, BIM 软件的功能更为强大。通过数据信息的共享, 不仅能够反复多次 地指导施工工序, 而且可以随时提取工序中的构件信息, 四维的施工工序将繁 琐的施工方案用空间模型方式表达, 实现施工工序合理化、 项目进度可控制、 劳 动力资源可调配等作用。 并在施工前期, 将可视化成果向建设中的所有参与单位 展示。BIM 技术应用于幕墙施工主要有以下几个方面。 (1) 施工 流程优 化——4D 施 工模拟 。 通过BIM 技术进行幕墙设计, BIM 模型中集成了数据信息, 在施工模拟阶段通过 Navisworks 软件把信息模型同施工进度信息进行关联, 就形成了3D 模型+时间 维度形成4D 施工进度模拟, 通过施工进度的模拟可以直观地看到施工进度, 调 整施工进度中不合理的地方。 另外, 可以通过施工进度进行精细化的施工步骤安 排, 合理安排施工组织方案, 如图3 所示。 图3 navisworks 施工模拟 下载原图 (2) 施工 过程中 的碰 撞分 析。 施工碰撞分析, 不仅能 够发现因为设计失误造成的误差, 也能够发现施工工作 面空间不够, 施工过程中因为施工顺序不同而造成的施工过程中的施工碰撞, 从而避免了施工过程中的返工、工期延误等问题。 (3) 施工 界面的 有序 分割 。 幕墙工程与主体结构工程及机电工程密不可分, 如何划分幕墙工程与其他专业 施工的界面, 提前排除碰撞冲突, 避免产生工序混乱等问题一直存在。BIM 技术 的四维模拟工序将幕墙工程与整个施工进度按照实际施工情况规划区分, 形成 系统的工序及施工分区。 幕墙工程应该何时介入、 何时开始加工制作、 如何协助其他专业完成与幕墙单元的封口, BIM 软件都可以提供详细的信息数据, 作为各 项工作的协调沟通工具。 (4) 施工 过程中 的幕 墙板 块及 材料更 换指 导。 因为BIM 模型包含了数据信息, 每个幕墙单元具有唯一的识别码, 当施工过程 中可以有针对性地调取其中的单个幕墙单元进行详细查看, 通过查看幕墙型号、 幕墙连接件的情况, 可有效地指导施工, 省去了查阅大量二维图纸的麻烦。 (5) 施工 人员的 三维 可视 化培 训。 施工人员的专业水平, 直接决定了施工过程中的工序质量, 通过三维可视化的 施工过程模拟, 给工人进行可视化的施工专业技能培训, 通过这种简单直 观的 培训, 更加有针对性地了解工程的整体概况和施工技术要求, 能够快速使工人 掌握施工技能。 4 结论与展望 应用BIM 技术, 推进信息化管理, 是幕墙企业主动适应市场变化、 促进企业发展 的必然趋势, 也是提升企业实力和集成管理能力的必然需求。 通过技术研发, 幕 墙产业一方面可以实现技术、 管理、 项目经营 的风险控制, 另一方面也解决了复 杂幕墙工程施工材料的高损耗问题, 从而缓解项目严峻的资金成本问题。BIM 技 术被引入大型的复杂项目, 通过三维协作平台及可视化信息传递方式, 可以为 实现设计、施工一体化提供良好的技术平 台及解决方案。 参考文献 [1] 刘占省, 马锦姝, 卫启星, 等.BIM 技术在徐州奥体中心体育场施工项目管 理中的应用研究[J]. 施工技术, 2015, 44 (06) :35-39. [2] 梁少宁.基于BIM 的 幕墙工程集成化应用[D].华南理工大学, 2015. [3]Jonathan Kerry, 钟聪明, 李婉莹, 等. 北京CBD 核心区Z6 地块项目主塔楼 结构设计和研究[J]. 建筑结构, 2015 (24) :44-52. [4] 王婷, 池文婷.BIM 技术在4D 施工进度模拟的应用探讨[J].图学学报, 201, 36 (02) :306-311.
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