基于bim技術(shù)的復(fù)雜異形建筑幕墻施工技術(shù)研究

基于bim技術(shù)的復(fù)雜異形建筑幕墻施工技術(shù)研究

1共享區(qū)地理位置國家網(wǎng)絡(luò)安全人才和創(chuàng)新基地（一期）位于武漢市臨機場經(jīng)濟技術(shù)開發(fā)區(qū)周河河岸邊，靠近臨機場大道和四環(huán)線（圖1），距武漢天河機場15公里。該項目包括多個功能區(qū)，如共享區(qū)域、網(wǎng)絡(luò)安全研究所、網(wǎng)絡(luò)安全人才培訓(xùn)中心、網(wǎng)絡(luò)安全學(xué)院和大型數(shù)據(jù)處理中心?？偨ㄖ娣e211ha，總建筑面積150萬米。展示中心是共享區(qū)的重要窗口，位于網(wǎng)安基地共享中心區(qū)的東側(cè)（圖2）。項目長寬各99m，高17.3m，總建筑面積2.5萬m2光頂設(shè)計施工難點及定向bi解決方案對已有的理論鋼構(gòu)模型與建筑表皮進行合模碰撞檢測，經(jīng)檢驗表皮與異形網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)之間無干涉情況，構(gòu)造距離基本滿足設(shè)計要求（圖11）。2.1.2網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)施工偏差評估本項目的主體結(jié)構(gòu)是由變截面四邊形扭轉(zhuǎn)鋼通（圖12）編織成的大網(wǎng)，單根變截面鋼通采取先分片按結(jié)構(gòu)加工模型裁片塑形，后整體焊接成型的工藝。網(wǎng)架主體則是預(yù)先在加工廠按照結(jié)構(gòu)模型加工組裝成“爬梯形”單元（圖13），運輸至現(xiàn)場后，在現(xiàn)場定位焊接相鄰“爬梯形”單元的橫向連接桿，完成整體的成型拼裝（圖14）。經(jīng)現(xiàn)場觀察，工廠加工的“爬梯形”單元精度控制相對較好，但現(xiàn)場吊裝組合焊接時可能和理論存在較大偏差。(1）施工偏差評估。為確定施工完成后網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)的實際狀態(tài)，明確設(shè)計方向，此處引入三維激光掃描儀，對局部最異形部位進行掃描分析（圖15,16），通過對掃描結(jié)果與理論模型合模比對（圖17），發(fā)現(xiàn)實際完成網(wǎng)殼與理論模型狀態(tài)確實存在較大偏差，不滿足幕墻構(gòu)造可調(diào)節(jié)范圍。(2）網(wǎng)殼溫度變形評估。采光頂異形網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)跨度大，且為了達到建筑通透的效果，網(wǎng)架截面選取富余較小，結(jié)構(gòu)施工時正值武漢炎熱的八月中旬，為評估結(jié)構(gòu)受到的溫度影響，此處采用全站儀對完工后的結(jié)構(gòu)進行監(jiān)測。具體方法為選3個關(guān)鍵特征點，在天氣晴朗的數(shù)據(jù)采集日，使用全站儀定站位分別測量特征點6:30、10:30、15:00和18:30的空間坐標(biāo)點數(shù)據(jù)并記錄。以6:30測得數(shù)據(jù)作為基期與后期數(shù)據(jù)進行比較，并在模型中分析出點位對應(yīng)偏差（表1）。為采光頂構(gòu)造縫寬設(shè)計提供寶貴的數(shù)據(jù)支撐，同時將數(shù)據(jù)反饋給設(shè)計院，與其理論變形計算結(jié)果進行對照檢驗。2.2表皮逆向重構(gòu)為滿足建筑師對采光頂構(gòu)造的效果要求，采光頂表皮需要與結(jié)構(gòu)保持一個恒定的構(gòu)造距離，經(jīng)過前期結(jié)構(gòu)評估得出結(jié)論：理論表皮無法滿足項目設(shè)計要求，需根據(jù)結(jié)構(gòu)實際復(fù)測數(shù)據(jù)進行表皮的逆向重構(gòu)（圖18）。對已經(jīng)完成重構(gòu)的表皮進行分格（圖19）。再通過Grasshopper最優(yōu)解算法（圖20）對分格后的單個小板塊進行分析優(yōu)化，在保證采光頂外觀平滑、玻璃安裝低預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下將原全雙曲的玻璃板塊優(yōu)化成以單曲為主，雙曲與平板為輔的最終加工狀態(tài)（圖21）。2.3彩釉的參數(shù)化產(chǎn)品品質(zhì)在采光頂玻璃上，建筑師傾向于加入漸變彩釉元素，并且漸變的彩釉點大小及間距同時發(fā)生變化。這種復(fù)雜的組合效果依靠人力難以描繪，于是此處將彩釉的生成邏輯制作成參數(shù)化生成模塊，通過調(diào)整輸入?yún)?shù)迅速改變彩釉的表現(xiàn)形式，最終達到建筑師滿意的程度。由于彩釉需要根據(jù)不同間距和大小精準(zhǔn)置于不同的小曲面之上，經(jīng)與效果圖技術(shù)人員溝通，用3DMax較難實現(xiàn)漸變彩釉1:1效果展示。于是此處再次借助強大的Rhino+Grasshopper平臺，精確到每一個彩釉點，對彩釉的狀態(tài)進行模擬，生成簡易但精確的效果圖，為最終彩釉效果的確定作出了巨大貢獻（圖22）。2.4c/d/p-a/cs/b/c本項目采光頂相鄰玻璃板塊大小形狀類似，由于有3種不同玻璃配置，8種不同的彩釉形式，總共12種類型，綜合排布較為復(fù)雜（圖23），一套清晰明確、方便現(xiàn)場識別檢驗的編號系統(tǒng)對項目的順利推進有巨大作用。所采用編號系統(tǒng)的形式為G(n)-C(0～7)-s/d/p-a/b/c；其中第一項G(n)代表板塊所在的位置序號；第二項c(0～7)代表8種玻璃彩釉類型，具體對應(yīng)關(guān)系參照CAD彩釉樣板；第三項s/d/p依次代表雙曲、單曲、平板；第四項a/b/c依次代表12mm(LOW-E)+12A+10mm+2.28PVB+10mm、10(LOW-E)+12A+8mm+2.28PVB+8mm、8mm(LOW-E)+12A+8mm+2.28PVB+8mm三種厚度配置。例如編號為G1450-c7-d-c的板塊表示：位于G1450位置上的玻璃板塊；彩釉形式為滿版彩釉；玻璃類型為單曲；玻璃厚度配置為8mm(LOW-E)+12A+8mm+2.28PVB+8mm。這種編號的優(yōu)點在于，現(xiàn)場施工人員或復(fù)檢人員能夠在不查閱相關(guān)清單的情況下，根據(jù)編號直觀地讀出玻璃板塊的基本信息。2.4.2用人字碼表示板塊朝東方向的信息傳遞路徑本項目采光頂總共有2680個玻璃板塊，基準(zhǔn)投影模數(shù)雖然是1.5m×1.5m，但是由于曲面的扭曲變形，最大面積為5.5m經(jīng)與玻璃廠家溝通，成功打通了板塊落位朝向信息傳遞路徑。具體方法為在BIM板塊加工建模時，在板塊朝東的方向上設(shè)置一個參照點（圖25），玻璃廠家按照模型加工板塊時，會使用激光將廠家Logo打印在模型中有方向參照點的角上，最后在有Logo的玻璃角上粘貼玻璃編號標(biāo)簽（圖26）。這樣一來在不增加成本的情況下，現(xiàn)場安裝人員在板塊吊裝時能輕松識別板塊落位狀態(tài)（圖27～29），提升了現(xiàn)場的安裝效率，確保安裝準(zhǔn)確無誤，得到了現(xiàn)場安裝人員的好評。2.5無龍高效設(shè)計對象的選擇采光頂主體鋼結(jié)構(gòu)通過變截面鋼通來適應(yīng)造型變化。幕墻龍骨順應(yīng)整體造型，理論應(yīng)為彎扭狀態(tài)，但彎扭造型的龍骨加工難度大、加工周期長、成本高，如果按一般項目優(yōu)化方法，將5000余根長短各不相同雙向彎扭的型材擬合成標(biāo)準(zhǔn)圓弧，現(xiàn)場施工人員想要按編號從一堆材料中找到自己將要用到的相鄰的型材，也是較為困難的。經(jīng)過對本項目造型的深入研究，結(jié)合參數(shù)化手段進行分析，發(fā)現(xiàn)可以根據(jù)原始龍骨彎扭程度的不同，在構(gòu)造允差范圍內(nèi)，將其用1～3根不同長度的折線型材進行擬合替代，將原5000余根彎扭型材替代為8000余根長短不同的折線型材。至此繼續(xù)深入，利用參數(shù)化歸并算法，將8000根長度各不相同的折線型材進行二次優(yōu)化，最終歸并為51種不同的規(guī)格（圖30,31）。考慮施工分區(qū)，每次加工中心向現(xiàn)場的供料種類在10余種左右?？紤]讓現(xiàn)場安裝操作更加簡單化，從BIM模型中導(dǎo)出了帶板塊編號信息、龍骨尺寸信息和相關(guān)安裝定位信息的龍骨安裝定位平面圖（圖32）?，F(xiàn)場施工人員只需拿著這張圖，根據(jù)長度數(shù)據(jù)提取龍骨，找到板塊對應(yīng)的位置進行安裝即可。此項技術(shù)優(yōu)化的應(yīng)用，使得傳統(tǒng)認(rèn)知擁有高難度的異形龍骨的加工、物料管控、施工環(huán)節(jié)變得“極其普通”，產(chǎn)生了巨大的綜合效益。3bim技術(shù)應(yīng)用的特點國家網(wǎng)絡(luò)安全基地展示中心項目的BIM設(shè)計實踐，主要著眼于BIM技術(shù)在復(fù)雜幕墻項目設(shè)計和施工中的落地與創(chuàng)新。整合幕墻項目在建筑設(shè)計、幕墻構(gòu)造深化及現(xiàn)場施工中的技術(shù)特點，細(xì)心研究特定項目個體的技術(shù)參數(shù)特征，針對具體項目的難點定制BIM創(chuàng)新解決方案。本項目通過靈活創(chuàng)新的BIM技術(shù)應(yīng)用，降低了工程造價和建設(shè)難度，使魔幻的建筑效果完美呈現(xiàn)。如今該項目已經(jīng)屹立于國家網(wǎng)安基地之中，得到了業(yè)主的認(rèn)可和社會的好評。依附