BIM技術(shù)在復(fù)雜異形曲面設(shè)計中的應(yīng)用研究

該項目為銅仁機(jī)場航站樓改擴(kuò)建工程，其規(guī)劃建設(shè)用地面積為58000㎡，總建筑面積11887.35㎡，總高度為19.9m，地上二層，設(shè)計使用年限為50年。項目的設(shè)計者采用了當(dāng)?shù)胤鸾涛幕械镍P凰轉(zhuǎn)世主題，采用雙軌掃掠，曲面翻轉(zhuǎn)的手段使得機(jī)場整體造型形似佛教中的法螺，寓意鳳凰轉(zhuǎn)世，生生不息。俯瞰又猶如鳳凰的轉(zhuǎn)世吉鳥——孔雀。機(jī)場表面的金屬鋁板隨形體變化或舒張或緊收，在陽光的照耀下宛如孔雀絢麗多姿的羽翼。

BIM技術(shù)應(yīng)用背景1、該工程項目的一個重難點在于如何將建筑設(shè)計師的意向性概念轉(zhuǎn)化為可供實際操作的施工方案。
2、復(fù)雜的異形曲面，每點的法線方向都可能存在不同，幕墻安裝完后嵌板之間的間距縫隙是否可以既滿足防水等功能需要，又能充分保證設(shè)計師的預(yù)期效果，做到不走樣不變形。
3、項目的工期相對較為緊張，使用常規(guī)現(xiàn)場方式對幕墻安裝位置進(jìn)行定位，需要等結(jié)構(gòu)網(wǎng)架施工完畢才可以進(jìn)行，同時又面臨定位信息與重復(fù)計算量大的問題。
4、為適應(yīng)曲面造型，幕墻嵌板存在大小尺寸不一的情況，常規(guī)現(xiàn)場裁剪安裝的方式，既無法滿足工期需要，又容易造成施工誤差累積。
基于以上種種客觀存在的問題，我們將目光轉(zhuǎn)移到了BIM技術(shù)上，希望通過BIM技術(shù)做到：更早時間的得到幕墻安裝的定位信息，已保證施工時間；幕墻嵌板的準(zhǔn)確預(yù)制數(shù)據(jù)，方便提前加工，減少現(xiàn)場施工誤差；更加合理優(yōu)化的幕墻排布方式，既能保證原設(shè)計方案效果的實現(xiàn)，又能減少成本預(yù)算的增加。

BIM應(yīng)用情況介紹在本項目中幕墻的安裝基于結(jié)構(gòu)網(wǎng)架之上，因此第一步我們通過BIM技術(shù)，準(zhǔn)確還原了結(jié)構(gòu)網(wǎng)架模型，使每一個結(jié)構(gòu)節(jié)點數(shù)據(jù)精確數(shù)據(jù)化。

網(wǎng)架平面圖

在結(jié)構(gòu)模型精確建立的基礎(chǔ)上，我們通過 Grasshopper 的數(shù)據(jù)控制功能，將固定尺寸的幕墻嵌板進(jìn)行初次排布，保證嵌板的固定點均可與結(jié)構(gòu)節(jié)點法線擬合。在初次排布劃分之后，我們發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)嵌板邊角存在四點不共面的情況。四點中的任意一點距離其它三點構(gòu)成的平面的距離為該點的翹曲值。該值若過大將影響原設(shè)計方案效果表現(xiàn)，又造成施工困難。
為此針對這項問題我們對幕墻劃分進(jìn)行了二次優(yōu)化。通過對 Grasshopper 源代碼進(jìn)行二次編寫，對翹曲值超值的位置進(jìn)行全局檢索。通過對檢索數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，排查幕墻面板劃分不合理的區(qū)域進(jìn)行對應(yīng)優(yōu)化。盡可能用標(biāo)準(zhǔn)單元代替非標(biāo)準(zhǔn)單元，合理優(yōu)化嵌板尺寸類型數(shù)量，降低設(shè)計、施工難度，從而節(jié)省造價和提高施工質(zhì)量。

幕墻劃分效果

優(yōu)化完成后對劃分節(jié)點位置，進(jìn)行施工工藝建模模擬，完美精確的復(fù)制實際安裝構(gòu)件，從而為統(tǒng)計幕墻嵌板定位信息，預(yù)制加工尺寸，龍骨桿件長度等信息提供基礎(chǔ)，方便后續(xù)預(yù)制加工與安裝施工。
在幕墻連接和細(xì)部構(gòu)造方面，我們對鋁單板的連接進(jìn)行了優(yōu)化，在布置鋁單板時，鋁單板側(cè)邊垂直于所在位置的結(jié)構(gòu)控制面，鋁單板角點指向龍骨交點、邊緣與龍骨走向吻合，使得連接件可以順利穿過膠縫連接到龍骨上，方便鋁單板與龍骨的連接。

鋁單板與膠縫的對應(yīng)關(guān)系示意圖

屋面幕墻細(xì)部構(gòu)造

BIM應(yīng)用效果
在設(shè)計過程中，利用BIM技術(shù)建立三維設(shè)計模型，在建模過程中能及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計中存在的問題，并且利用BIM技術(shù)可視化的特點可以隨時和項目各參與方進(jìn)行溝通和模型調(diào)整，大大的提高了設(shè)計的效率。在施工階段，對于復(fù)雜異形曲面來說，通過BIM技術(shù)的應(yīng)用，在施工前對復(fù)雜曲線部分進(jìn)行施工模擬，對特殊節(jié)點進(jìn)行細(xì)部處理，從而避免了在施工現(xiàn)場可能會出現(xiàn)的放樣、安裝等各種問題。