江蘇大劇院屋面及外部裝飾工程（二標(biāo)段）BIM技術(shù)應(yīng)用

葉永輝

佛山華構(gòu)南方建筑幕墻設(shè)計(jì)有限公司 廣東 佛山 528000

1 工程概況

江蘇大劇院整體外形設(shè)計(jì)取意為“荷葉上的水滴”，漂浮在生態(tài)綠野之上的四顆水珠，四顆“水珠”分別容納了歌劇廳、戲劇廳、音樂廳、綜合廳等主要功能，全部坐落在一個(gè)公共活動(dòng)平臺(tái)之上。外立面采用金屬屋面和玻璃立面設(shè)計(jì)，使熠熠生輝的鈦金板幕墻和晶瑩剔透的全玻璃幕墻渾然一體，呈現(xiàn)“圓潤(rùn)剔透，靈動(dòng)匯聚，水波涌動(dòng)”之意[1]。

考慮到此項(xiàng)目的復(fù)雜性和重要性，保證此項(xiàng)目按時(shí)保質(zhì)完成，通過引進(jìn)BIM技術(shù)并利用其功能和特點(diǎn)，指導(dǎo)深化設(shè)計(jì)、施工階段、生產(chǎn)加工和后期應(yīng)用管理。并通過參數(shù)化建模，大大減少了煩瑣的人工操作和潛在錯(cuò)誤，實(shí)現(xiàn)工程量信息與設(shè)計(jì)方案的完全統(tǒng)一，完美呈現(xiàn)項(xiàng)目設(shè)計(jì)效果。

圖1 建筑效果圖

2 BIM在深化設(shè)計(jì)上的應(yīng)用

BIM技術(shù)可使設(shè)計(jì)參數(shù)化。在BIM軟件中完成建筑外殼分板，定位結(jié)構(gòu)形式和位置，劃分幕墻，以及確定經(jīng)度、緯度總長(zhǎng)度和劃分?jǐn)?shù)等可調(diào)參數(shù)，由參數(shù)控制的建筑形體便于設(shè)計(jì)師依據(jù)專業(yè)分析結(jié)果，快捷地完成調(diào)整，高效、直觀[2]。

在深化設(shè)計(jì)階段，使用Rhino軟件建立外立面表皮模型，然后通過Rhino軟件將其導(dǎo)入Revit模型，與建筑結(jié)構(gòu)模型整合為一個(gè)整體。之所以選擇Rhino來深化建筑表皮模型，是因?yàn)榻ㄖ蟛糠质乔嬖煨?，Rhino軟件在曲面三維建模上有很大的優(yōu)勢(shì)，功能強(qiáng)大。

Rhino軟件是一款基于NURBS的造型軟件，具有非常強(qiáng)大曲面建模功能，可以在Windows系統(tǒng)中建立、編輯、分析和轉(zhuǎn)換NURBS曲線、曲面和實(shí)體，不受復(fù)雜度、階數(shù)以及尺寸的限制。并且Rhino軟件跟AutoCAD、Revit等軟件有對(duì)接接口，可以互相導(dǎo)入，進(jìn)行無縫鏈接（類似CAD里面的外部引用），具有良好的兼容性。配合Grasshopper插件，還可以實(shí)現(xiàn)參數(shù)化建模，使修改模型變得相當(dāng)容易快捷，通過鏈接功能，在Rhino里面的修改內(nèi)容能夠馬上反映到Revit軟件里面；以便于與建筑院的協(xié)同工作[3]。

直立鎖邊板排版設(shè)計(jì)，排版方式是否合理，對(duì)整個(gè)屋面工程的施工效率、工期有重要影響。屋面造型、屋面曲率分析、等高線分析、屋面坡度分析直接影響到屋面板的排版及排水。采用rhino參數(shù)化軟件將屋面劃分單元進(jìn)行曲率分析，并進(jìn)行屋面板空間三維排版；同時(shí)對(duì)每單元?jiǎng)澐值陌鍓K進(jìn)行三維量化分析和優(yōu)化，確保每單元板塊能滿足生產(chǎn)加工和現(xiàn)場(chǎng)安裝的要求。

金屬板外表皮設(shè)計(jì)，根據(jù)對(duì)原建筑模型的綜合分析，本工程屋面表皮為三維空間曲面，且左右不對(duì)稱。我們以此原則重建建筑、結(jié)構(gòu)表皮。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步建立屋面的分格及其各種構(gòu)件模型。雙曲面轉(zhuǎn)換成平面網(wǎng)格，這個(gè)可以在Revit里面進(jìn)行，利用Revit將表皮劃分成一個(gè)個(gè)網(wǎng)格，對(duì)應(yīng)于屋面板塊的分格，這樣屋面板塊被分成一個(gè)個(gè)的平面板塊。屋面系統(tǒng)模型主要包括金屬板、支撐龍骨、直立鎖邊板、固定支座、次檁、主檁及檁托等構(gòu)件內(nèi)容。

同樣，導(dǎo)入Revit軟件并利用其強(qiáng)大的信息統(tǒng)計(jì)功能，對(duì)每一個(gè)屋面系統(tǒng)、采光頂系統(tǒng)的構(gòu)件、嵌板進(jìn)行編號(hào)，并對(duì)其定位坐標(biāo)、顏色、材質(zhì)、加工尺寸和到場(chǎng)時(shí)間等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)梳理，可以方便快捷的導(dǎo)出板塊清單、材料清單[4]。

專業(yè)協(xié)調(diào)是BIM的基礎(chǔ)應(yīng)用和核心功能，從軟件的操作上可以簡(jiǎn)單地理解為將各專業(yè)模型匯總后做碰撞檢測(cè)。屋面工程的工序是在具備完整的主體結(jié)構(gòu)后開始施工，可與機(jī)電工程并行施工。屋面專業(yè)與其他各專業(yè)在空間占位上聯(lián)系緊密。復(fù)雜幕墻系統(tǒng)通過BIM加強(qiáng)了如下空間占位管理：

（1）屋面系統(tǒng)主檁通過檁托將荷載傳遞到主鋼結(jié)構(gòu)，BIM可以檢查結(jié)構(gòu)梁尺寸是否滿足檁托安裝，避免屋面安裝時(shí)與主鋼結(jié)構(gòu)發(fā)生沖突情況發(fā)生；

（2）BIM能處理好屋面工程與精裝修的空位關(guān)系問題，如二次隔墻與屋面龍骨的對(duì)位關(guān)系、檢修孔與檢修走道的位置關(guān)系等；

（3）屋面專業(yè)與機(jī)電專業(yè)協(xié)調(diào)，如在施工圖設(shè)計(jì)時(shí)樓體泛光照明系統(tǒng)方案無法完善，其線路與燈具的布局就需要與屋面專業(yè)在施工二次深化設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行協(xié)調(diào)；屋頂機(jī)電設(shè)備布置密集與本專業(yè)需要大量的協(xié)調(diào)工作等；

（4）屋面與標(biāo)識(shí)的專業(yè)協(xié)調(diào)，如主體建筑LOGO與屋面系統(tǒng)的關(guān)系；

（5）屋面與景觀的專業(yè)協(xié)調(diào)，如屋面與景觀地面收口的交接。

項(xiàng)目的實(shí)施過程中出現(xiàn)了設(shè)計(jì)“不一致”問題或者施工過程中產(chǎn)生新的空間占位問題，協(xié)作方通過開協(xié)調(diào)會(huì)，提出解決辦法，出具變更，這是傳統(tǒng)的做法。然而BIM模型可以真實(shí)地還原物理空間，在計(jì)算機(jī)里處理設(shè)計(jì)階段的碰撞問題，項(xiàng)目合作各方進(jìn)行討論協(xié)調(diào)，使這些問題更早暴露，并在早期解決。

圖2 建筑整體模型

3 BIM在施工上的應(yīng)用

江蘇大劇院異型的結(jié)構(gòu)在平面圖中也很難表達(dá)，而在三維模型中，可以展現(xiàn)大劇院特有的雙曲面造型。在施工與檢測(cè)中，現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核三維坐標(biāo)跟設(shè)計(jì)模型坐標(biāo)做對(duì)比。工程具體實(shí)施過程當(dāng)中，由于整體造型為弧形、類橢圓錐形狀，使得每一塊鈦金板及玻璃都有其自身尺寸，相互之間不能代替更換。通過BIM技術(shù)的應(yīng)用可以自動(dòng)生成帶編號(hào)和三維空間坐標(biāo)的加工圖紙，通過精確測(cè)量技術(shù)、誤差消減技術(shù)和BIM技術(shù)的聯(lián)合測(cè)量校正，使得每一塊鈦金板及玻璃在拼裝時(shí)可以嚴(yán)絲合縫[5]。

4 BIM在加工生產(chǎn)上的應(yīng)用

項(xiàng)目主要加工構(gòu)件包括線材（鋼通、鋁圓管、高頻焊H型鋼、外裝飾條）和板材（玻璃、鈦板、鋁復(fù)合板、鋁單板），各種材質(zhì)受加工設(shè)備、材質(zhì)屬性影響不可能完成依據(jù)建筑原意加工。比如鋁復(fù)合板無法加工雙曲面、玻璃加工半徑需大于1500mm、鋁型材同軸方向只能加工單半徑等等。

針對(duì)各種材料屬性所要求的加工局限，我司采用BIM軟件協(xié)助解決。如玻璃板塊的加工，通過rhino軟件曲線命令可以輕松生成規(guī)則線條，與原建筑曲面比對(duì)在誤差允許范圍即可采用；克服以往采用CAD模擬線段的人工操作煩瑣及隨意性大的缺點(diǎn)[6]。

5 展望未來

BIM引領(lǐng)建筑業(yè)信息技術(shù)走向更高層次，它的全面應(yīng)用，將為建筑業(yè)的科技進(jìn)步產(chǎn)生不可估量的影響，大大提高建筑工程的集成化程度。這對(duì)建筑幕墻業(yè)的發(fā)展帶來良好的機(jī)遇也是巨大的挑戰(zhàn)。

為提高BIM的應(yīng)用水平，共享BIM數(shù)據(jù)信息，幕墻行業(yè)應(yīng)當(dāng)立即行動(dòng)起來，投入到BIM應(yīng)用的洪流中去，加強(qiáng)設(shè)計(jì)（包括方案設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)計(jì)算、熱工計(jì)算、日照計(jì)算等等）、加工制作、安裝施工和運(yùn)行維護(hù)的各個(gè)階段的應(yīng)用軟件的整合，提升產(chǎn)業(yè)技術(shù)能力。

[1] 李遠(yuǎn)晟,孫璐.BIM技術(shù)成就建筑之美——江蘇大劇院項(xiàng)目實(shí)踐[J].建筑技藝,2014,(02):82-85.

[2] 張洋. 基于BIM的建筑工程信息集成與管理研究[D].北京:清華大學(xué),2009.

[3] 王陳遠(yuǎn).基于BIM的深化設(shè)計(jì)管理研究[J].工程管理學(xué)報(bào),2012,26(04):12-16.

[4] 劉占省,趙明,徐瑞龍.BIM技術(shù)在我國(guó)的研發(fā)及工程應(yīng)用[J].建筑技術(shù),2013,44(10):893-897.

[5] 王君峰.Autodesk Navisworks實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用思維課堂[M]. 北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2015:219.

[6] 王奕修.Grasshopper入門&晉級(jí)必備手冊(cè)[M]. 北京:清華大學(xué)出版社,2013:211.