基于BIM5D的超長結構雙曲面鋁板幕墻施工工法

建筑幕墻是一種融合了藝術情緒表達、建筑預期功能以及建造工藝的多功能圍護結構[1], 是當前建筑施工上常用的一種裝璜形式。隨著建筑技術的推陳出新, 造型繁復、具有極強視覺沖擊力的多維曲面幕墻如雨后春筍般涌現[2]。超長距離、超高結構的大型工程往往復雜度越來越大, 施工難度也越來越高[3]。在實際施工時經常會出現返工, 具有施工工期長、質量也難以把控等諸多問題[4]。在這個行業大背景下, 之前基于二維建筑圖紙的幕墻設計和施工技術, 早已不能達到“綠色施工”和“精細化管理”的要求[5]。

“基于BIM5D的超長結構雙曲面鋁板幕墻施工工法”有效解決了這一問題, 實現了幕墻施工技術的智能化、信息化管理。該施工工法的研究對象是超長結構的雙曲面鋁板幕墻的施工技術, 以實現超長結構幕墻多區段同時施工, 精準控制交界處的界面處理, 顯著提高施工效率與施工成本為目標。經過仔細調研, 參考相關的規范標準, 從系統的角度出發, 總結和改進了實踐經驗, 創造了高質量、高速度并達到“四節一環保”標準的基于BIM5D的超長結構雙曲面鋁板幕墻施工工法。

該技術利用BIM技術對超長結構雙曲面鋁板幕墻進行三維坐標建模, 并且對模型進行數據分析。該系統主要包括兩大部分:一個是坐標管理體系, 另一個是雙曲面幕墻獨立的坐標體系。通過自主研發的“一種幕墻施工的BIM編輯程序”與Revit軟件結合, 把原本需要大量人力操作的工作交給計算機處理。一方面節約了大量人力成本, 另一方面通過智能化、自動化的建模, 效率和精度都得到了極大的提升。利用已有的生產測量工藝手段, 使用全站儀、經緯儀, 對雙曲面幕墻進行三維空間定位測量, 操作簡單, 方便快捷, 提高了施工中測量的效率。通過BIM5D技術, 以資源均衡為目標, 合理地組織幕墻流水線施工, 使得質量、成本和工期都得到了過程的控制。

工藝流程如圖1所示。

1) 利用Dynamo自主編程, 定位幕墻面板的空間曲線, 分別在Revit體量中導入平曲線和豎曲線, 通過兩個曲面相交最終得到幕墻面板的空間曲線, 在此空間曲線上按照所需精度取一定數量的參照點, 最終生成了BIM的空間曲線模型。

2) 用體量生成幕墻表皮, 利用自主研發的“一種幕墻施工的BIM編輯程序”與Revit軟件結合, 完成對異形表皮的分割, 并在U、V網格交界處生成節點, 通過在每個節點載入幕墻的自適應構件族, 可以正常地實現異形表皮的建模和數據提取。

3) 利用“一種幕墻施工的BIM編輯程序”與Revit軟件結合, 確定幕墻面板分段位置, 用幕墻面板空間曲線模型生成水平投影線, 在投影線上建立切割平面, 形成空間曲線的分割, 同時獲取分割點參數并導出參數表。通過放置輪廓族, 定義輪廓的全局旋轉角度, 定義族名稱的命名規則, 實現批量建立構件族并自動放置于與之相對應的位置, 最終生成幕墻各型號的幕墻面板模型。

4) 由于Revit默認幕墻嵌板的順序是從左到右, 從下到上, 因此在Dynamo中進行對應的編程設定, 使項目外立面從左到右對應Dynamo的X方向, 從下到上對應Dynamo的Z方向, 實現幕墻嵌板的自動排序和編號。

5) 使用Revit多人協同快速建立土建、安裝模型, Tekla建立鋼結構模型, Rhino建立鋁板模型, 多種模型整合集成BIM5D模型。同時對外幕墻、外幕墻支撐鋼結構及其他相關專業進行碰撞檢查, 快速發現問題, 協調解決。

6) 通過幕墻節點圖以及前期制作好的模型進行深化建模, 提取出加工、定位所需的數據, 通過BIM模型導出加工圖、定位圖、材料加工圖紙。

7) 通過BIM模型按構件分別生成二維碼, 構件加工完成后, 對其按照編號標識, 利用BIM云平臺實施跟蹤構件的生產、運輸、安裝情況。

8) 可視化模型也是指導現場施工的重要參考數據?？梢酝ㄟ^模型進行施工順序的指導, 同時通過創建現場施工機具模型, 對施工過程進行運行分析模擬。

9) 在幕墻制作、安裝的過程中, 可以在BIM模型中快速找到破損位置的單元板塊編號, 進而找出其對應的鋁板規格, 以及鏈接的構件加工圖。同時, 分析該板兩側的單元尺度, 從而制定合理的更換方案。

10) 為了對曲面鋁板幕墻進行整體控制和局部測設, 按圖紙及幕墻施工要求, 利用BIM技術建立獨立的三維笛卡兒坐標系, 布設施工測量控制網, 采用外圍主控點、趨近控制點和幕墻系統控制點進行三級測量控制。

11) 對現場各幕墻進行分格, 并進行定位放線的工作。安裝人員安裝過程中以控制點為基準, 精確地測量確保該工程質量。測量共分以下幾個階段:

a.通過BIM模型導出幕墻面板分格圖, 按垂直分格面和進出控制點測設垂直分格線;

b.對土建結構定位復核后, 根據BIM模型生成埋件定位圖, 并確定連接件的安裝位置;

c.對支撐結構位置的測量, 確定幕墻支撐系統支座的安裝位置;

d.在面材板塊安裝前對龍骨進行測量, 并相應調整減小安裝誤差;

e.對面材板塊進行安裝測量, 保證板塊安裝精度。

12) 通過BIM5D模型對施工進度計劃及流水段劃分進行優化, 以“周”為統計單位, 檢驗施工過程中資源分布的均衡性, 不斷調整流水段劃分和工序穿插時間, 優化進度計劃, 有效降低了隱形成本。

13) 通過BIM5D模型按流水段快速提取幕墻面板工程量, 提出材料需求計劃, 并將實際用量與計劃用量進行對比, 分析偏差的原因, 通過每周盤存, 建立動態臺賬, 加強項目過程管控。

14) 根據BIM模型導出的加工圖, 確定幕墻鋼構件和鋁面板的分格尺寸。通過幕墻每個鋼構件和鋁板單元構件的二維碼標識, 并根據BIM模型定位, 控制幕墻鋼構件和鋁板單元安裝位置的準確性。

涪陵高山灣綜合客運換乘樞紐及附屬配套設施工程位于重慶市涪陵區崇義街道辦事處高山灣居委會。項目用地呈長條形, 東西向長225m, 南北向長516m, 建筑面積為55136m2, 由長途車站和公交車站組成, 地上4層, 地下2層。

工程采用了“基于BIM5D的超長結構雙曲面鋁板幕墻施工工法”。該工法采用BIM技術對雙曲面幕墻三維建模進行數據分析;利用Dynamo可視化編程對幕墻進行參數化分割, 對其進行排序編號, 快速統計工程量;使用全站儀、經緯儀對雙曲面幕墻進行三維空間定位測量, 提高了施工測量的效率;通過BIM5D技術, 合理的組織幕墻流水施工, 使質量、工期、成本都得到了過程控制。

工程采用該工法進行施工, 與常規的幕墻施工相比, 大幅度減少了現場返工情況, 實現了縮短工期以及節約人工費。該工程鋁板幕墻施工完成后, 與常規的幕墻施工進行對比分析和計算, 節約工期費用約20萬元, 減少返工產生的人工、材料、機械費用約15萬元, BIM模型搭建、BIM5D過程管理費用約10萬元。

經施工檢驗, 基于BIM5D的超長結構雙曲面鋁板幕墻施工工法, 施工速度較快, 具有經濟性, 并節能環保, 可操作性強, 達到了設計預期效果。

1) 基于BIM5D的超長結構雙曲面鋁板幕墻施工工法有著很大的社會意義, 通過BIM技術優化幕墻結構的設計和建模, 不僅可以節約工程造價和人力成本, 還可以顯著縮短施工工期。

2) 采用該工法施工的幕墻, 縮短了構件生產的時間, 降低了各個環節之間的溝通、協作難度, 可顯著縮短施工工期, 減少管理費用, 降低工程造價。

3) 采用該工法施工的幕墻, 施工方法簡便, 勞動強度低, 施工速度快, 能提高勞動效率, 可有效節約人工費, 是一種很有發展前途和推廣價值的工法。