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浅谈BIM技术在异形幕墙施工中的项目应用实践

发布时间:2024-2-21 0:00:10浏览次数:10451文章出处:四川幕墙设计公司口碑

摘要:以成都天府国际机场航空管制1号塔项目为例,运用BIM技术创建幕墙深化模型,在指导现场龙骨放线定位的同时,基于模型生成铝板加工图用以提供加工厂生产数据,降低了材料损耗,减少了现场返工,缩短了工期,节约了因现场施工产生的过程成本。简述BIM技术在幕墙施工中的指导作用。

关键词:BIM技术、幕墙深化、指导施工



图片引言图片

随着现代中国的快速发展自由形态,建筑的外观形态、风格也越来越复杂多变。幕墙作为融建筑美学、建筑功能、建筑结构为一体的建筑外维护结构,是现代建筑不可缺少的组成部分。无曲线,不设计。而对于施工来说,现代化曲线加扭曲的造型,通过二维图纸怎样在现场定位、异形曲面如何加工…这无疑是一个巨大的难题。因此,BIM技术走进了建筑幕墙的视野。

BIM(Building Information Modeling)技术是一种应用于工程设计、建造、管理的数据化工具,通过对建筑的数据化、信息化模型整合,在项目全过程中进行共享和传递,使工程技术人员对各种建筑信息做出正确理解和高效应对,为设计、施工等在内的各方建设主体提供协同工作的基础,在提高生产效率、节约成本和缩短工期方面发挥重要作用。


项目概况

成都天府国际机场航空管制1号塔高99.9米山东香柏树门窗幕墙有限公司,是天府机场区域内的最高建筑。其外形酷似太阳神鸟盘旋上升,与航站楼太阳神鸟立意设计相呼应。建筑面积20071平方米,幕墙面积约10000平方米。塔台外装为幕墙结构,大面积均为单曲面蜂窝铝板幕墙,单曲面铝板截面形式多变,由下至上半径逐渐变小后变大,平面轮廓逐层旋转,角度多变,类似“小蛮腰”形状(如图1所示),侧挂铝板倾斜角度在69°~90°之间。

本项目幕墙系统的主要特征:

(1)大面为标准幕墙系统,主要由蜂窝铝板幕墙、蜂窝肌理铝板幕墙组成,顶部有部分玻璃幕墙与金属格栅;

(2)侧挂铝板高度为变化状态,与水平面倾斜角度变化较大,倾角最小处为中间部位,最大处为顶部,铝板为弧形自由曲线,铝板可展开摊平,为单曲面铝板;

(3)按竖向分割后每一圈的半径、角度、方向均不同,每一圈铝板在水平面的投影均不在一条线上;

(4)幕墙系统中下部为水平切割,同一圈内为标准铝板;而顶部竖向分割为斜切,在半径逐渐变大、水平轮廓旋转情况下,斜面分割导致每一圈中的每一块铝板的形状尺寸均不同;

(5)横向钢龙骨与铝板外表面相距45mm,与铝板走势一致,顶部为倾斜分布,纵向龙骨与铝板扭曲走势一致,与水平面角度在69°~90°之间,与横向钢架之间的角度随铝板变化而变化。


基于BIM技术的幕墙施工

本项目大面积幕墙形式单一,但外轮廓变化大,单元板种类多,两不同单元板之间搭接精密,控制误差小。铝板与龙骨间连接配合度高,一旦加工过程或者现场龙骨施工误差稍大,就会导致现场铝板安装出现问题。龙骨安装每一圈的水平、竖直方向点位均不一致;铝板为弧形面板,每一圈的形状、尺寸均不一致,若在工过程中采用传统方式,大致存在以下几个问题:

(1)根据设计要求,横向龙骨与结构外边线的距离为175mm,定位随建筑物生根于结构梁上,如何控制好转接件的定位、长度是龙骨安装位置的关键,后直接影响铝面板及整个幕墙系统安装的成败;

(2)所有龙骨为工厂加工好的成品构件,且所有龙骨长度因铝面板扭曲造型不一而各不相同,特别是顶部部分单个构件较长,倾斜角度较大,现场龙骨定位难度高,二维图纸表达数据有限,且对于每一圈变化极位置难精确定位,保证龙骨安装定位的准确性是铝板顺利安装的关键;

(3)铝板幕墙造型特殊且有倾斜角度,角度大小不一,各部位均不相同,角度变化无规律,深化设计出图难度大,加工下料图出图量大、数据繁杂、制作难度高且精确度难以保证加工厂得到的生产数据多,信息量繁杂,生产过程极易出现问题;

(4)幕墙面板、龙骨、主体结构之间的位置关系通过节点图表达,对于整体建筑很难定位。


基于传统施工方式难以解决此类项目难点,本项目选择运用BIM技术,旨在高效、快速、精确地解决异形加弧形幕墙施工难点。经多番实践研究,发现BIM常用建模软件难以解决弧形面板加工问题,后决定采用Rhino加Grasshopper软件参数化快速创建BIM模型,而后运用软件特有的曲面展开为平面的功能,为大多数难以解决的问题提供了有效的解决方法。

(1)BIM可视化展示

根据设计单位提供的图纸创建1:1的BIM数据模型,生成包括幕墙面板、龙骨、连接件、埋件的三维精细模型,与主体结构模型整合后,直观有效的表达了三者之间的位置关系,有效的保证“左邻右舍”之间的连接配合,核查各构件是否存在安装空间等问题;通过BIM模型,可大致确定预埋件的位置,验证其是否合理;通过结构层间关系,合理的划分幕墙竖向分割尺寸。

(2)BIM数字化加工

面板为异形弧形面板,创建整体BIM模型并基于分割尺寸及胶缝等数据分割模型,形成每块单位铝板后直接把弧形面板展开成为平面,生成对应的面板加工图(如图2所示)及数据表,提供给加工厂简单直观有效的数据,且能保障加工数据的准确性,严格控制面板安装尺寸。加工厂直接根据加工图生产模具,通过展开平面图导入数控机切割对应形状尺寸的平面铝板,参照模具压成弧形面板,实现曲面铝板的数字化加工,面板在加工厂成型并核对数据无误后可直接运输至现场吊装施工,大大降低了材料损耗,提高了劳动效率,确保了面板安装质量。




(3)BIM参数化放线

测量放线是确保幕墙施工质量的最为关键的工序。运用BIM技术根据与面板的相对位置及尺寸创建龙骨模型,结合主体结构模型核对龙骨的安装位置、安装空间、预留间距等直接给现场施工提资;根据龙骨与主体结构生成埋件定位图,并对每个埋件进行精确的坐标标注,现场可直接根据坐标数据放线定位;通过BIM模型导出龙骨定位平面图(如图3所示),对每根龙骨构件安装地点进行标注,直接指导施工放线,简化施工环节中的测量放线步骤,提供简单、方便、快捷的龙骨定位方式,有效的减小了安装误差,避免因现场龙骨施工误差导致的幕墙安装问题;同时通过龙骨定位数据及龙骨与面板之间的位置关系,可反算面板加工数据,多次多面地核查加工数据,以减小因个人操作失误产生的误差。



(4)BIM信息化定位

结合BIM模型对龙骨进行测量定位及编号,根据编号有序的将各个龙骨一次吊装到对应位置进行安装,龙骨两端的控制点坐标完全按照BIM模型反馈的数据确定;对每一块面板编号定位(如图4所示)幕墙公司,面板加工完成后标记对应的编号,现场吊装时直接对照三维模型确认面板的编号及位置,以保障吊装的准确性。铝板安装完成后对每块铝板的控制点进行抽查,根据BIM模型中铝板控制点的坐标值,核对现场安装完成后的实测点坐标,根据比对结果对铝板进行复核调整,直至达到现场与模型数据一致的效果。从出图、加工到现场安装,通过统一的模型和图纸来达到信息交流的准确性,以减少不必要的返工。



成都天府国际机场航空管制1号塔项目运用BIM技术进行参数化建模,一键建模、分割、编号、下料,并辅助现场进行测量放线及吊装施工,降低了材料损耗、减少了返工、确保了幕墙外立面效果,实现了施工过程的质量控制,节约了施工过程成本,取得了良好的经济效益。除文中所述BIM应用之外,吊篮施工技术方案、幕墙防水、节点等施工重难点均可根据项目情况运用BIM技术辅助解决部分难题。


结语图片


随着BIM技术更进一步的发展,在整个项目生命周期中的应用也有更深层次的突破,BIM应用的优秀案例也渐渐涌现,如上海中心大厦、深圳华润大厦、 望京SOHO中心等。对于幕墙工程,BIM应用也达到了一定深度,很多项目已把BIM模型作为设计移交施工的必要资料,甚至对于某些复杂部分,模型已代替图纸作为指导现场的有效依据。BIM作为新一代信息技术所特有的作用的价值已部分体现,但仍有许多亟待我们去发现创新。


参考文献:

[1]马贵红.异形建筑单曲变截面铝板幕墙施工技术[J].施工技术,2016,45(03):115-118+122.

[2]王建国.异形建筑幕墙施工质量控制措施研究[J].建筑,2014(12):92-93.



注:

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