BIM技术在如东某医院外科大楼幕墙中的应用

王梓涵　毛锴文　李国强　章雨晨　林王晨　李国文

摘要：如东某医院外科大楼整体造型规则，其幕墙主要形式为花岗岩石材。结合工程实况，综合运用BIM技术模拟施工全过程，从云平台、碰撞检查、深化设计、施工模拟、精细化管理等方面进行预施工。以达到零返工，进度快，成本低的目的，实现幕墙施工信息化管理，并以此为基础推广到更为复杂的异型多曲面幕墙工程中。

Abstract： Rudong a hospital surgical building has the overall modeling rules， and the main form of its curtain wall is granite stone. Combined with the project example， BIM technology is used to preinstall the curtain wall. Application results are presented from collision inspection， detailed design， construction simulation and fine management. In order to achieve the purpose of reducing rework， accelerating construction progress and saving cost， the informationized management of curtain wall engineering is realized， and based on this， it is extended to more complex special-shaped multi-curved curtain wall engineering.

关键词：建筑信息模型;幕墙工程;信息化管理

Key words： building information model;curtain wall engineering;information management

中圖分类号：TU17                                      文献标识码：A                                  文章编号：1006-4311（2019）28-0265-05

0  引言

自2002年我国定义了建筑信息模型概念算起，BIM技术在我国国家政策的推动下轰轰烈烈的发展了十七年[1]。BIM的应用范围从大型建筑逐渐向中小型基础建筑普及，但在推行的过程中仍存在方方面面的问题，其中没有统一的BIM技术应用流程是制约BIM全面推广的重要原因之一，本文以如东某医院外科大楼幕墙工程为例介绍一种比较合理规范的BIM技术应用流程，以期为更为复杂的异型多曲面幕墙工程施工提供借鉴。

1  工程概况

如东县某医院外科大楼位于如东县掘港镇，该建筑为地上框架-剪力墙结构21层，总建筑面积51916.9m2，幕墙总面积19427.57m2。幕墙施工内容包括背栓式石材幕墙、铝合金门窗、入口玻璃雨棚、局部铝板幕墙。该工程总工期为280日历天，质量目标“确保扬子杯，争创鲁班奖”，拟打造如东县标志性建筑。石材幕墙安装高度为85.3m，其系统面层材料为30厚花岗石，最大横向分格宽度1025mm，纵向分格宽度700mm;骨架材料为镀锌钢管立柱、角钢横梁，附件为不锈钢背栓和铝合金挂件。铝合金窗为120系列明框玻璃窗，玻璃为钢化中空玻璃，最大横向分格宽度700mm，纵向分格高度2100mm;骨架为氟碳铝型材，四边支撑。石材及窗均安装于1-21层外立面。

可见，幕墙工程如果按照常规“按图施工”进行建造，其质量和工期很难实现预期目标。因此，综合运用BIM技术，不但可以实现统筹兼顾、多方合作、互利共赢的目的，而且能够确保工程整体目标的实现。

2  BIM技术应用流程

为了保证质量和工期能够达到预期目标，一个优秀的BIM专业团队更应合理规划好时间空间，有组织的协调安排团队队员的各项任务，BIM技术的完整流程如下，流程图见图1。

①平台的搭建：人民医院外科大楼幕墙工程BIM技术应用广联达“三端一云”（桌面端、手机端、协筑云平台）系统结构统筹各方行动。需要做好搭建BIM协同管理平台的准备工作。②模型的创建：运用REVIT建模软件建立专业三维数字化模型，通过碰撞检查完成模型优化，并对幕墙节点深化设计。③施工预算的编制：运用广联达BIM土建算量软件（GTJ2018）和云计价平台（GCCP5.0）完成施工预算。④进度计划的编制：运用斑马·梦龙进度软件完成施工进度计划的编制。⑤施工过程的模拟：运用BIM场布、BIM VR软件完成动态模拟施工过程。⑥施工过程的管控：将调整后的数字化模型、施工预算、施工进度计划、动态模拟施工导入项目管理软件BIM5D中，从成本、进度、质量、安全四个方面对项目实施阶段进行管理控制。

3  BIM技术在协同管理平台的应用

搭建BIM协同管理平台是必不可少的准备工作，通过广联达公司的协筑软件构件了一个集文档共享、任务流程、BIM协作、团队沟通等多功能的协同平台。在这统一的平台上，甲方、设计方、施工方、监理方、咨询方多方一体，桌面端、网页端、手机端三端接口对接，实现BIM模型与施工信息数据联动，共享项目信息和进展，及时沟通，高效的完成项目任务[2]，主要应用于以下几个方面。

3.1 信息共享交互工作

项目参与方第一时间能够获取最新的、准确的、一致的信息是项目协作高效完成的保证。通过协同管理平台的轻量化，实现了随时随地地访问、浏览、剖切、漫游等功能来检索所需要的信息[3]。通过协同管理平台，相关人员无需安装专业软件，便可在线查阅工程的全部数据信息并实现交互工作。基于协同管理平台中精细的权限管控和版本管理功能，实现了信息安全高效共享，避免了使用错误或者旧版本信息带来的返工等问题。

3.2 施工风险实时预控

项目团队借助协同管理平台实现BIM模型的可视化交流，直观高效的发现、处理设计和施工问题。并实现对成本、进度、质量的监测、分析，从而有利于工程风险的事前控制。减少造成工程停工、返工等影响工程正常施工事件的发生，节约了资源，保证了工期。

3.3 工程变更动态管理

在协同管理平台上，可通过批注方式记录发现的问题并将任务指定给责任人，而且可以实现跟踪监督，直至问题解决。当文件需要在多方之间流转审阅时，可以通过任务模块快速发起一个任务流程，相关成员会在第一时间收到提醒并进行处理，提高办公效率。

4  BIM技术在幕墙施工中的应用

本文以如东某医院外科大楼幕墙工程为例，从其数字化模型建立、碰撞检查及优化、节点深化设计、施工动态模拟、施工过程跟踪管理等五个方面详细阐述了BIM技术应用实例，展示了BIM技术在幕墙工程中的应用正在逐渐推广和完善。

4.1 REVIT幕墙模型的建立

REVIT 建模是BIM技术在幕墙工程整个应用体系中的基础，建立精细的幕墙模型有助于施工单位更直观的了解幕墙内部构造，同时也为后期碰撞检查及节点深化设计做好准备。

4.1.1 识别CAD施工图

将不同的幕墙进行分类汇总，对材质一致做法相同的幕墙进行编号，分割、定位每个幕墙的各节点，确定幕墙族类型与个数，为建立单个族模型做好前期工作，见图2。

4.1.2 幕墙属性族的创建

在REVIT软件中，创建公制常规模型，将分割好的节点图导入软件，锁定节点的位置，初步确定幕墙轮廓的形状，再进行幕墙的创建。创建过程中，依次将幕墙材质、大小等属性进行参数化控制，最终使得建立的单个模型具有参数化[4]能力，见图3。

4.1.3 幕墙附件族的创建

在模型中插入背栓、金属挂件族，使之与幕墙施工图一致，见图4。

4.1.4 幕墙模型批量生成

将绘制好的幕墙单元批量绘制在医院大楼的体量模型上，形成专业的幕墙系统，见图5。

4.2 碰撞检查及优化

碰撞检查是深化设计的重要部分，使用Revit软件碰撞检查功能后形成碰撞报告，针对碰撞检查报告有明确性的进行下一步节点深化设计。在此幕墙工程中针对不同专业间的碰撞和相同专业内的碰撞两个层次发现所存在的冲突[5]，错位，重叠，缺失等问题，再根据系统的碰撞检查报告结合具体的施工工艺进行交互式调整。这些空间碰撞问题在施工前期就发现并解决，避免了施工过程中不必要的人力物力的损失，加快了施工进度，也实现了BIM技术带来的效益最大化。

4.2.1 不同专业间的碰撞

以层为单位，分别将土建，结构，暖通，给排水，机电作为不同集合进行碰撞。结果显示，在幕墙与标准层楼面连接、幕墙与主楼顶部连接、幕墙与雨篷梁连接、幕墙与管道连接这几处的节点需优化，见图6。

4.2.2 相同专业内的碰撞

以层为单位，分别将所有的同种构件作为一个集合进行碰撞。结果显示，在幕墙转角连接、幕墙与铝合金窗连接、幕墙横竖龙骨连接这几处的节点需优化，见图7。

4.3 幕墙节点深化设计

此工程采用背栓式干挂石材幕墙结构，由“干挂石材幕墙安全检测鉴定与评级建议”显示：背栓式工艺的结构有松动，但面板未破坏[6]。基于三维模型和现场制作的样板，针对碰撞检查报告，对原有设计所存在的节点问题进行优化调整。在本项目原先设计圖纸中，幕墙窗户的窗台板设计为水平状，见图8，装饰单位到现场进行考察后，将原本的幕墙模型进行改良测验，最后将窗台板设计向下倾斜8°，见图9，经过重新设计，不仅能够有利于窗台的排水，同时也能延长窗台的使用寿命。另外在窗台板下部增加一横不锈钢条，承受窗台板自重和负压，同时当窗台板损坏需要更换时，拧开不锈钢横条上的螺栓，直接更换，方便快捷，更加人性化。

4.4 BIM施工动态模拟

4.4.1 施工场地布置

采用BIM技术建立起三维模型，根据施工进度，划分流水段，将模型依次进行施工动态模拟，模拟出大楼幕墙安装施工的先后顺序。施工场地、机械运行、材料堆放等方面都结合在一起，BIM技术自动生成施工动态情景，并进行实体渲染，通过3D演示的效果，直观地展示出与安装施工相关的流程，从而找出其中可能不合理的布置，加以改善，使得幕墙施工与其他各方面施工之间更协调统一，便于管理。

4.4.2 动态漫游

在REVIT软件中，合理运用漫游工具，可以更加直观的查看幕墙所处位置，检查幕墙系统转角、内部是否存在问题，实现项目可视化预管理。创建漫游，需要在REVIT软件的平面视图中绘制正确路径，针对此项目，绘制内外两条独立路径，更有利于动态观察。在绘制外部漫游路径时，以人眼的水平高度作为相机的高度，以医院大楼外部首层为起点，逐层环绕向顶部移动，将关键帧设置在幕墙转角以及外墙特殊部位处，同时将相机的视角对准幕墙窗户及转角处，设置合理的帧数。内部漫游路线同理，以首层大门为入口，围绕幕墙内部从楼梯依次向上，在幕墙与梁柱交界处设置关键帧，调整相机视角并设置帧数。完成内外部漫游路径后，依次导出视频，经过后期的制作。在实际施工中，施工员能够清楚掌握幕墙的位置，及时发现连接的错误，装饰单位也能将视频作为展示成果的另一种方式。（图11）

4.5 BIM施工过程跟踪管理

4.5.1 施工进度管理

基于BIM5D对幕墙安装施工进行进度管理，事先编制好施工进度计划，再输入到BIM5D，把建立的模型与施工进度计划联系在一起，软件中生成大楼幕墙的虚拟施工过程，动态显示进度执行情况，从而对整个过程进行分析，寻找出施工进度中可能存在的弊端，并及时变更不合理的施工进度，保证现场更好的施工与安装。同时，可以通过云平台共享建设规划进度和实际进度。根据时间表，每日施工的数据内容将与时间表同步。通过将计划中的进展与实际进展相比较，及时提醒延迟工作的完成并指出可能被延迟的工作，确保幕墙的施工按时完成。

4.5.2 施工成本管理

基于BIM5D对幕墙安装的过程进行成本管理，根据施工过程的进展，利用BIM建立的模型能够精确地获取某一时间点或某一时间段的工程数据，并进行统计汇总与整理，最终导出表格，使得工程数据计算的工作变得简单快捷。将幕墙实际施工需要的资源和产生的损耗情况编入到BIM模型中，以时间为统计单位生成表格，从而进行对比分析，清楚了解施工过程中的成本分布情况，实行成本动态管理。

4.5.3 施工质量、安全管理

基于BIM5D对幕墙安装施工进行质量安全过程管理，将移动通信设备（例如手机移动端）与BIM模型相结合，及时找出施工过程中的质量问题和安全隐患，并进行标注备案，安排相应责任人及时处理，问题处理的过程中也需要实时跟踪，直至问题得以解决，避免不确定风险的发生与经济的损失。施工质量、安全管理能够及时发现问题、处理问题并解决问题，管理统一，实时有效，减少诸多不可预见情况的发生，排除施工安全风险[7]。

5  BIM技术在幕墙工程的前景展望

5.1 BIM与预制装配技术结合运用

近几年来运用BIM技术绘制预制加工图的精度越来越高，加工的预制件更加精准。未来在幕墙施工这一方面，可以先运用BIM技术对幕墙的结构作出深化设计，绘制出预制加工图，再根据导出的成果图进行预加工，这样可以形成一种标准化的生产流水线，最后将成品一起运输到施工现场，进行拼接安装。安装过程中一旦出现幕墙损坏或因挤压安装不上等问题，可以及时联系厂家，根据现场具体情况，再生产出与其配套的幕墙配件，极大的缩短了施工进度。

5.2 BIM与3D打印技术结合运用

3D打印技术能够迅速地打印出软件生成的虚拟模型，而现在的BIM技术也正好可以建立起立体的三维模型，这两种技术注定可以完美的融合在一起，前景非常乐观。首先，绘制出三维模型，对其数据进行精确分析与改进，再利用3D打印技术按相应的比例打印出各个部件。3D打印的优势在于可以打印出形状多样化的产品，成本也较低，绿色环保。BIM技术与快速打印相结合，设计阶段可以通过BIM绘制出幕墙的形状，建立细致的数字模型，再进行深化设计，精确到各个节点的连接，提高了幕墙构件的加工精度，避免打印出来的幕墙不符合施工要求。施工现场也可以实时打印各部件，打印好的幕墙构件就进行现场拼装与固定，有利于节约成本，减短施工工期，高效又快捷[8]。

6  结语

这套完整的BIM技术应用流程在如东某医院外科大楼幕墙工程施工中，实现了零返工，成本低的效果，充分展現了可视化、数字信息化和协同管理的重要价值。相信其在更为复杂的异型多曲面幕墙工程中的应用价值会更高。

参考文献：

[1]王凤起.BIM技术应用发展研究报告[J].建筑技术，2017，48（11）：1124-1126.

[2]黄金明，陈晓晨，江晓华，杭庆鹏，搭建建设管理BIM协同平台的初步成果[J].上海建设科技，2019，（01）：78-81.

[3]王巧雯，基于BIM技术的装配式建筑协同化设计研究[J].建筑学报，2017，（S1）：18-21.

[4]赵伟兰，某大桥基于Revit软件的桥梁BIM模型参数化设计探析[J].公路工程，2018，43（01）：36-41.

[5]李广辉，邓思华，李晨光，郄泽，装配式建筑结构BIM碰撞检查与优化[J].建筑技术，2016，47（07）：645-647.

[6]李晓渊，高未未，刘伟斌，孟海，外墙干挂石材幕墙安全检测鉴定与评级建议[J].建筑结构2018，48（22）：116-118.

[7]刘德富，彭兴鹏，刘绍军，周小冬，张先龙，BIM5D在工程项目管理中的应用[J].施工技术2017，46（S2）：720-723.

[8]王斌，王丽，BIM技术在幕墙结构施工过程管理中的应用研究[J].建筑技术，2017，48（04）：417-420.