BIM软件在幕墙加工下料中的应用————以上海大中里天幕项目为例

严志伟 格构建筑幕墙设计 （上海） 有限公司工程师

建筑信息模型（Building Information Modeling，BIM）以往在幕墙工程中的应用偏向于可视化、碰撞检测等方面，有关异形项目中加工下料环节的应用较少。近年来，在建筑幕墙设计中对BIM 软件的运用越来越广泛，有效保障了人们对现代建筑外立面造型、外观品质等方面的设计需求[1]。加强对BIM 软件在异形建筑幕墙加工下料环节中的应用研究，对于提高效率、降低人工成本、提高准确率具有重要的意义[2]。

1 项目概况

本项目为上海大中里综合发展项目的商业天幕下方吊顶格栅部分，平面轮廓为不规则的长条椭圆状，分为中间大截面格栅（50×250 梭形）及两侧小截面格栅（50×150 梭形），中间大截面格栅相对两侧小截面格栅间隔300 mm。中间及两侧格栅均采用球铰连接钢件固定在与格栅垂直设置的钢圆管上，钢圆管预先设置带螺纹的圆形固定基座用于连接。

大截面装饰条及小截面装饰条共2442根，且半径、长度均不相同，因为是不规则长条椭圆状，因此所有的装饰条的定位均需要通过三维坐标进行明确。同时，垂直设置的钢圆管需预先设置固定基座，而固定基座在钢圆管上的定位也随着格栅的长度、半径及位置不同而不同。综上可知，2442 根大、小铝合金格栅各不相同，支撑钢圆钢的长度及其上的固定基座定位也各不相同。如果采用传统的二维方式，无法准确得到各构件的详细参数；设计、加工、现场安装等工序工作量巨大，而且无法在项目要求的工期内按时完成，将严重影响整个项目的顺利推进。铝合金格栅标准剖面效果如图1 所示。

2 BIM技术应用目标及路径分析

在本项目中，项目部的需求有以下几点：①对天幕吊顶格栅的弯弧半径进行优化，阶差范围在建筑师及业主可接受的情况下尽量减少弯弧构件的半径种类；②提交定案版的天幕吊顶装饰条格栅实体模型供建筑师及业主审核效果；③对材料进行快速统计、编号，在有限的工期内精确完成材料的提料、加工项目的深化设计工作[3]④辅助提供现场安装用的定位坐标数据，确保现场安装与理论模型保持一致。

针对以上4 点应用目标，可应用的软件包括犀牛+Grasshopper、Digital Project、Revit、CAD（计算机辅助设计，Computer Aided Design）。

图1 铝合金格栅标准剖面效果图

犀牛+Grasshopper 可以通过编制针对装饰格栅控制线的参数提取程序，得到原始模型中所有格栅的半径、线长等参数，进而可以判断弯弧半径的优化方式；进一步编制通过控制点、弯弧半径生成新的装饰格栅控制线的程序，可实现快速、批量生成控制线的目标。Digital Project 有超级副本，可以通过拾取控制线和格栅截面，快速生成装饰条格栅的实体模型。Revit 适合创建信息化模型，对本项目的弯弧构件和需要批量提取数据的需求并不适用。

通过充分评估项目及各个软件的特点后，最终选定利用犀牛+Grasshopper进行参数化分析及提取数据、Digital Project 进行实体建模、综合应用CAD 绘制带参数的加工图的实施路径。

使用犀牛+Grasshopper 对2442 根格栅的控制线进行数据分析，并将其数据进行提取，通过对比分析后进行半径的合并简化，优化半径规格种类数量，并在优化过程中选取不同梯度的半径值生成新的控制线，用新的控制线与原控制线进行阶差分析，得出不同梯度简化半径情况下的阶差，提交建造师及业主审核后得到最终的优化方案。

3 关键应用项及成果

在本项目设计中，通过综合运用犀牛+Grasshopper 及Digital Project 这两个三维建模软件，实现了快速、精准的数据提取、优化重生成、实体建模、加工料单制作及现场安装定位等预设目标，在保证准确率的前提下按时、按质完成相关任务，主要有以下几项应用及成果。

3.1 原始输入装饰条控制线几何参数的数据提取及分析

通过犀牛+Grasshopper 的编程，编制了一个可以通过拾取线输出该线长度、半径的程序，并在程序中加入了编号原则。通过这个程序，快速获取了原始格栅装饰条的关键参数数据，并按编号、按顺序输出到Excel 表格中进行了进一步分析对比，为后续的优化半径种类提供数据支持。

3.2 优化后的数据对比、定案版装饰条控制线输出及定案版实体效果模型

获得原始装饰条的数据列表后，通过数据整合及分段优化，先后设置了半径差值100 mm、差值200 mm 以内进行统一的2 种优化方案。通过犀牛+Grasshopper编程，分别生成了优化后的装饰条控制线，并在程序中生成了与原始装饰条控制线的阶差数据。通过对比，得到差值200 mm以内进行统一，优化后的装饰条控制线与原始控制线阶差在8 mm 以内，此阶差数值获得了建筑师及业主的认可，因此后续的装饰条控制线均按此半径差值进行了合并优化。在生成的定案版控制线基础上，运用Digital Project 快速批量生成了装饰条的实体效果模型，效果获得了建筑师及业主的认可[4]。

3.3 装饰条、吊杆及其支撑圆管加工参数提取

需要加工的构件共4 种：大装饰条、小装饰条、吊杆及支撑钢圆管，大、小装饰条的加工参数主要为长度及半径，吊杆的加工参数为长度，在优化程序中已经按编号按顺序进行了提取。通过犀牛+Grasshopper编程，在程序中生成了支撑圆管与装饰条控制线之间的交点，并将交点在支撑圆管上的定位数据在犀牛+Grasshopper 程序中快速生成出来，再按照编号顺序将支撑圆管的长度、固定基座定位数据导出到表格中，配合CAD 中绘制的带参数的加工图，完成了支撑圆管的加工细目。

4 项目经验总结及延展

本项目通过犀牛+Grasshopper 及Digital Project 的配合应用，在规定工期内精确地完成了实体模型创建、提料、加工细目及现场安装定位数据的工作。在这个过程中，以下几点是可以在其他项目中传承并借鉴的。

4.1 提前研究分析及策划

正式开展工作之前，针对项目特点及后续可能遇到的问题进行了详细的分析，并对后续的实施路径进行了详细的策划和验证，因此实施过程比较顺畅。

4.2 加工图纸的参数化设置

制作加工图时， 结合了犀牛+Grasshopper 提取数据的特点，匹配了相应的控制参数，使得程序导出的数据能直接应用于加工细目的相应参数表，在快速制作加工细目单的同时避免了手填或对数据进行调整导致出错。

4.3 组合应用不同软件

制作实体模型时，没有一味采用犀牛+Grasshopper 进行装饰条的模型创建，因为装饰条端部需要进行弯弧盖板造型建模，如果采用犀牛+Grasshopper 进行建模，需要的工期将大大增加，而且出现调整时返工时间与重新建模时间相当。充分利用Digital Project 的超级副本功能，创建一个装饰条模型后就可以通过批量拾取控制线快速生成其余装饰条的实体模型[5]。本项目正是充分发挥了不同软件的优点，使得各项任务均能较快完成。

5 结语

通过本项目的实施， 认为犀牛+Grasshopper 比较适合用来处理点、线的数据分析和数据输出，在处理大量有规律的数据时更能发挥其优越性。如何应对没有规律、非标准的构件，还需要进一步进行研究。

而Digital Project 比较适合用来生成实体模型，通过其超级副本的功能，可以在明确建模原则的前提下，将建模路径程序化，批量拾取批量生成。而且在建模原则有所调整的情况下，只需要对超级副本进行相应的调整，就可以重新批量生成新的模型，对创建实体模型效率提升大有帮助。