建筑幕墙结构密封胶加固成果BIM建模研究

王彩雪

摘 要：建筑幕墙结构建模工作由计算机完成，需要进行参数化设计，避免建模费用以及复杂度增加，提高建模效率，提出一种建筑幕墙结构密封胶加固成果BIM建模方法。结合Autodesk Revit平台，分析建筑幕墙结构加固成果，建立一套全新的外套加固族库进行参数化设计，设定自适应构件标准。同时结合Revit进行二次开发，通过参数驱动建模进行程序编译，将结构分析模型转换为Revit模型，组建建筑幕墙结构密封胶加固成果BIM模型，完成后续的项目管理以及加固效果分析。仿真实验结果表明，建模速率接近于100%，同时还能够降低建模费用和复杂度。

关键词：建筑幕墙;结构密封胶;参数化设计;加固成果;BIM建模

中图分类号：TU746.3        文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）09-0124-05

Research on BIM Modeling of Building Curtain Wall Structure Sealant Reinforcement Results

Wang Caixue

（Xi an Eurasia University， Xi an 710065， China）

Abstract：Building curtain wall structure modeling is completed by computer， which needs parametric design to avoid the increase of modeling cost and complexity and improve modeling efficiency. A BIM modeling method for building curtain wall structure reinforcement results is proposed. Combined with Autodesk Revit platform， this paper analyzes the reinforcement results of building curtain wall structure， establishes a new set of coat reinforcement family library， carries out parametric design， and sets adaptive component standards. At the same time， combined with the secondary development of Revit， the program was compiled through parameter driven modeling， and the structural analysis model was transformed into the Revit model. The BIM model of building curtain wall structural sealant reinforcement results was established to complete the follow-up project management and reinforcement effect analysis. The simulation results show that the modeling speed is close to 100%， and the modeling cost and complexity can be reduced.

Key words：building curtain wall; structural sealant; parametric design; reinforcement results; BIM modeling

0 引言

結合目前的形势来看，建筑行业专业技术水准较高，综合管理模式较为先进[1-2]。但是，效率十分低下，同时增长方式一直为粗放型这一根本问题也是从来没有发生改变的。针对可持续发展的国情而言，建筑行业具有高能耗特点，且能效较低，因而发展缓慢。如何快速有效对建筑幕墙结构密封胶加固成果进行分析成为现阶段研究的热点话题。

国内外相关专家针对该方面的内容展开了大量的研究，例如王菊等人[3]将BIM技术和有限元技术相结合，对加固后的桥梁进行受力过程仿真分析。纪凡荣等人[4]通过施工组织规范设计规范，全面分析BIM技术的工程概况以及进度计划，结合细度等级进行建模。以上两种建模方法虽然现阶段取得了较为满意的研究成果，但是由于未能对建筑幕墙结构进行参数化设计，造成建模费用以及复杂度上升，建模效率降低。

为此，提出一种建筑幕墙结构密封胶加固成果BIM建模方法。仿真实验结果表明，所提方法可以提升建模速率，同时还能够减少建模复杂度和费用。

1 建筑幕墙结构密封胶加固成果BIM建模

1.1 基于BIM的建筑幕墙结构分析

信息化高速发展环境下，建筑信息模型（BIM）表征建筑业信息化成果。BIM表征一种技术以及理念，不同于传统建筑业交互运作的模式，BIM涉及建造业的多个方面。

在目前的设计过程中，建筑运营阶段初期，相对于设计以及建设阶段，处于脱节状态较多，相对于设计以及建设阶段，后期运营阶段投入过多，传统建筑业不包括竣工管理，问题根源性问题无法解决。建设工程主体缺乏全局全期考虑问题的方式，生命周期理念不健全，单次投资成本上升，后期运营维护成本增加[5-6]。在目前阶段需要通过BIM技术有效解决上述问题，通过建筑信息集成，设定载体模型表述真实建筑，BIM中包括建筑尺寸、轮廓信息，同时还包括设计元素以及建筑生命周期信息[7]，依据信息集成技术，高效传递建筑信息。在不同建筑平台中，BIM起到协同作用，数据格式标准以及构建命名具有统一标准。同时BIM模型能够通过不同的专业需求，将平台中的三维模型转换为2D施工图，其中基于BIM技术的信息平台如图1所示。

信息间的相互作用主要是指多个不同的参与者以及软件平台之间，在同一个项目内进行数据共享以及交换。针对于建筑行业而言，项目的信息量十分大，种类也十分复杂，分别来自不同的建筑项目参与方对应的专业。

Revit的前身是一种能够全面应用于建筑业的参数化引擎产品。基于Revit进行设计理念以及思维方式的转变，降低由于沟通不当造成的损失，保证结构设计各个方面全面协作发展。

通过BIM技术能够及时对复杂的建筑结构进行分析，并且将研究对象进行数字化，通过代码表示相关的建筑参数，大部分参数是预先设定的，同时也遵循相关的BIM标准。建筑结构的属性主要是由设计过程中的参数所组成的[8-9]，其中建筑模型信息共享分类如图2所示。

项目是单一的项目设计信息模型数据库，它含有一个建筑项目从几何图形到组建数据的全部信息，其中重点包含三维模型以及构件等信息，全部信息之间均是存在关联的。在任意视图修改项目，整个项目随机视图均会受到影响，避免图纸之间由于关联失误引发的设计变更以及返工损失，有效增强建筑设计和施工两者之间的协作效率。

参数化建模并不是单纯地对几何模型进行组建和分析，模型和参数之间能够形成联动，模型会随着参数的变动而变动。参数化建模表征方式为图形生成模式，通过几何规则生成图像，基于建筑业相关知识加以建模。针对于BIM而言，无需参数化建模，BIM应用即可完成[10]。基于建筑产业化需求，参数化建模属于重要环节。

现阶段BIM技术被广泛应用于建筑研究中，基于BIM软件平台，设计建筑结构组建阶段流程，如图3所示。

在模型建立初期，建筑师可以通过BIM模型中的软件Revit在方案设计的基础上，结合建筑幕墙结构给出专业的意见，优化设计方案。充分考虑布置构件、工程预算，解决不同专业技术问题，初步设计文件形成，具体的操作步骤如下：

（1）对BIM模型进行加载处理。当对建筑幕墙结构对应的加固效果进行分析时，需要重点围绕构件的主体受力点展开设计，并且确保最终的展示效果以及基本功能不会受到影响。将研究对象设定为样本文件，将建筑模型导入到样本文件中。由于在结构样本空间内无法进行模型修正，需要结合相关技术对模型的可见性进行调整，确保最终结果的实现[11-12]。

（2）受力构件的布置。大部分的BIM模型均是通过三维模式呈现给用户，但是建筑的整体格局需要在平面绘制中获取。BIM核心平面构图参数与三维模型参数互相关联，平面结构构建过程中，三维图同样位置出现相同构件。

（3）检测模型同时导入有限元分析软件。结构模型的建立是通过BIM核心建模技术实现的，并且完成建模后需要结合有限元对相关参数进行计算。

1.2 建筑幕墙结构密封胶加固成果BIM建模

Revit是一种较为常用的建模软件，但是通过Revit自身是无法进行计算和建筑结构分析，为此，在形成物理模型的同时还需要引入分析模型。在分析模型中还包含结构的边界条件和约束等。Revit边界条件主要包含固定、铰支等，用户主要根据六个不同的自由度进行边界控制。

在加固的基础上，需要进行载荷定义。优先对载荷工况分析，根据添加载荷性质能够定义其它载荷[13]，结合相关的规定，进行如下计算：

（1）S表示载荷效应组合对应的设计值，具体计算方式如下：

通过下述载荷组合选取不利值。

1）通过可变载荷效应进行组合控制，即：

2）通过永久载荷进行组合控制，即：

其中，γG代表建筑结构中对应的永久载荷分项系数;γQI代表第i个能够实时变动的分项系数;SGK代表根据标准载荷计算获取的载荷效应值;SQIK代表通过可变载荷计算获取的载荷效应值;ψci代表组合系数。

为了确保建筑幕墙结构的综合有效性，需要分别针对各个载荷值进行计算，通过Revit能够获取多个不同可编辑的载荷组合。另外，添加载荷的过程中，可以通过三维或者可视化分析图进行展示，及时在视图中添加所需要的构件。

当模型完成一致性检测后，需要将模型放置到对应的结构分析模型进行计算。其中模型在发送的过程中，需要进行基本选项以及附加选项的设定。对建筑幕墙结构进行分析的过程中，需要优先设置模型的范围，确保其是在正确的尺寸下进行计算。

通过子菜单能够查看导入的载荷工况设置是否正确，同时不同工况需要分别显示在不同的模型中，查看建筑幕墙结构不同梁以及板等构件上的载荷值，方便后续设计师及时对载荷进行修改以及重置。

当在Revit软件中完成载荷工况的定义以及组合，在Revit软件中，不管是结构表面还是几何形状，系统几乎能够自动对板以及壳进行划分，进而对网络进行修正和编辑。

结构设计是进行建筑幕墙结构密封胶加固成果分析的重要任务[14-15]，以下采用BIM核心建模工具对建筑幕墙结构密封胶加固过程如图4所示。

在实际应用的过程中，需要将Revit平台中的构建设定为模型图元，且图元均是由各个不同的族组成。在创建几何模型的过程中还会形成几何模型一致的初始模型分析。在结构分析模型中，能够精准设定各个构件的载荷以及载荷组合等相关信息。

在上述分析的基础上，程序编譯依照参数化驱动建模完成，结构分析模型转化为Revit模型，进而组建建筑幕墙结构密封胶加固成果BIM模型，通过模型完成后续的项目管理以及加固效果分析。

2 仿真实验

为了验证所提建筑幕墙结构密封胶加固成果BIM建模方法的综合有效性，在英特尔奔腾i5-2520M处理器，运行内存为6GB，操作系统是Windows XP，实验环境为MATLAB2013软件。

钻孔位置选取灰缝中间位置，直径大小根据灰缝厚度决定。钻孔中杂物通过吹灰气筒进行处理，使用清洁毛刷清理碎屑，重复操作2～3遍。注胶量要控制准确，用量标准为钻孔刚好溢出。

（1）建模速率/（%）。利用图6对比3种不同方法的建模速率。

分析图6中的实验数据可知，随着实验次数的持续增加，各个方法的建模效率也在不断发生变化，其中所提方法的建模效率一直处于相对稳定的状态，主要是因为所提方法针对建筑幕墙结构进行参数化设计，及时对加固结构进行分析，促使最终的建模速率一直处于相对稳定的状态。

（2）建模费用/（万元）。为验证方法有效性，设定评价指标为建模花费，利用表1给出3种不同方法的建模费用对比结果。

分析表1中的实验数据可知，所提方法的建模费用在3种方法中为最低;文献[3]方法的建模费用次之;文献[4]方法方法的建筑费用最高。最为主要原因是：所提方法在建筑幕墙结构密封胶加固成果分析的过程中，及时对整体结构进行了参数化处理，同时还加入了基本模型的变更和修正等过程，使其能够获取更加精准的分析结果，同时也能够确保建模费用在3种方法中为最低。

（3）建模复杂度/（%）。为了更加全面验证所提方法的有效性，下列实验测试主要对比3种不同方法的建模复杂度，具体的实验对比结果如表2所示。

由表2中的實验数据可知，由于测试对象的不同，导致各个方法的建模复杂度也存在十分明显的差异性。但是和另外两种方法相比，所提方法明显的建模复杂度明显更低一些，同时也证明了对建筑幕墙结构进行参数化设计的有效性和准确性。

3 结语

针对传统方法存在的问题，提出了一种建筑幕墙结构密封胶加固成果BIM建模方法。仿真实验结果表明，所提方法能够有效降低建模费用和复杂度，同时还能够提升建模速率。

BIM技术在建筑业应用广泛，但是仍然需要大量的信息进行全面认证。后续将针对以下3方面的内容进行研究：①针对建筑幕墙结构而言，建筑安全性、经济性以及实用性需要及时关注，同时也是将来不断发展的关键问题之一;②对参数以及设计流程进行简化处理;③进一步加强三维出图以及可视化出图方面的研究，并且给出对应的研究标准。

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