高品质绿色建筑中的参数化幕墙设计分析

郝玥

（深圳市建筑设计研究总院有限公司，广东深圳 518000）

0 引言

幕墙作为建筑外围护具有重要功效，其可将建筑内外环境隔离。普通幕墙在设计期间会将关注重点放在抗风压设计、变形吸收设计上，所以无法满足现代化绿色建筑发展需求。因此设计人员要与时俱进的积极拓宽幕墙设计视野，以BIM 前沿工艺设计注入为绿色建筑项目综合性能、空间规划优化创造有利条件。本文将以深圳某幕墙工程项目为研究对象，重点阐述高品质绿色建筑中参数化幕墙设计内容。

1 工程概况

本项目是深圳某幕墙工程。幕墙工程合同总额高达4.2 亿，占地面积近19 万m2，总建筑面积约为46 万m2，南北长1000m，东西长约600m，属“飞鱼”异向外形。项目的主楼地下二层、地上四层属钢筋混凝土架构+钢结构由主楼和交叉型的指廊联结构成。

此航站楼的大厅屋顶属于自由发展型曲面，指廊顶部绝大部分为规则性筒壳，而且在局部筒壳位置存在明显凹陷，以形成自由形态的曲面筒壳外形。屋顶的实体展开面积高达23 万m2，其中大厅东西长650m，南北宽330m。

因考虑到本工程造型复杂，属超大型的异形幕墙工程，而且建筑对光环境要求较高，仅依据传统常规设计手段落实幕墙设计可能无法快速精准解决相关设计问题，其最佳效果无法充分发挥。为深化幕墙设计成效和高效率纠正误差，从而产生优质的绿色建筑立面成效，计划采用参数化手段来定位式解决幕墙绿色施工作业所存在的各类问题。

2 基于参数化分析的建筑幕墙模型创建

为保障设计工作正常运转，在采用BIM 技术实现模型创造期间要有顺序制定具体的BIM 模型创建流程，以高效指导BIM 创建工作指导工作有机落实。实操时要依据工程总进度实现合理编制，并制定建筑BIM设计进度计划，在确保节地与室外环境、能源利用、水资源利用、材料利用及环境质量指标都顺利满足建造预期后再搭建较完全的建筑幕墙模型，以为后续的顺利建造提供技术支持。

2.1 表皮分格划分

在搭建建筑模型期间，为最大限度贴合幕墙设计施工要求，本工程计划采用Rhino 参数化设计手段加以落实。以参数化对立面实现分格划分，从而有效保障各板块顺利满足设计加工需求。同时本工程还针对本建筑物对光环境需求，在充分分析遮阳百叶特点特征背景下实现了细致化参数制造。实操时借助BIM 模型对幕墙立面的曲率分析，借助无模多点式成型工艺的介入，对曲率不均匀区域实现重新生成拟合，以保障幕墙造型可实现最佳外立面成效。对龙骨而言，设计人员计划借助BIM 模型分析出曲率及弦高，并在严格保障视觉效果不受影响背景下依据曲率不同实现优化整合分类。

2.2 幕墙结构模型确定

本幕墙工程属较大型的曲面环绕幕墙，内部结构复杂。为此设计人员在幕墙方案设计期间计划对幕墙系统落实区域化分解建模，以顺利为结构计算提供精密度较高的计算模型，板块分格透视模型如图1 所示。为深化整体的模型构建成效，设计人员还同时对受力位置、跨度、受荷跨度等条件实现细致化计算，并对具体结果落实统计归类处理，以有效减少结构落实具体工作量，高效率满足绿色建筑的节能、节材需求，从而达到低碳环保建造目标。

图1 板块分格透视模型

3 参数化幕墙具体设计

幕墙作为绿色建筑表面，属建筑美学最直观表达，其中蕴含诸多工程信息。幕墙设计工程与结构、内装等专业都存在一定交集，随着绿色建筑形状的日益多元化，在幕墙设计之中想要高效率满足可持续理念对建筑幕墙所提出的新要求，优化建筑物形体、建筑与建筑关系计算成效，凭借紧扣节能、环保、低碳、节材等绿色建筑重点核心，以参数化设计的介入，优化绿色建筑设计成效，帮助设计人员从海量工作量中解放出来，在优化分类整理工作落实成效同时也可快速满足绿色建筑高星级要求，实现顺利降低设计目标。将以BIM 轻量化、建筑表皮有理化、连接板参数化、龙骨参数化设计为具体切入点，以参数化设计的介入强化促进节能、环保、低碳、节材等方面。

3.1 BIM 轻量化

BIM 轻量化是指在项目落实初期集结建筑表皮、结构、机电专业优势，在践行环保、节材目标之中可能存在交集部分实现针对性建模处置，并凭借对可能出现频发问题部位重点性研究，优化整体工作落实成效。这种对普通、较易判断部位实现针对性建模处置可直观减少工作繁重量，促使整体幕墙设计成效显著提升同时还可高效率达到节材目标，实现最大化经济收入[1]。

在某幕墙工程之中建筑表皮设计是借助三维模型的介入生成针对性二维图纸。但在具体施工图设计期间并未落实正向化BIM，这意味着复杂性建筑表皮极易与结构出现大概率碰撞问题，一旦出现碰撞势必会致使整体的工程出现返工重组，这与绿色建筑的节材、环保目标相违背。因此设计人员计划采用有限式碰撞试验，凭借对建筑表皮及柱体结构之间碰撞，实现思维式逆化建模处置。这种先将结构施工图纸落实逆向建模处理与正向设计表皮重叠后再落实碰撞测验的操作过程收获效果颇丰。图2 为幕墙及结构建模落实碰撞检测的实操图。实验结果表明，此行为可有效避免现场错误出现直观减少物料和人工实践等损失，为节材目标的顺利落实提供支持。

图2 幕墙及结构建模碰撞检测

3.2 建筑表皮结构有理化

丰富多彩的建筑立面表现手段会过多地将关注重点体现在玻璃面材及金属面材曲面表达上。在平面设计之中可依据两点确定一条既定直线，并以圆心加半径途径确定一整段弧线。但在立面塑造期间，此种原理内容却无法轻易落实，这些简单变化规则在立面塑造中极易形成结构较复杂的曲面及曲线。这些曲面及曲线是无法顺利用相关函数加以表达的，而且落实具体实践及安装期间操作会愈发困难，并产生极为显著的高昂工程造价，致使整体的文件成效比预期存在一定差距同时也严重与节材理念相违背。

如果想要完成优化幕墙设计就要合理将复杂问题实现简化处理，并积极对现场误差以顺利完成建筑有理化设计。以本幕墙工程中的遮阳百叶为例，本项目百叶总长共计15m，总旋转达900°，为优化整体的节材设计成效，相关设计人员依据有限元分析具体程序，在充分分析荷载值作用背景下借助视觉误差原理将原设计实现化，其具体优化了百叶自适应系统的节能设计操作，经投入使用发现节能效果显著。该幕墙工程中大面积立面存在铝合金材质的装饰线条，整体的施工操作内容繁杂。为保证节能设计及节材设计目标能够最大化发挥，设计人员计划对铝板落实有理化处置，在严格保障所有铝合金材质面板都在可加工运输尺寸范围内，将其合理转化为可展开式单曲面。如若发现存在小幅度双曲面出现，则借助预制化冷弯技艺介入，以外力作用促使平板形成双曲面，如图3 所示。在铝合金材质装饰线条的优质组合下，玻璃板及微小程度错位将无所遁形，如图4 所示，人们可凭借对微小错位的有机察觉来降低玻璃加工具体难度[2]。

图3 以冷弯工艺形成双曲面

图4 铝装饰线条阻隔下显现的微小错位放大图

3.3 连接板参数化

绿色建筑主体结构属钢结构，建筑预制化比例将得到显著提升，进而直观缩短具体的施工周期。幕墙连接板加工操作想要实现幕墙连接板顺利完工达到节材、环保目标就必须优化设计布局，以钢结构的加工为例，只有严格保证钢结构加工工作在指定车间内完成才能最大化发挥节材成效，从而达到可持续发展目标。本工程设计人员积极BIM 碰撞轻量化建模为基准，科学构建钢结构主体模型及幕墙表层主体模型，以顺利实现高效连接板设计。具体操作流程如下。①明确幕墙连接板具体定位。实操期间可凭借幕墙划分线与各层结构线实现相交的手段快速对所有连接板空间实现细致化定位。②精准绘制连接板。为优化具体的绘制成效，相关人员要积极对结构边梁类似工作实现预制式设计，凭借预先设计可顺利连接不同边梁的连接板行为强化工作介入成效，同时还要对各个连接板实现编号处理；当实操期间，程序顺利明确连接板定位之后，设计实操人员就可依据边、梁类型的判断结果来对多对应编号的连接板实现快速选取放入操作[3]。凭借参数化手段的介入，幕墙连接件建模以及和连接件出图作业顺利实现，数量统计不仅可实现同步处理，还不会存在明显误差错误，节材成效十分显著。

3.4 建筑龙骨空间参数化

异形幕墙系统外观独特，内部结构较复杂。技术人员想要优化整体建筑成效和达到绿色建筑节材目标就需要为其配备复杂的内部空间加以支撑。而龙骨作为空间结构之中关键支撑部件，属幕墙系统重要受力构件，其安装位置精准度会直接影响整个幕墙质量[4]。

因本项目幕墙空间龙骨属复杂性设计工程，往往会在具体设计投入期间耗费诸多人力，而且极易出现一定差错。因此设计人员计划以幕墙面板为基准落实龙骨参数化建模工作，以合理建模逻辑为模型提炼提供支持，帮助结构工程明确准确中心线、连接点具体定位，实操期间凭借高效获得边界交通线等参数构建几何构造科学相互关系，并以偏移角、夹角值等数据的精准化介入，优化具体的空间楼骨中心线参数化建模成效，待完成参数化建模构建之后再对其赋以杆件截面，以促使空间龙骨建模工作更为精准[5]。图5 为龙骨参数化实体建模图。对空间龙骨实现BIM 模型建造介入，对后期建筑运营阶段节能控制实现优化布局，故参数化设计的介入价值十分显著。

图5 龙骨参数化建模

4 结语

综上所述，现代化建筑在充分使用新型建材期间可能会带来很大能耗，对生态环境造成难以逆转危害，这是与可持续发展战略目标背道而驰的表现。幕墙行业作为绿色建筑中不可或缺的重要元素，设计人员想顺利探索出符合幕墙工程技术体系集成性建造步伐，在落实幕墙设计期间可凭借参数化设计工具介入，从设计、施工及运维多角度出发，以低碳设计理念注入高效满足绿色建筑可持续发展需求，为国家双碳目标有机实现贡献力量。