幕墙BIM全流程预控技术的实施

战庆宾

广东省建筑科学研究院集团股份有限公司 广东 广州 510000

近年来，二十一世纪是一个信息化时代，信息技术被广泛应用于各行各业中。BIM技术作为信息时代下的产物，在建筑幕墙工程施工中起到了重要作用，需予以高度重视，不容忽视。建筑幕墙施工并不是一项简单的工作，其涉及到多方面内容，具有一定的复杂性，为保障其施工质量，应当改变传统的施工管理模式，积极应用BIM技术，并基于该项技术实施全生命周期管理工作，运用BIM全流程预控技术，以提高幕墙施工效率，确保幕墙施工质量达到标准要求。幕墙BIM全流程预控技术的应用，具有信息化特征、数字化特征和参数化特征，能够有效把控好幕墙设计和施工的每一个环节，突出幕墙应用价值。

1 幕墙和BIM技术的相关内容

1.1 幕墙

所谓幕墙，简单来说就是建筑的外墙围护，其不具有承重性，是一种带有装饰效果轻质墙体，一般由面板、支承结构组成。可将幕墙看作是独立完整的整体结构体系，一般在主体结构外侧，包裹于主体结构表面上，具有一定的微动能力。幕墙不仅要展示建筑工程外部的美观性，还要具备一定的功能，如保温性、防雨水渗漏性、抗风压变形等。幕墙工程的质量相对来说比较轻，而且设计上十分灵活，有着不错的抗震能力，需要进行系统化施工，在维修方面较为便捷。从工艺方面来看，可以将幕墙工程分为三种：一种是半单元式幕墙，一种是结构式幕墙，另一种则是单射式幕墙；从材料方面来看，则可以将其分为玻璃幕墙、金属材料幕墙、石材幕墙等[1]。

1.2 BIM技术及其特点

BIM指的是建筑信息模型，其涉及到多方面的内容，如三维图形、建筑学、物件导向等，需要充分发挥数字化技术的作用，为模型创建提供完整而精准的数据库。BIM技术不仅可以运用于工程设计中，还可以融入于建筑工程的全生命周期管理中。BIM技术的特点主要表现在以下几个方面：一是具有可视化特点。指的是使用BIM技术来处理建筑工程的时候，能够利用三维技术将整个施工过程、设计方案呈现出来，每一个构件之间都具有一定的联系，能够相互反馈。其不仅能够使用效果图来直观展示建筑工程，还可以在设计、施工、管理等各方面进行可视化讨论、决策，有利于保障决策的准确性；二是具有协调性特点。指的是使用BIM技术可以发现各专业施工中存在的冲突、矛盾，能够进行碰撞测试，加强设计、施工等单位的交流和沟通；三是具有模拟性。指的是既能够模拟设计出建筑无模型，还能模拟出无法在真实世界中操作的事物，可在设计阶段开展模拟实验，如节能模拟、热能传导模拟等；四是具有优化性。指的是可根据施工实际情况的变化，利用BIM技术进行相应的调整和优化。

2 BIM技术在建筑幕墙施工全生命周期管理中的应用

2.1 方案比选与概算确定阶段中的应用

在建筑幕墙施工过程中，可利用BIM技术来进行方案比选，并确定概算。需根据建筑设计理念来利用相关技术软件制定相应的建筑幕墙方案，创建数字化可视模型图。在这个过程中需要联动图形和数字化，进行参数化设计，为后续的方案比对提供可靠的参考依据。幕墙条件、建筑形态、周边环境需要进行逻辑联动，通过可视化的数字形式来进行相应的表达，呈现出建筑项目的整个形态。要选择出最优的幕墙设计方案，并基于此来确定建筑设计的整体方案，创建基础的BIM模型。可利用Revit和Rhino等软件来进行3D化处理，以便于直观观察进行选择。

另外，还要在确定方案之后，使用BIM软件来统计建筑幕墙工程量，以便于作出精准的概算，给建筑投资方提供参考数据，使之作出正确决策。

2.2 招投标及合同签订阶段的应用

在建筑幕墙招投标及合同签订阶段，同样需要应用BIM技术。可使用BIM技术来科学编制招标文件，把控好每一个项目的招标限价。相较于传统的招投标方式来说，BIM技术的应用，有利于投标人员快速比对各个项目，并作出准确的判断，选定中标人与之签订合同，提升了招投标工作效率，而且能够在一定程度上规避风险。BIM技术的运用可以通过制作3D可视化动画来对整个幕墙项目施工进行模拟，可判断方案的可行性，进一步优化施工组织设计，同时还可以根据观测施工流程而确定适宜的施工工期，能够更为直观地展示投标人的综合能力，促进合同签订[2]。

2.3 幕墙现场施工阶段的应用

在幕墙现场施工阶段应用BIM技术的时候，先要做好施工测量工作。可使用3D扫描技术来获取现场的结构数据，然后再将所采集的数据导入至BIM模型中，以构建相应的空间坐标系，把控好每一个控制点，以便于有效管理幕墙施工。

要优化施工图，可使用3D技术来进行施工测量，获取数据之后构建BIM幕墙体系模型，将该模型和原始建筑施工图进行对比，再结合结构施工图、幕墙设计方案图来进行碰撞测试，以判断是否存在施工冲突。可充分发挥BIM技术作用，完整呈现整个幕墙施工的实际工程，以便于进一步优化施工作业。幕墙设计人员要重视细部节点的把控，可使用BIM技术来处理变形缝、女儿墙根部、渗漏水等部位，充分考虑影响其质量的各项因素，并采取有效措施来加以把控。在利用BIM技术进行比选之后，所选择的施工方案不仅要保证建筑幕墙外观的美观性，还要充分发挥幕墙的功能作用。

要在施工前加强与其他专业的交流与配合，要联合BIM模型和其他施工模型，综合考虑建筑工程中的各项施工项目，找出存在施工问题的部分，加强设计方、建设方、施工方之间的交流与合作，改进施工方案，为后续施工的顺利开展奠定扎实基础。同时，还要做好材料采购和加工工作。应当根据现场施工进度计划，使用Rhino软件来对单独的项目进行建模，再实施参数化处理，以便于确定所需要的各项材料，确定最终的材料数据、类型等，做好编号工作，确定好尺寸、角度等关键的材料数据信息，之后便可以进行精准下单采购，避免材料采购浪费，或是出现人为输入导致的信息错误。这种自动化生成采购数据的模式，还能够根据幕墙结构局部的变动进行相应的调整。加工厂也可以利用BIM技术生成的三维模型、数据材料单来有效也能用计算机数控设备，进行精准加工，联动了材料单和加工设备，体现了数字化加工优势。

要重视现场安装工作，可基于Rhino软件所创建的模型来获取定位坐标点，充分发挥全站仪的作用，进行科学的现场放样测量，以便于精准地确定各个预埋件的安装位置。测绘人员可使用全站仪来将模型上的坐标点，还原至现场中，并通过实际情况来纪念性相应的调试，检查是否存在碰撞，进一步解决冲突问题，避免二次返工。还可以根据材料尺寸、缝隙的情况来深化设计BIM模型，减少错误率，将所有的数据进行共享，创建BIM数据库系统。

2.4 幕墙移交和维保阶段

在完成幕墙施工之后，需要将BIM模型数据进行移交，为之后物业管理、业主使用提供可靠的参考依据，以便于其进行有效维护，及时发现和分析问题，找到具体位置并加以解决。一方面，要利用RFID技术将建筑内部独立运行操作的各个设备汇总到一起，进行集中化管理，以便于全面掌握设备的实际运行情况，方便之后的远程控制。同时，还要确定各设备所在的空间位置，将编号转化为三维图形位置，这有利于之后进行查找和参看；另一方面，可通过BIM技术来创建三维模型，实现可视化，以便于有效调用幕墙施工中的各项信息数据，提高信息查询效率。还需重视幕墙维护工作，统一管理所有的维护数据，通过科学的数据分析来找出问题，加强建筑幕墙管理。

3 幕墙BIM全流程预控技术的实施

以某中心大厦的幕墙工程为例，来探讨幕墙BIM全流程预控技术的实施，其主要路径包含了以下内容：

3.1 参数设计

在幕墙施工过程中幕墙深化设计是最为重要的第一步，需要彰显出建筑幕墙的设计理念。可利用BIM技术来把控好设计过程中的每一个环节，精准表达出建筑设计方案中传达的理念，确保设计过程无误，避免出现设计上的矛盾，影响设计效率的提升。尤其是在一些较为复杂的幕墙设计中，更是需要通过BIM技术的参数化设计来进一步优化。首先，要生成建筑外饰面。该安利工程中所采用的建筑外形是流线形态，并且具有渐变性，建筑外表是由三维渐变单元板块所组成，这些板块之间的差异性较小，可呈现出平滑的建筑效果。在设计过程中，应使用Rhino+GH软件平台（图1）来建立建筑幕墙表皮模型。模型创建中需要遵循建筑幕墙成行原则，并输入坐标点、控制线和尺寸等相关参数。基于实际数据和资料生成模型之后，需要由建筑师、幕墙顾问来共同审核、确认，无误之后才能再继续开展后续设计工作。

图1 Rhino+GH软件平台的运用

其次，要提取和优化幕墙板块数据。在进行幕墙设计的时候，可进一步优化幕墙单元板块框架和玻璃板块以及曲面板块。优化幕墙板块框架的时候，需归类优化尺寸相近的幕墙板块，还要根据板块尺寸的变化来考虑板块间的插接框缝隙。完成优化之后，可确定最终的板块类型数量。同时，还需要基于实际需求和情况来优化框架高度、宽度及横竖框的夹角，从步距角度来进行划分，以便于得到最终的组数、编号；优化幕墙玻璃块的时候，要根据幕墙框架的优化数据来归类优化尺寸相近的玻璃板块，以便于确定玻璃板块的类型数据，同时还要将同一个步距范围的玻璃板块分为一类，以获取编号、组数；平板化幕墙曲面板块的时候，需要控制好玻璃板块的平整度，可利用外装饰面定位线来铺设玻璃板块，以确保建筑造型与设计相符[3]。

3.2 数字化加工

在幕墙施工过程中，加工幕墙构件十分重要，需要严格把控幕墙施工的精度。不仅要严格按照设计要求来加工，还要控制好加工中的细节，尽量提升加工效率，这就需要转变传统的加工方式，有效应用BIM技术，实施数字化加工。就目前而言，市面上的型材加工中心能力参差不齐，具有高性能、高效率的加工中心并不多，大部分加工中心难以应对复杂的幕墙构件加工，整体效率还有待于进一步提升。在这种情况下，应当有效融入BIM技术，以提高构件加工能力，发挥先进设备作用。BIM技术支持下的全自动加工路径，能够提高复杂幕墙构件加工效率，保障加工质量。在实际应用过程中，由于大部分BIM软件都支持CNC数控设备软件接口，因此能够直接将3D构件进行转化，以便于加工设备准确读取相关设计信息，然后基于构件加工工艺规则，来明确加工工序，科学组合加工工艺，严格按照加工流程来执行作业，以保障最终的加工质量。需根据要求选择使用适宜的刀具、夹具等，确定好且削用量，计算出相应的加工工序时间，充分发挥计算机的辅助作用。可将计算机辅助工艺规划转为NC语言，把相关数据输入至数控机床中，进行数字化的幕墙构件加工，提高构件精度。

3.3 信息化施工

在进行幕墙施工的时候，需要协调把控好每一个施工环节，处理好和其他专业的合作关系，要根据现场施工实际情况的变化而进行相应的调整，防止出现同区域的交叉作业。要科学设计和布置临时施工设施，将单元板块堆放至适宜位置，以保障施工质量。基于此，相关人员应当充分利用BIM技术，实施信息化施工。在幕墙施工阶段，需要先对检验幕墙设计方案，看其是否符合要求，同时还要确保构件加工质量达标，以免影响后续施工质量。施工结果将体现在建筑形态方面。要详细论证施工结果，做好信息化预拼装工作，加大现场管理力度。施工人员要及时调整精度，监测相关数据，一旦发现问题要予以解决，确保幕墙施工方案的可行性。应当在Revit（图2）的基础上创建BIM模型，输入安装时间信息，然后进行相应的模拟，再将幕墙模型和其他专业施工模型相结合，观测同一时间段内是否存在同区域的交叉施工，改进存在矛盾的部分。BIM模型可以模拟塔吊、施工吊机等设备的工作情况，有利于分析出实际所需的施工范围、效率。还能够把控好卸料平台的时间，判断卸料平台的翻转周期，根据施工需求来确定所需的台数。

图2 Revit界面应用

4 结语

在建筑幕墙工程建设中，应当充分发挥BIM技术的作用，将BIM技术有效运用于幕墙工程全生命周期中，同时还要利用幕墙BIM全流程预控技术来进行参数化设计，实现数字化加工和信息化施工，从而提高幕墙施工效率，保障幕墙施工质量。