基于BIM的幕墙生命全周期实践

基于BIM的幕墙生命全周期实践

魏越兴

深圳市方大建科集团有限公司  深圳  518057

摘要： BIM技术自提出以来，在国内外引起了广泛关注，其应用价值得到了广泛认可。本文结合工程实际案例，介绍了BIM技术在建筑幕墙上的应用实践，并就目前BIM技术应用现状，提出了未来建筑工程领域BIM技术的发展趋势，以期为推动BIM在中国建筑幕墙行业更广泛、深入的应用提供参考价值。

关键词：信息技术；幕墙行业；BIM技术；实践；趋势

1.引言

2010年,国务院提出坚持创新发展,将战略性兴产业加快培育成为先导产业和支柱产业,重点培育和发展的战略性新兴产业，其中就包括新一代信息技术。2011年,住房城乡建设部在《2011~2015年建筑业信息化发展纲要》中明确提出,在“十二五”期间加快建筑信息模型(BIM)、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用。随后在“十三五”规划中，提出重点推广建筑业信息化技术。

目前，尽管我国工程规划、设计、施工、运维等阶段及其中的各专业、各环节以及工程建设管理都已普遍应用计算机软件,但计算机应用软件水平的进一步提升仍然面临着两个主要问题:一是信息共享,二是协同工作。工程建设行业不同软件间存在信息不能交换、不及时、不准确的信息孤岛问题。大到一个行业,小到一个企业、一个部门,数据不能有序流通、信息不能共享,给行业和企业带来了巨大的经济损失。建筑业可持续发展的两大组成部分是建筑工业化和建筑业信息化。信息化是现代工业化的重要支撑,是建筑业贯彻执行国家战略性新兴产业政策、推动新一代信息技术培育和发展的具体着力点。要实现工程建设信息化,则必须依赖于建筑信息模型技术(即BIM技术)所提供的各种基础数据。

解决各个系统之间的数据交互和业务集成,也就成了行业和企业信息化的主要战略任务,这也是BIM技术的优势所在。BIM模型和信息可以在建筑工程全生命期中持续传递和共享使用,从而提高工作效率和效益，因而BIM是建筑业可持续发展的必然选择

2.早期BIM探索之路

随着BIM技术在国内不断推广，建筑幕墙行业在BIM应用上的实践做了积极的探索，并积累了一些经验。早期我们接触的3D模型主要是用CAD建模，而且大多都是线模型，虽然能很好的完成项目，但当时耗费了大量的人力和物力，工作效率并不高，这一定程度上受制于软件的功能，另一方面也受制于公司技术人才的缺乏。 2010前后国家引入BIM概念，2011年,住房城乡建设部在《2011~2015年建筑业信息化发展纲要》中明确提出,在“十二五”期间加快建筑信息模型(BIM)、基于网络的协同工作等新技术在工程中的应用。为适应建筑信息化的发展趋势，公司制定了BIM长期发展规划， 加强BIM人才队伍建设并成立了BIM研究组，重点研究BIM在幕墙产业上的应用实践。

时至今日，建筑幕墙行业已在多个项目中应用了BIM，应用范围在不断扩展，虽然目前BIM应用系统还需要继续成熟、完善，但我们相信随着BIM应用的不断深入，最终会实现BIM在幕墙全生命周期的应用。

3.现阶段BIM应用实践

3.1 BIM软件选择

软件是实施BIM的重要工具，选择合适的软件是我们获得高质量成果文件的基础，BIM软件的选择应根据不同专业和不同工程实际需要选择，具体参见图1示意。就幕墙专业而言我们使用最多的是Revit\Rhinoceros\Navisworks\Inventor 。工程交付的文件格式是*.rvt\*.IFC。

图1BIM常用软件及文件格式示意

3.2 BIM模型

BIM模型是实施BIM的基础，它贯穿于工程建设全生命周期，集成了建设过程的大量信息，模型的质量决定后续设计、生产、施工、运维的实施质量，模型深度应随工程进度不断深化，是一个动态持续更新的过程，参见图2示意。

图2BIM在建筑幕墙中应用阶段示意

3.3 BIM标准库

相比于传统方式，BIM是一个全新的概念，除执行国家、行业标准外，企业应根据自身需求建立自己的通用标准库和项目特有标准库，如BIM制图标准、材质库、构件命名规则、单元式幕墙标准库、埋件标准库、型材标准库、悬窗标准库等，对于不能通用的项目，应建立项目特有的标准。

3.4 BIM出图

施工图仍然是建设环节不可或缺的重要部分，BIM软件具有很好的出图功能，其图纸是基于BIM3D模型出的施工图，当立体模型改动时，对应的二维图纸会自动随着进行调整。对于复杂位置可用3D节点辅助展示。出图效率和准确性大大提高，表达也更加清晰，参见图3示意。

图3BIM出图案例示意

3.5 模型信息提取

3.5.1基于BIM模型提取工程量

模型搭建完成后，工程量就能自动统计出来，模型建的越细，统计的内容越准确，避免漏项，提取的数据可直接传给成本部，用于成本核算，减少工作量，也可将模型数据用于采购招标等工作，参见图4示意。

图4BIM提取工程量示意

3.5.2  基于BIM模型提取板块编号、构件材料信息

在模型中对每个板块、每个构件进行编号，并添加面板、构件的诸如厂家、材质、面积、位置、长度等参数信息，为后期生产、施工及运维提供数据基础，参见图5示意。

图5BIM提取材料信息示意

3.6 BIM协同

协同工作是BIM的核心价值之一，建设各参与方基于BIM协同平台开展工程管理。应用可视化模型进行建筑效果沟通、进行专业间碰撞检测、方案协同等。因过程中都是基于唯一的模型信息源，所有沟通结果都能即时记录并更新，因此可避免沟通信息丢失，提高沟通效率。

3.6.1基于BIM的参与方协同

围绕建筑工程管理本身，业主方、设计方、施工方、材料供应方、工程监督方、运营方均可同时在BIM同平台开展沟通工作，参见图6示意。

图6参与各方的BIM协调示意

3.6.2基于BIM的建筑效果沟通

应用可视化模型与建筑师、甲方沟通建筑效果，因采用的是实体模型，所以沟通比较直观，处理问题效率大大提高，参见图7示意。

图7应用BIM模型与建筑师沟通示意

3.6.3基于BIM的碰撞检测

在设计阶段，整合幕墙、主体结构、机电模型，进行碰撞检测，提前发现干涉问题，及时做出设计优化，参见图8示意。

图8应用BIM模型进行碰撞检查示意

3.7 方案优化

3.7.1基于BIM模型分析幕墙构造，优化设计方案

在异形工程项目中，常常需要利用BIM进行设计方案的优化，比如南昌万达茂项目，共26个罐体，45000多块小瓷板（790mmx600mm），单个安装工程量很大，而且控制点多。通过对模型的分析对比，提出优化方案将9个小分格组成1个单元板块,减少现场安装工作量，减少空间控制点。提高安装效率，提升工程质量，参见图9示意。

图9应用BIM模型优化设计方案示意

3.7.2 基于BIM模型分析、处理收边收口问题

对于一个复杂项目，收边收口是一个非常重要的位置，也是工程的难点。此类问题对项目的收尾、工程工期、工程质量有重大影响。有时处理收尾所耗费的时间跟大面施工耗费的时间差不多，因此这类问题应提前处理。深圳当代艺术馆就是这种复杂项目，应用BIM模型针对项目的9个重点位置跟建筑师、甲方进行充分的沟通，在保证建筑效果的情况下，综合考虑设计、生产、施工因素，在工程前期对这部分进行了设计优化，最终也收到了较好效果，参见图10示意。

图10应用BIM模型处理收边收口示意

3.8工艺、提料：基于BIM模型导出设计工艺

将幕墙构件进行实体建模，并在模型中按实际需要切好角度、开好孔还原1：1的构件模型，将3D模型直接生产2D工艺图纸，减少间接转化时可能带来的人为失误，提升工作质量和效率，参见图11示意。

图11应用BIM模型导出设计工艺示意

3.9  BIM参数化设计

此处提到的参数化设计主要是指利用Rhino+GH参数化设计平台，自主开发一些自动化参数程序完成快速建模、设计优化、模型数据提取、批量工艺排版、自动编号。从而减少设计工作量、提高工作效率。以深圳新会展中心为例，该项目屋面有近1200个单元板块，近25000个小面板，建模型工作量巨大，设计下料任务繁重，针对此项目我们专门开发了一些小程序来协助工作，参见图12示意。

图12应用BIM参数化设计案例

本项目设计板块较多，我们采用参数化程序，通过形状、面积匹配寻找相同的板块并归类，以此减少设计工作量，减少加工放样工作量。通过优化本项目板块种类减少了50%。 参数化快速建模：如图示，本项目是一个空间造型项目，各三角面板之间有夹角，钢龙骨、铝龙骨都需3D建模，工作量非常巨大，采用手动建模肯定耗时费力。因此我司开发了参数化建模程序，将大量重复工作交由程序完成，大大提升了设计效率，参见图13示意。

图13应用BIM参数化快速建模示意

模型数据提取：应用参数化程序提取模型中构件长度、面板尺寸、编号、点坐标，并将这些数据以表格的形式输出为外部文件，供加工、成本、采购、施工采用，参见图14示意。

图14应用BIM参数化快速提取数据示意

批量工艺排版及编号：应用参数化程序将空间面板按编号排布到平面中，同时标注相关工艺尺寸，用于加工制造，减少人为数据输入错误，提升工作效率，参见图15示意。

图15应用BIM参数化快速编号示意

3.10 对接项目管理平台

为提高信息化管理水平，开发项目管理平台并接入BIM系统。将从BIM模型中提取的尺寸信息，导出的电子料单，关联到物料平台，对接工厂加工，指导采购，关联加工进度，参见图16示意。

图16BIM对接项目管理平台示意

3.11施工进度和工艺模拟

通过可视化模拟，直观的感知施工建造过程，提前预知施工方案的合理性。通过对比实际进度与计划进度，合理调整施工工序。通过动画方式，模拟安装过程，使施工人员直观的了解板块安装施工工序、安装步骤、安装方案的可行性、过程中可能碰到的问题等等，并减少误装、漏装现象。

3.12施工安装模拟及精度控制

通过动画模拟板块的吊装过程，通过可视化手段使施工人员清晰的了解整个吊装的步骤，注意事项，用于指导施工。通过提取BIM模型中构件的三维控制点坐标，利用全站仪现场定位放样，指导物件精确定位安装，保证施工质量，参见图17示意。

图17利用BIM进行施工安装工艺模拟示意

3.13 BIM运维

更新BIM竣工模型；收集过程文档；施工图片。将工程文件上传到公司项目管理平台，为后期管理和维护提供资料。维保时，通过在BIM模型中选择对应位置的板块，即可调取所需材料的编号、厂家、加工工艺等信息。对已维护的数据进行记录、更新。

4.结语

BIM技术在国内外已得到广泛认可，是建筑产业信息化的必然之路。建筑业是我国国民经济的支柱产业，目前我国建筑业信息化率约为0.04％，远低于国际建筑业信息化率0.3％的平均水平，国内建筑业信息化空间巨大。基于BIM的发展现状，在建筑幕墙行业乃至整个建筑业提出以下展望：

（1）BIM系统拥有大量的数据信息，将BIM数据与加工端对接，实现模型数据-加工终端-产品的无纸化智能加工流程。

（2）借助云端，搭建一个协作平台，实现设计师、承包商、业主之间基于一个三维环境的沟通与协作云平台。

（3）完善、细化设计、生产、施工、成本、采购环节的分工，开发BIM应用系统，实现全建设环节信息集成。

（4）将资源信息与空间模型完全融合，推动运维管理水平，以统一的模型贯穿于建筑使用年限，实现全生命周期管理。

参考文献：

[1] 中国建筑装饰协会. 建筑幕墙工程BIM实施标准：T/CBDA 7-2016 [S].北京：中国建筑工业出版社，2016.

[2] 中国科技产业化促进会.建筑信息模型（BIM）工程应用评价导则：T/CSPSTC 20-2019 [S]. 北京：中国标准出版社，2019.