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建筑外立面幕墻設計中BIM技術的運用

來源:未知 作者:杜茂琨
發布于:2021-05-24 共4597字

  建筑幕墻論文第三篇:建筑外立面幕墻設計中BIM技術的運用

  摘要:BIM技術是在信息與科技高速發展背景下應運而生的三維設計系統工具,其涉足了建筑學、土木工程學及動力工程學,具有十足的創新性與先進性。隨著在各類工程事業中的不斷實踐,BIM技術已經日漸成熟,并且應用到電力、石化、冶金、水利、建筑等行業中,成為各大工程公司高水平工程設計與管理的重要輔助手段,為其發展與創新提供了有力的支持與保障。尤其對建筑外立面幕墻設計起到了重要作用,幫助其大幅度簡化與優化了某些復雜環節的工程步驟,在業內被廣泛使用;诖,本文將從建筑外立面幕墻設計工程的原則與步驟出發,對BIM技術在其中的應用展開論述,以供同行們參考。

  關鍵詞:BIM技術; 建筑外立面幕墻; 設計; 應用;

  1 建筑外立面幕墻設計概述

  建筑外立面幕墻從廣泛的字面意義上理解來說,指的是所要設計的建筑物四周外部的一切環境與其建筑立體本身之間的接觸表面,也是建筑物的門面。建筑物外觀的設計感與視覺感的展現全部都是由建筑外立面幕墻來承載的,其真正的作用并不是簡單的裝飾與美化,而是要通過直觀視覺的營造充分展現出建筑物本身的結構與外部構成形態,讓大眾能夠直接地接受信息,滿足他們的審美要求,同時也可以根據建筑物具體的功能進行消費活動,如購買、租賃等。因此,建筑外立面幕墻的設計越來越受到廣泛重視,相關工作人員也在致力研究,采取不同的科技、信息、工藝化手段來達到設計定稿的最高目標與最優質程度,共同為受眾、甲方提供一個完美的、執行力強的設計方案。

  建筑外立面幕墻設計具有高度的統籌兼顧性,在設計之初就應用了多種關于構造、美學、材料、功能等方面的專業知識,建筑設計師在對具體項目進行準備鋪陳時,要充分利用材質、色彩、形狀、比例等基本元素與設計主題進行調整和融合,將其有韻律性、節奏性、次序性地進行不同排序與混合。在滿足設計要求和目標的基本條件后,再來高度呈現建筑外觀美感和室內美感,在符合基本建造原理的基礎上為客戶帶來賞心悅目的設計結構,給城市再添一筆亮眼的色彩。

  2 BIM技術在建筑外立面幕墻設計中的具體應用

  BIM建筑信息模型是在具體的建筑工程項目上針對與建筑相關的信息數據進行統一建模的工具,通過對設定的真實信息數據來模擬建立數字化信息結構。在建筑外立面幕墻的具體設計中,輸入的建筑信息則是每個建筑構件的各類尺寸、材質材料以及制造商的信息,三維系統BIM軟件會根據用戶輸入的信息逐步建立起建筑外立面幕墻的信息系統,再利用軟件實現仿真模型的立體呈現,之后的各項工作將會在一個相對綜合和嚴謹的平臺上進行改進、添加和管理。

  2.1 建立建筑外立面幕墻BIM三維模型

  建筑行業輔助設計工具的發展歷經了很多階段,它們隨著科學與信息技術的更迭與創新應運而生,從最初的Auto CAD到Sketch Up,再到三維初探的3DMax,進行了從平面轉移到空間上的巨大變革,而現在最先進與成熟的當屬三維的Revit輔助設計工具,它的應用開啟了參數化三維設計的大門,奠定了未來建筑行業輔助設計工具發展的基調與作業規范的方向。BIM模型應用之初,首先要根據項目的具體要求與指標建立BIM模型以及參數所需要的固定數據庫,作為理論與實踐的融合以此來更直觀和形象地展示出優化的幕墻系統基本圖形。因Revit三維軟件十分適合建立BIM模型,而且二者在空間的設置上相通,所以能夠最大限度為設計工作提供方便。除去一些機械化、固定化的基本步驟,對建筑幕墻相關的特殊元素與要求還需要進行廣泛收集,整合出最好的建造方案,再進行錄入,再次輸入的信息可大致包括型材名稱、線形密度、表面處理、長度、生產廠家、成本以及玻璃的顏色、寬度、成本等相關參數。在對每個材料的其余部分建立數據庫時要特別注意,在符合BIM模型基本信息的要求后進入幕墻系統,從而保證建立真正意義上的三維建筑信息模型,而非簡單的平面信息錄入模型。當一切前提條件與信息錄入完畢后,工作人員可啟動和激活Revit軟件的平臺機構來建立建筑幕墻的BIM模型,并且在不斷改進與優化的過程中完善最終的仿真模型,讓其更精確立體呈現在軟件機構里。

  建筑外立面幕墻是懸掛式的圍護結構,設計的過程要將承載與連接的主墻體參數考慮進去,以確保最終實現建造過程的可操作性。建立建筑外立面幕墻的BIM模型,首要工作是建立所需基本參數的BIM模型。而BIM模型的主要構成與組成部分一般是建筑設計單位著手建立,因此建筑設計單位也要充分依據主結構后的BIM模型在各種參數統一后,才可通過相應的軟件平臺進行仿真幕墻的安裝模擬工作,以此產生最終所需要的設計效果。

  2.2 深化建筑外立面幕墻BIM三維模型

  Revit輔助設計軟件開啟了參數化三維設計的時代,同時也將建筑設計逐步引入參數化設計的領域,為建筑行業提供了一套更加嚴格、精準的算數形式來輔助設計過程,這不僅提高了設計進程的效率與速度,而且在建模的過程中設計師還可利用軟件觀察到更多的形式,從而完善自己的設計思路,以達到設計的最高水平。建筑參數化設計是運用計算機與智能軟件共同作用,調用不同的計算方式構建出一系列具有函數關系的建筑模型,這是其工作的基本原理,若要在設計過程中改變某一個參數,系統的反應也十分智能化,它會根據相關的函數與約束關系來將其他數據與結果進行相應的調整。例如采用Revit設計軟件在對某個項目的建筑外立面幕墻建造模型過程中,若將建筑外表皮控制面選擇為不規則的異形面,在對屋面進行適當改造與設計時,則需要率先從異形面中提取與建筑外立面幕墻重合與共用的點或者某條線,用鼠標在分割面上進行提取后,系統會產生不同的模型單元方案,設計師要進行優劣與實操比對,進行從優選擇,以保證其設計效果。

  上述例子中Revit的表皮分割功能可將墻面看作一個整體,通過算法設定的規則將其分割為幾個不同類型、不同屬性的單元塊,并且結合參數建立前期的數據對外立面幕墻的建筑效果與所需的材質等進行綜合分析,從而完成對多重方案的優先序列對比,最終由設計師確定執行。例如上述例子中經過分析與比對,首先確定了1/2錯縫進行立面分割,軟件會根據要求對橫向與縱向的尺寸與坐標進行相應的控制與轉移,依據確定的空間點提取相應的功能,同時在此過程中還可以得出每一塊面板的精確空間坐標,設計師可利用提取的相關信息進行材料板幾何屬性的推算與選擇,憑借前期軟件各項強大的功能來深化建筑外立面幕墻的BIM模型,為下一步工作提供方便。

  2.3 基于模型建立二維圖紙

  傳統的建筑外立面幕墻圖紙設計是靠人工手繪的二維圖紙來完成,工作量十分繁雜且對工作人員的手繪能力要求也較高,當手繪圖紙應用到具體的建造中時,很難達到直接的指導目的,同時手繪的建筑立面只會看到一個正面方向,所展示的信息只有高程與橫向,很難依據其內部結構對銜接部分進行實際建造,給實際工作帶來了阻礙。而在使用建筑幕墻的BIM模型時,立體感與直觀性的問題會迎刃而解,同時在對某些地方的部分參數進行實時修改時,可直接在軟件上輸入參數,系統會自動匹配與之有關聯的各類數據,可隨時進行改進。在觀感上,BIM模型在Revit軟件的基礎上也是以三維立體呈現,后期工作人員可通過控制鼠標調節隨時切換觀看方式,更好地開展指導工作,從而提高工作效率。在設計過程中,根據實時變換的工作需求與軟件自主產生的不確定性因素,BIM模型需要在Revit軟件里完成平面深化、立面深化及各種特殊面的生成與深化等工作,對于建筑行業來說,平面深化工作有著一定的規范要求,設計師必須遵守相關規定來開展標準化制圖操作,以避免讀取過程中產生信息誤差而造成短暫的工作停滯。

  最具代表意義的規范與準則有以下幾點:(1)根據平面深化設計要求,構建及二維表達應滿足《BIM構件庫應用標準》及《民用建筑BIM設計實施導則》要求,根據立面深化要求,設計師需要在Revit軟件中所有關于材質、填充、色彩等立體面方向上各類層次的深度表達,同時構建及二維表達應滿足《BIM構件庫應用標準》及《民用建筑BIM設計實施導則》要求。(2)對于剖面的生成與進一步深化則要依據Revit模型,調取相應的命令按鈕,創建需要改進的剖面項目,在工具與參數限制的影響下,根據設計思路對剖面圖進行進一步完善,但是在改進的同時要特別注意標注的準確性與項目的獨立性,切忌將同一個維度的不同剖面項目混合在一起,而失去命令設置的作用。BIM模型的特性決定了三維視圖制作的簡易性與易改性,也附帶著十分智能化的工具作為制作時的輔助,使整個項目進程更加迅速與順利。將初步設計方案生成2D圖后,在對某些結構內部的參數進行展示時,需要在軟件上使用自帶的文本標記與尺函數來完成更加適合實際指導施工的2D圖,為實操執行工作人員帶來更全面的信息與更方便的讀取方式。

  2.4 進一步優化設計

  首先,可利用BIM模型中的三維可視功能來提升設計效率。BIM模型中的三維可視功能能將設計師進行參數建造的模型立體化、完整化、結構化地表達出來,通過立體形式進行主結構的觀看,還可將設計過程中的模型進行360°全方位移動與旋轉,為設計師提供更加全面的設計視野,在降低思維想象難度的同時,也為與客戶、其他建筑工程師、業主等之間的交流與溝通提供了方便。在設計過程或后期定稿整改中,若客戶、其他建筑工程師、業主提出改進與指導意見,可完全參照可視化立體圖進行講述觀點,避免了由于溝通不當存在誤解,提高了溝通的整體效率。BIM技術服務于工程全過程,在輸入各類尺寸、材料、價格等各項必需數據時,該技術能夠直接計算和展示出設計中的材料用量、幕墻耗能、室內環境,為進一步節省設計成本與建造原料起到了決定性作用。

  2.5 視覺性能和實時漫游

  使用BIM模型作為設計的基本承載工具后,整個建筑外立面幕墻可以完全三維漫游,設計師在計算機屏幕上將設計好的內部結構與外部結構進行整體嵌套,打造實時且形象的整體建筑,從而瀏覽整體的呈現效果與內部、外部結合之后的實景和磨合細節,通過仿真模擬來預測真實落地后的觀感效果,在對某些不太優化的部分進行進一步研究與改造,在前期就減少失誤與缺陷的系數。實時漫游還可在可視化展示時將其制作成動畫形式進行播放,讓用戶更加直觀地了解建筑,從而喜歡上建筑模型,產生強烈的購買欲望。BIM模型也可將其具有的可視化、模擬化、協調性、實時改進性以及可出二維圖五大特性充分結合起來,使項目在展示時具有高度的具象感覺與用戶交互體驗功能,將建筑設計外觀賣點發揮得更加深入。

  3 結語

  綜上所述,是對BIM技術在建筑外立面幕墻設計中的應用及優化的闡述與分析,BIM技術可以實現從二維到三維再到二維的轉換,同時還具有高度優良的視覺性能和實時漫游功能,對設計師的工作及用戶的體驗都十分友好,可在很大限度上提高工作效率、優化設計方案,是一項值得廣泛應用的工具。

  參考文獻

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作者單位:江蘇炯源裝飾幕墻工程有限公司
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