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蔡雄生:BIM技术在异形石材幕墙工程的应用研究

打印 0条评论来源: 作者:蔡雄生

前言:


从BIM概念进入中国最初的无人问津到被炒得火热,拨开那些被软件厂商及有心之人神化的外衣后,BIM近几年在中国算是慢慢走上了正轨。国家政策的推动,地方政府的支持甚至是补贴,大型设计、建设单位做“吃螃蟹”的人。慢慢在各大项目中摸索直到得到回报,越来越多的企业及工程师们意识到了BIM的价值。过去的几年里,各大省份出台的征求意见稿甚至是硬性规定,都标志着建筑的新发展新技术---BIM已经势不可挡!


传统建筑上的BIM应用,大家谈的很多,也正是从土建、机电、管综等应用中摸索出了价值,一些规模企业甚至已经有了自己的企业内部标准。抛开前面那些现在做得较为火热的应用。本文将主要谈谈BIM在建筑石材幕墙的应用。


提及幕墙,多数人先想到的应该是城市高楼林立的玻璃幕墙,其实不然,幕墙按材料可以分为玻璃、金属板、石材、陶土板、千思板等等。再按各种材料还可更加细分,这里就不做一一阐述。随着社会的进步,人们对建筑美学的要求不断提高,对实现建筑表现的幕墙行业要求也日益增高。石材幕墙已逐步走向构建多元、造型复杂的方向发展,对幕墙设计阶段的精准性也提出了更高的要求,这些都为工程设计和施工带来了难题,现场安装的误差,生产过程中的细小误差,主体结构施工过程中的不确定性,这些设计施工过程中大大小小的误差,都会对设计和施工造成不利影响,而BIM技术的介入,正好辅助修正了这一问题,让设计更加的直观、准确。


本文将通过某工程案例的几个应用点浅谈BIM基于异形石材幕墙的应用,希望对各位读者有所帮助或者从中找到其他幕墙分支的解决思路!


范例项目为某大型商业综合体,属于古典主义风格建筑(可参考罗浮宫东面、凡尔赛宫、恩瓦利德新教堂等),主体结构部分采用钢结构,再利用干挂GRC、GRP等异形石材幕墙实现建筑效果表现。(GRC译为玻璃纤维增强混凝土,其拥有无限可塑性及高质感多肌理的特点,能实现建筑师天马行空的设计梦想,是众多设计师熟知的外墙材料。)阿利耶夫文化中心、上海迪士尼、澳门威尼斯人酒店等项目都大量采用了此材料。



传统石材幕墙生产方大都自己生产石材产品,背负石材的钢架则外包给专业的制钢厂制作。而钢架背负着石材,这意味着钢架的设计图纸还是由石材幕墙企业提供,这样才能避免钢架与石材无法对接的问题,当前国内石材幕墙企业大多提供CAD设计图纸给予钢材生产方,只有少数直接提供Tekla生产模型及图纸。基于前者,钢材生产方还得使用Tekla重新建模后再进行下料生产,这种重复的二次设计难以避免的出现对图纸理解错误或是所提供的CAD图纸表达不清晰等问题,出错的概率大增。


在BIM设计工作模式下,石材幕墙企业直接使用Tekla进行钢架设计,直接提交模型及图纸予钢构厂生产,有些企业已经做到这步。但还没有企业对模型进行后续的利用,即加之从结构施工方提供的结构模型或本公司的石材模型,通过整合,可以直观的观察埋件与钢架、钢架与产品之间的关系。Tekla亦能通过清单功能快速得出某一钢架产品所消耗的方通亦或角钢的长度及重量,节省掉了后面人工算量的一个环节,大大的提高了效率的同时还具有更高的准确性。



回到石材幕墙产品本身,传统CAD二维表达方式已经逐渐满足不了如今越来越复杂的造型,不能清晰的表达设计意图。有些建筑甚至整个幕墙系统没有重复模块,二维的设计显然已经无法胜任,这也导致了每个构件的编号必须唯一性以保证现场准确安装施工,传统的纸质记录管理起来相当混乱及困难。


本项目选用Revit为石材建模平台,每个石材构件便是一个族,每个族记录着此构件详细的信息。需要用时通过筛选即可立刻得到,亦可导出明细表。信息的记录对比传统纸质图纸更加的科学及全面。会议时通过Navisworks轻量化模型,快速过滤高亮显示,不管是进度会议还是方案讨论都比一群人翻阅纸质图纸来得直观和易于沟通理解。



上段所说的多是管理上的应用,回到设计中,由于主体部分施工过程中的不确定性,在幕墙部分,设计院多只提供简单的立面分格形式及少量节点图,远远满足不了施工要求,所以石材幕墙的后深化设计显得尤为重要。


其实幕墙或许是整个建筑行业中最早运用三维参数化设计的行业,只是大家谈的多都是玻璃幕墙,很少有人去关注石材幕墙的应用。三维可视化的设计打破了传统二维图纸的格局,在深化阶段给予设计师更直观的设计思路,参数化的设计软件可以给出科学的板件优化参考,通过曲率的优化来降低生产难度,双曲件优化为单曲件组合,单曲件优化为标准件,通过最大化统一规格,减少模具制作,达到降低成本的目的。通过二次开发,来实现同单元模块自动排布建模,节省了大量的人工。


而BIM的协同理念,对石材幕墙行业深化设计阶段可谓锦上添花。即在建设工程的全生命周期中各种信息的共享、交互。幕墙的后深化原因在于现场结构建设存在的不确定性及大量变更。特别强调现场结构及水暖电施工与幕墙深化方的协调。所以设计过程中,信息的及时更新共享和协同显得尤为重要。BIM协同理念正好解决了这一痛点,在各方都掌握BIM技术后,通过在同一云端进行设计,大大小小的变更及时反馈在中心模型上,幕墙设计可以在工程建设中更早的阶段开始介入,使设计效率提高及更为准确。以实现施工组织的无缝对接。通过其他专业模型,还能清晰的查看某些隐蔽位置的结构问题,及时进行开孔避让。


与产品碰撞


与结构碰撞


通过管综模型,能直观的看到管道走向,进行避让。比起CAD图纸核对时需要打开多张图进行复核,甚至是拿着一堆现场测量数据进行复核,模型可以直观的检查出主副钢架的连接是否准确。把错误率降到最低。理想状态下Tekla模型还可导入石材幕墙的建模平台,实现直接出CSD(即施工图纸),这个下文会详细说明。


管道避让


钢架核验


钢架碰撞


最后说说上面提到的利用Tekla模型进行施工图出图的问题,之所以放到单独来讲,是因为这个应用还不够完善。毕竟Tekla与Revit属于不同软件厂商,目前的解决办法只能是通过IFC标准格式进行互导,难免还是有数据丢失甚至构件丢失的问题。如螺栓锚栓不能导出,弯折梁柱导出错误等等……但是对比起玻璃幕墙或者其他钢结构来说,石材幕墙的背负钢架组成相对简单,复杂节点极少,所以其实导出利用率非常高。其实Tekla也出了针对Revit的接口,官网现在还可以下载得到,不过很多人反馈说用不了,据说是Revit停止了支持,这方面我没有做过详细研究。有经验的工程师欢迎交流!不过我相信随着IFC标准的不断完善,国内众多二次开发团队的努力,这个问题在不久的将来就能解决。


利用Revit出图


题外话,不知道有没有人听过Advaence steel,或许AutoDesk也意识到自己在钢结构的软肋,这个软件是一款基于CAD平台的钢结构深化设计软件,由于其基于CAD平台,所以使用起来也容易上手,其在欧美具有一定的市场占有率。不过中国市场目前钢结构深化领域还是被Tekla占领,加上As也还没有汉化版本,教程也较少,所以国内使用的人不多。As经过这两年的不断优化整合,AutoDesk也将他塞入了BIM解决方案生态圈,提供了Revit接口的同时也可以直接导入Navisworks做协调整合。据传2018版本的Revit整合了As的节点,值得期待As以后的市场,毕竟协同交互是实现BIM很重要的一环,模型及数据间的互通显得尤为重要,而AutoDesk公司在工程行业的布局也足以让我们看到他的野心。



以上,即是BIM在石材幕墙的几个应用点。当然,这只是基于Revit为建模平台的一个解决思路。针对不同项目,如大型曲面,Rhino+GH或许能更得心应手、而遇到超异形,Catia又更加擅长,甚至一些机械软件如Inventor或者SolidWorks都有出色的工程师用来解决各种复杂的幕墙项目。再通过NW或者其他平台的整合,不断与其他专业协调。俗话说:不管黑猫白猫,抓到老鼠就是好猫。解决一个问题的方法其实有很多种,BIM其实更多的是一种思路一种管理理念的革新,找到最合适,高效并产生效益就是我们所追求的。而在这条路上,我们还需要不断前进,摸索……

  

新技术的应用过程中还是不乏困难,这需要我们去慢慢去寻找解决的办法。例如在此项目中,大量的构件使得建族非常的繁琐,当下建筑结构机电翻模软件百花齐放,而针对于建族方面,只有族库的管理,却没有建族的辅助,无法做曲面展开,放样融合只能基于一条线无法实现曲面变换,族不能摆脱上下翻转,族套族统计繁琐等等都使得模型的搭建及出图变得繁琐。参数化的建模对建模人员提出了一定的要求。而针对GRC石材产品,建模精度也是一个问题,加强肋的表达,预制螺栓孔、安装点这些细微节点其实带来了更加多的建模工作量才能达到出产品图的精度要求,这个还需要无数工程师在大量工程中的实践,抓住重点痛点,靠二次开发或者更合适的组合平台来帮我们实现更高的效率。

     

BIM刚在中国发展时,很多企业业主逼着做,甚至把BIM独立出来做,就只是为了交一个任务。许多人说看不到投资的价值。回看上面项目简单带过的几点,可以发现本项目BIM的应用其实还并不深入,而且多是在幕墙企业内部应用,但我们可以看出,BIM的介入应用从板件的优化后模具的费用减少。可视化的设计减少可能出现的设计失误这些隐性费用,减少了大量返工甚至是产品到场后无法安装影响的进度问题。自主Tekla建模后节省下来的钢构厂二次设计费用。Tekla的计量,参数化的建模设计让面积及体积得到统计,节省了大量人工等等这些显性或隐性的好处都带来了经济上,甚至更多的是时间上的效益。时间就是金钱这句话相信大家都懂,没有窝工返工,企业才能开展更多项目,带来更多收益。从管理的角度,模型的应用让信息的记录更加的科学和直观,提高了管理质量。而这仅仅是基于石材幕墙厂商一小部分的应用,布局到整个项目周期的BIM应用中,通过更早的深化设计介入,在控制工期、减少变更及更加科学的管理等应用带来的价值必然更盛。

     

BIM让工程的过程更加清晰明朗。它带来的设计变更减少,返工率降低,模型的存在让工程更加的量化等等都是他的优势。但又不可否认,BIM确实影响了部分人的利益,有些人,恰恰是依靠变更及返工来挣钱的。借用以前在其他文章看到的一句话:“要知道,有些动物就是喜欢黑夜。”


结语:


前段时间,国标《建筑工程设计信息模型交付标准》送审稿通过了审查,而在去年年底,国标《建筑信息模型应用统一标准》也由住建部发文发布,将在今年7月1号开始正式实施。大大小小的地方标准更是早已落地,这些趋势,无不意味着新时代的来临。对于企业来说,新技术的应用,时间成本,学习成本,新工具的采购投资都是不可避免的。无论从小的改动,如计算机设备的更新,或是大到一个公司一个甚至多个部门工作模式,流程的转变。这些都是每个企业决策者需要谨慎面对的抉择。希望谨以此文的应用实例,对各位有所帮助。



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