BIM案例：BIM技术在宁波城市展览馆项目中的应用（上）

宁波市城市展览馆项目位于宁波市江东区。工程地下1层，地上4层，总建筑面积23622㎡，建筑高度24m，鸟瞰形体似一个巨型风车，由中庭及四块大翼片组成，外立面由双层幕墙组成，幕墙总面积为18500㎡。主要幕墙系统内层为异形多面角明框框架式玻璃幕墙和铝板幕墙，外层为环绕着玻璃幕墙外侧扭曲的异形截面釉面干挂陶土板幕墙，陶板面板为三维空间疏密无规律变化叠加排布，沿玻璃外立面环绕上升至屋顶采光顶四周围合，中庭采光顶为钢桁架结构，夹层中空玻璃面板，下部悬挂PTFE遮阳膜。幕墙整体立面效果图如图1所示。

图1宁波市城市展览馆效果图

幕墙工程重、难点

幕墙工程根据翼片位置分为A区、B区、C区、D区及屋面E区5个区块。其中玻璃种类有16种，共1679块，每个板块具有唯一性；异形陶板规格7459种，27883块。本工程为双层幕墙，外层陶板幕墙与内层玻璃幕墙间距最大为3.3米，最小为1.1米，幕墙剖面为异形转折面，故大多数立柱骨架由两根或三根矩形钢管上、下扭转拼接而成，且安装定位均为空间定位，玻璃幕墙立柱骨架为475根，陶板幕墙立柱骨架为269根，每根骨架均具有唯一性，对加工及施工都存在极大的难度。部分陶板幕墙骨架位置除与主体钢环梁连接外，还需与玻璃幕墙立柱之间通过牛腿进行连接，且空间牛腿定位复杂。幕墙分区如图2，陶板幕墙及玻璃幕墙立柱三维线模图如图3、图4所示（注：不同颜色线型代表骨架不同规格），部分双层幕墙主要进出剖面图如图5所示。

图2宁波市城市展览馆分区图

图3内层玻璃幕墙立柱骨架三维线模图

图4外层陶板幕墙立柱骨架三维线模图

图5双层幕墙主要剖面图

3 BIM技术在设计阶段的应用

（1）方案设计阶段

基于建筑师提供的初期BIM三维模型，构建异形建筑幕墙专业模型，配合完成外表皮面板材料的外形轮廓及分割形式的划分，协同建筑师对建筑效果的控制并确保模型设计信息一致性。该项目在与建筑师多次沟通协调才最终确认玻璃幕墙的分割形式以及陶板面板排布原则，最终表皮模型如图6、图7所示。BIM技术该阶段的主要研究是构件初步异形建筑幕墙表皮模型，将其作为项目实施的初始基础模型，同样也是BIM应用的第一步。

图6玻璃分割确认模型

图7陶板排布确认模型

（2）幕墙施工图设计阶段

进一步对幕墙表皮进行合理优化，通过对曲面分析确定翘曲值，将拱高及翘曲值9mm以内的面板进行合理优化，以平板玻璃代替单曲玻璃，单曲玻璃代替双曲玻璃，并分析优化后的板块造型是否既能满足建筑师对效果的要求以及面板材料的加工、安装需要，从而降低了施工难度及节省造价，并通过对面板面积的分析为设计明确板块厚度及构造提供依据，如图8、图9所示。施工图设计阶段需对模型精度进一步提高，辅助幕墙设计来完成设计工作任务，与幕墙设计协同工作。

图8玻璃面板翘曲值分析

图9玻璃面板平板拟合单曲面，单曲拟合双曲面

另利用BIM模型直接可测出板块与板块间夹角、板块与水平面夹角及板块面积等信息，设计师根据实测数据对玻璃幕墙构造进行合理设计，并确定板块种类；陶板幕墙对建筑设计方案板块排布进行分析，陶板的排布利用BIM软件进行参数化设计，板块不仅是错缝叠加分布，板块左右、上下间距均为可变数，且板块在空间三维坐标里任意转换角度，因陶板幕墙为装饰幕墙，内侧均为可视面，幕墙设计必须利用三维空间参数来设计合理构造，并应保证陶板幕墙连接构造的美观及安装简便，且设计完成后必须通过BIM三维模型来进行验证模拟，是否满足所有角度及各异形部位安装要求，尤其针对角度变化大、双曲面及转角折角等特殊部位的连接，通过验证及时发现系统构造所存在的实际问题并找出缘由，提出可行性解决方案，主要幕墙连接构造只有通过了系统性地验证及研究，才能确保后续项目的施工作业的顺利进行。系统验证模型如图10、图11所示。对幕墙系统的验证初步凸显了BIM应用的优势，避免了幕墙设计系统出现错误或无法实现的情况，保证了设计质量。

图10验证玻璃幕墙系统模型

图11验证陶板幕墙系统模型

待系统构造明确后，完善建筑幕墙模型深度，提高模型精度，构建幕墙骨架，连接件，埋件点位等详细信息。建模完成后首先应整合幕墙其它专业（土建钢结构、景观、暖通设备等）BIM模型，分析幕墙表皮与各专业之间的关系，查看是否存在冲突及碰撞，幕墙系统安装构造间隙是否满足设计要求，发现问题及时调整不合理位置结构以及设计及施工方案，避免后期返工，减少材料浪费以及影响施工周期。模型复核后部分碰撞问题如图12所示。碰撞检查是每个项目BIM技术中必不可少的应用，因其属于基础应用，但成效显著，避免了后期引起返工、变更等现场。

图12模型验证幕墙与其他专业碰撞问题

BIM模型优化完成后在设计阶段最重要的应用便是直接导出三维幕墙施工图，异形建筑幕墙的施工图设计尤为复杂，采用传统二维设计图根本无法准确表达设计信息，为后续施工带来诸多不便及安全隐患，而采用BIM技术的可出图新功能，能对幕墙设计施工图的绘制提供方便，例如钢结构三维图、陶板幕墙展开图均可直接从模型中提取，解决施工图绘制难度问题并确保了图纸的准确性，三维图纸更直观清楚，同时有利于施工人员更快捷及清楚地了解项目设计意图及系统构造信息，从而保证项目实施更顺畅并提升项目施工品质。部分幕墙三维施工图纸如图13所示。BIM技术是三维出图功能给施工图设计带来了便利，也保证了图纸的质量，图纸的表达更清晰明确，对于推进项目的顺利进行也具有积极意义。

图13导出幕墙三维施工图图纸

未完待续……

文：易英英

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