1、BIM 技 术 在 上 海 中 心 大 厦 外 幕 墙工 程 中 的 应 用刘 珩( 上 海 远 大 铝 业 工 程 有 限 公 司 ,上 海 )【 摘 要 】 在 上 海 中 心 大 厦 逐 渐 展 现 优 雅 形 态 的 背 后 ,是 从 方 案 策 划 到 幕 墙 施 工 ,从 信 息 采 集 到 工 程 管 理 ,都 以BIM 技 术 作 为 驱 动 力 ,以 创 新 理 念 打 造 精 品 幕 墙 工 程 的 过 程 。 本 文 主 要 通 过 对 BIM 在 上 海 中 心 大 厦 外 幕 墙 工 程 的 设 计 、 加 工 和 施 工 全 过 程 的 应 用 实 施 ,展 现 了
2、 BIM 在 幕 墙 领 域 的 实 践 价 值 。【 关 键 词 】 海 中 心 大 厦 ; 幕 墙 ;【 中 图 分 类 号 】 TU17; TU238BIM 技 术【 文 献 标 识 码 】 A 【 文 章 编 号 】 1674 7461( 2013) 05 0079 09但 如 何 保 证 这 一 建 筑 与 艺 术 完 美 结 合 的 作 品 的 结 构 安 全 、 变 形 控 制 和 实 施 精 度 等 一 系 列 的 超 级 难 题 ,从 一 开 始 就 摆 在 工 程 建 设 者 们 面 前 。 采 用 传统 实 施 手 段 解 决 这 些 问 题 的 风 险 是 巨 大 的
3、,必 须 在风 险 可 控 的 基 础 上 进 行 适 度 创 新 。 BIM 技 术 的 引 入 无 疑 为 系 统 性 地 为 解 决 这 些 难 题 提 供 了 思 路 。1 引 言上 海 中 心 大 厦 这 座 代 表 中 国 未 来 的 建 筑 ,正 逐渐 以 崭 新 的 姿 态 向 世 人 诠 释 建 筑 的 “ 体 态 之 美 ” 。 这 幢 垂 直 城 市 的 外 衣 是 由 14 万 m2 ,相 当 于 19 个 标 准 足 球 场 大 小 的 柔 性 玻 璃 幕 墙 组 成 ,其 复 杂 的 形 态 ,特 殊 的 柔 性 支 撑 结 构 以 及 632m 的 超 级 高 度
4、 共 同 决 定 了 这 一 项 目 的 实 施 难 度 堪 称 世 界 之 最 。 “ 富 有 震 撼 力 的 外 观 ” 、 “ 上 海 之 巅 ” 等 诸 多 元 素 共 同 成 就 了 上 海 的 这 一 新 地 标 必 将 成 为 世 界 未 来 超 高 层 建 筑 的 代 表 。2 上 海 中 心 大 厦 外 幕 墙 工 程 概 况“ 宇 宙 万 物 大 至 星 系 ,小 至 电 子 都 以 其 特 有 的 高 速 旋 转 的 螺 旋 形 式 存 在 ,完 成 了 我 们 所 说 的 时 空 转 换 ” ,正 如 Gensler 的 建 筑 师 所 言 ,上 海 中 心 大 厦从
5、一 开 始 就 被 注 入 了 “ 旋 转 ” 起 来 的 灵 感 。 而 “ 绿 色建 筑 ” 的 设 计 理 念 又 让 “ 内 圆 外 三 角 ” 以 及 “ 自 下 而 上 的 缩 小 ” 这 两 项 设 计 原 则 被 定 义 出 来 ,这 使 得 上海 中 心 大 厦 与 常 规 矩 形 建 筑 形 态 相 比 减 少 24% 的风 荷 载 ,并 可 以 采 用 更 高 效 的 幕 墙 结 构 。 经 初 步 测 算 ,这 种 设 计 节 省 了 超 过 3 5 亿 人 民 币 的 工 程 造 价 。另 一 个 重 要 因 素 “ V 形 口 ” 的 存 在 ,打 破 了 外 立
6、面 连 续 圆 滑 的 局 面 ,更 为 大 厦 的 效 果 增 加 了 动 感 的 元 素 ,完 成 了 “ 时 间 ” 与 “ 空 间 ” 的 转 换 ,将 “ 未 来 ” 与“ 过 去 ” 链 接 在 了 一 起 。为 了 让 上 海 中 心 大 厦 的 这 些 建 筑 设 计 理 念 真 正 在 深 化 实 施 阶 段 得 以 实 现 ,建 筑 师 很 早 就 开 始 与幕 墙 工 程 师 协 同 工 作 ,建 筑 形 态 的 每 一 个 元 素 都 经【 作 者 简 介 】 刘 珩 ( 1980 ) ,男 ,中 级 职 称 。 主 要 研 究 方 向 : 建 筑 外 立 面 设 计
7、和 装 饰 工 程 以 及 信 息 化 技 术 领 域 的 应 用 。过 了 建 筑 师 、 幕 墙 专 家 以 及 工 程 师 的 反 复 论 证 与 优化 ,将 建 筑 美 学 用 数 学 的 方 式 呈 现 出 来 ,采 用 一 套 成 形 原 则 及 几 何 公 式 在 BIM 软 件 中 将 建 筑 形 态 表 达 出 来 ,最 终 实 现 了 “ 科 学 与 美 学 的 完 美 结 合 ” 。基 准 平 面 的 确 定经 过 反 复 论 证 ,建 筑 最 终 确 定 在 45 米 标 高 处 定 义 出 基 准 平 面 轮 廓 ,它 是 由 两 段 半 径 分 别 为 88 38m
8、 和 19 453m 的 大 小 圆 弧 围 绕 建 筑 的 几 何 中 心 点 每 120出 现 一 次 组 成 。 基 准 平 面 内 共 有 三 个 几 何 定 位 点 ,形 成 一 个 由 23 3 的 最 佳 过 渡 角 度 驱 动 的 三 角 形 ,而 在 每 120的 弧 线 内 ,46 份 的 标 准 模 数 使 得 每 层 单 元 的 数 量 相 同 ,且 最 大 标 准 玻 璃 板 片 不 超 过 2 2m。2 12 2 V 形 槽 口 的 几 何 定 位V 形 口 在 立 面 上 定 义 了 上 海 中 心 大 厦 旋 转 的 起点 和 终 点 ,同 时 也 定 义 出
9、了 每 层 单 元 板 块 的 起 点 和终 点 。 V 形 口 被 确 定 为 6 个 等 分 长 度 ,两 直 边 夹 角 为 95,各 被 等 分 为 4 个 标 准 长 度 。2 3 旋 转 角 度上 海 中 心 的 基 准 平 面 围 绕 着 塔 楼 的 几 何 中 心 旋 转 和 缩 放 。 塔 楼 的 旋 转 必 须 是 一 个 线 性 变 化 的 过 程 ,而 最 终 由 风 洞 试 验 确 定 了 从 45m 到 605m 范 围 内 旋 转 120这 一 最 佳 工 程 数 值 。2 4 收 缩 比 率与 旋 转 不 同 ,塔 楼 的 收 缩 并 不 是 一 个 线 性 过
10、 程 ,这 一 比 率 基 于 倍 率 的 方 式 进 行 计 算 ,即 某 个 单 位 计 算 标 高 的 缩 放 基 于 上 一 个 单 位 计 算 标 高 的 值 按 设 定 的 倍 率 计 算 。 数 学 上 表 述 为 按 幂 函 数 的 方 式 计 算 Exp( x) ,这 种 计 算 方 式 最 终 使 得 表 皮 所 能 覆 盖 的 内 层 圆 柱 空 间 的 使 用 面 积 被 最 大 化 。以 上 这 一 成 形 过 程 必 须 被 幕 墙 工 程 师 正 确 理 解 并 在 整 个 安 装 过 程 中 运 用 适 当 的 平 台 进 行 传 递 ,最 大 化 地 减 少
11、信 息 丢 失 ,才 能 制 造 出 符 合 要 求 的 幕 墙 。 同 时 ,也 正 是 这 一 成 形 原 则 ,最 终 使 得 上 海 中 心 大 厦 外 幕 墙 的 19 317 个 单 元 板 块 没 有 一 个 完 全 相 同 , 这 无 疑 给 幕 墙 的 实 施 带 来 了 巨 大 的 挑 战 。 如 果 禁 锢 在 传 统 的 二 维 设 计 方 法 中 ,任 何 人 都 将 会 在 这 一 开 创 性 的 项 目 中 寸 步 难 行 。80 应 用 交 流BIM 技 术 在 上 海 中 心 大 厦 外 幕 墙 工 程 中 的 应 用 81上 海 中 心 大 厦 中 BIM
12、技 术 的 应 用 是 这 一 项 目 顺 利 实 施 至 今 的 法 宝 之 一 。 项 目 建 设 单 位 超 前 的 战 略 眼 光 和 高 度 ,促 成 了 BIM 技 术 在 外 幕 墙 中 的 落 地 实 践 ,也 使 得 使 用 这 一 技 术 的 上 海 远 大 公 司 在 项 目 中 真 正 体 会 到 BIM 技 术 的 优 势 ,主 动 在 上 海 中 心 项 目 及 其 他 更 多 的 幕 墙 工 程 领 域 推 进 BIM 的 运 用 。 在 上 海 中 心 大 厦 幕 墙 工 程 中 ,BIM 技 术 成 功 应 用 于 : 建 筑 设 计 理 念 保 障 ,幕 墙
13、 设 计 校 核 ,海 量 项 目 信 息 管 理 ,工 厂 加 工 精 度 控 制 ,现 场 施 工 质 量 ,工 期 保 障 等 方 面 。Grasshopper 中 通 过 程 序 模 块 驱 动 设 计 出 初 步 的 建筑 外 皮 模 型 ( 精 度 等 级 : LOD100 ) ,并 经 由 建 筑 师 确 认 。 在 此 轮 廓 模 型 的 基 础 上 ,幕 墙 工 程 师 深 化 出 符 合 项 目 性 能 要 求 的 幕 墙 系 统 构 造 ,并 经 过 结 构 计 算确 认 。 这 是 一 个 “ 设 计 审 核 调 整 ” 的 往 复 过 程 ,而 BIM 的 参 数 化
14、 设 计 能 力 为 这 一 定 案 过 程 中 的 多 次 修 改 提 供 了 高 效 的 路 径 ,并 且 其 可 视 化 的 功 能 也 为 能 够 让 业 主 和 建 筑 师 快 速 理 解 并 定 案 提 供 了 可 能 性 。 这 一 定 案 过 程 产 生 的 模 型 也 被 用 于 作 为 碰 撞 检 查 、 4D 施 工 模 拟 、 漫 游 及 确 认 效 果 等 使 用 ,模 型 的 精 度 在 LOD300 的 等 级 。 此 时 ,主 要 面 材 、 龙 骨 以 及 其 他 影 响 外 部 尺 寸 的 主 材 料 被 明 确 定 义 出 来 ,但 幕 墙 龙 骨 的 加
15、 工 数 据 并 未 给 出 。在 审 图 完 成 后 ,在 上 海 中 心 大 厦 外 幕 墙LOD300 精 度 等 级 的 基 础 上 ,再 对 构 件 进 行 深 化 ,增 加 开 孔 ,端 切 等 加 工 数 据 ,最 终 创 建 出 达 到 加 工 精 度 等 级 要 求 的 模 型 ,一 般 将 此 时 的 精 度 等 级 定 义 为 LOD400。 LOD400 的 模 型 包 含 了 主 要 的 构 件 加 工 模 型 ,当 然 也 可 以 方 便 地 提 取 例 如 长 度 、 开 孔 位 置 等 加 工 数 据 。 通 过 参 数 化 的 方 式 生 成 加 工 模 型
16、,再 整 体 提 取 加 工 数 据 或 摘 取 部 分 复 杂 构 件 转 化 为 加 工 图 ,这 就 大 大 减 少 了 工 程 设 计 人 员 的 投 入 。 若 采 用 传 统 的 设 计 手 段 和 工 作 流 程 ,在 高 峰 时 段 ,至 少 要投 入 50 80 人 的 设 计 团 队 ,而 采 用 BIM 和 参 数 化设 计 技 术 后 ,高 峰 阶 段 实 际 投 入 不 到 30 人 即 可 匹 配 现 场 施 工 进 度 需 求 。 同 时 ,由 于 设 计 过 程 中 大 量 减 少 了 设 计 人 员 对 成 形 过 程 等 信 息 重 复 解 读 ,也 降 低
17、 了 出 错 的 风 险 。采 用 hino 和 Grasshopper 软 件 ,较 好 地 保 证 了 幕 墙 设 计 对 建 筑 设 计 的 延 续 ,成 功 地 解 决 了 加 工 数据 庞 大 和 错 误 风 险 高 的 问 题 ,但 由 于 无 法 在 模 型 中加 入 物 理 和 功 能 等 信 息 。 因 此 虽 然 模 型 精 度 等 级 可 以 很 高 ,但 却 缺 少 了 “ 灵 魂 ” ,也 就 是 信 息 ,不 能 称 之 为 BIM 模 型 。 为 了 更 好 地 在 上 海 中 心 大 厦 中 实 施 BIM,同 时 引 入 校 核 检 测 手 段 以 确 保 如
18、 此 重 要 项 目 的 深 化 设 计 实 施 的 正 确 性 ,在 外 幕 墙 工 程 中 同 时 也 同 时 采 用 evit 软 件 创 建 了 整 个 大 厦 的 模 型 ,并输 入 物 理 和 功 能 信 息 ,作 为 工 程 信 息 管 理 的 基 础 。外 幕 墙 的 evit 模 型 创 建 基 于 已 经 过 建 筑 师 确 认 的 LOD100 的 线 框 模 型 ,另 一 个 输 入 条 件 则 是 经 审 图 通 过 的 幕 墙 深 化 设 计 图 纸 。 BIM 工 程 师 在 e- vit Architecture 软 件 中 ,基 于 幕 墙 深 化 节 点 图
19、 创 建 出 单 元 板 块 族 文 件 ,这 些 族 文 件 根 据 不 同 的 单 元 类 型3 幕 墙 实 施 各 阶 段 的 BIM 应 用3 1 幕 墙 设 计 阶 段 的 BIM 应 用一 切 幕 墙 工 程 的 顺 利 实 施 都 是 以 正 确 的 设 计 为 基 础 。 上 海 中 心 大 厦 外 幕 墙 共 计 19 317 个 单 元 ,以 每 个 单 元 中 平 均 包 含 30 个 不 同 种 类 的 主 要 构 件( 不 包 括 螺 栓 / 钉 等 标 准 件 ) 计 算 ,约 为 58 万 个 主 要 构 件 ,而 每 个 构 件 一 般 包 含 3 5 个 关
20、键 加 工 尺 寸 , 则 共 计 约 有 174 万 290 万 个 加 工 尺 寸 ,这 些 海 量的 加 工 数 据 的 设 计 、 提 取 和 整 理 都 需 要 投 入 大 量 的人 力 资 源 ; 同 时 ,重 复 而 单 调 的 工 作 更 容 易 产 生 疲 劳 和 高 错 误 率 的 风 险 ,而 这 些 情 况 在 如 此 重 要 的 工程 项 目 中 不 允 许 出 现 的 。 此 外 ,如 何 保 证 幕 墙 设 计 与 建 筑 设 计 理 念 相 符 合 ? 这 些 问 题 都 在 采 用 了 BIM技 术 后 被 逐 一 化 解 。如 果 幕 墙 加 工 数 据 提
21、 取 所 用 的 模 型 是 基 于 建 筑 初 步 模 型 一 步 一 步 被 细 化 出 来 的 ,那 么 无 疑 可 以更 自 信 地 说 : “ 最 终 完 成 的 幕 墙 就 是 业 主 和 建 筑 师 最 初 想 要 的 那 一 个 。 ” 为 了 能 够 做 到 这 一 点 ,幕 墙 设 计 采 用 了 与 建 筑 设 计 相 同 的 软 件 hino 及 Grasshop-per,基 于 经 过 建 筑 设 计 确 认 的 成 形 原 则 和 公 式 ,在分 别 被 创 建 。 同 一 层 平 面 内 有 6 种 不 同 的 族 文 件 ,而 同 一 种 类 的 单 元 仅 在
22、 尺 寸 上 发 生 变 化 而 材 料 相 同 时 ,通 过 族 文 件 的 内 置 参 数 自 动 驱 动 尺 寸 的 变 化 ,在 将 族 文 件 置 入 项 目 模 型 中 时 ,软 件 会 根 据 单 元 植 入 的 位 置 ,自 动 计 算 出 单 元 板 块 的 变 化 数 值 , 从 而 自 动 调 整 单 元 板 块 大 小 。 这 就 使 得 创 建 完 全 不 同 的 19 317 个 单 元 变 得 不 再 那 么 的 困 难 ,虽 然 这 一 过 程 依 然 充 满 挑 战 。 这 些 单 元 族 文 件 随 着 项 目 的 进 展 也 在 调 整 的 过 程 中 ,
23、同 时 输 了 幕 墙 的 各 种 信 息 ,包 括 : 材 料 物 理 信 息 、 厂 家 信 息 、 寿 命 质 保 、 维 保 信 息 等 ,这 就 为 将 来 的 物 业 运 维 管 理 提 供 了 原 始 数 据 。 Autodesk 的 evit 软 件 创 建 的 模 型 与 Navisworks具 有 很 好 的 转 换 接 口 ,上 海 中 心 项 目 中 很 多 BIM 应用 都 采 用 了 Navisworks 的 软 件 平 台 。 这 些 运 用 包 括 : 4D 施 工 模 拟 ,多 专 业 碰 撞 检 查 ,效 果 方 案 变 更 快 速 响 应 ,幕 墙 方 案
24、 优 化 调 整 等 等 。 同 时 ,总 包 发 起 的 多 专 业 复 合 检 查 ,也 在 很 大 程 度 上 避 免 了 现 场 实 施 风 险 。3 2 幕 墙 加 工 阶 段 的 BIM 应 用在 幕 墙 加 工 阶 段 的 应 用 BIM 实 践 的 主 要 目 标 是 : 保 证 构 件 加 工 及 单 元 板 块 的 组 装 精 度 。 在 这 一 过 程 中 ,主 要 完 成 了 两 个 关 键 点 : 一 是 将 BIM 与 CAM 相 结 合 ,二 是 实 现 了 单 元 板 块 加 工 组 装 的 信 息 化 预 拼 装 。82 应 用 交 流BIM 技 术 在 上
25、海 中 心 大 厦 外 幕 墙 工 程 中 的 应 用 83复 杂 构 件 的 加 工 一 直 是 困 扰 幕 墙 加 工 制 造 商 的 难 题 ,长 久 以 来 ,幕 墙 行 业 一 直 是 制 造 业 内 加 工 能 力 较 弱 的 一 个 行 业 。 由 于 幕 墙 材 料 种 类 繁 多 ,各 种 材 料 加 工 特 性 各 异 ,很 难 将 整 个 行 业 链 条 上 的 整体 加 工 水 平 共 同 提 升 。 然 而 ,随 着 个 性 化 、 异 形 、 复杂 体 态 建 筑 的 不 断 出 现 ,复 杂 幕 墙 构 件 已 经 是 幕 墙 加 工 厂 家 不 得 不 经 常
26、面 对 的 难 题 。 以 上 海 中 心 大厦 外 幕 墙 为 例 ,“ L 型 ” 单 元 板 块 的 核 心 支 撑 结 构 件“ 钢 牛 腿 ” 承 担 着 传 递 幕 墙 荷 载 以 及 关 键 装 配 定 位 件 的 角 色 。 每 个 单 元 的 左 右 两 侧 各 有 一 个 “ 钢 牛 腿 ” ,由 于 单 元 板 块 尺 寸 的 变 化 ,即 使 同 一 个 单 元 内的 两 个 钢 牛 腿 的 尺 寸 也 不 相 同 。 因 此 ,整 个 上 海 中心 大 厦 外 幕 墙 共 包 含 38 634 个 不 同 尺 寸 的 钢 牛 腿 ,如 图 8 所 示 ,每 个 钢 牛
27、 腿 上 又 包 含 约 40 个 左 右 的 加 工 数 据 ,这 些 海 量 数 据 通 过 一 系 列 平 面 图 表 达 出 来再 由 工 人 解 读 转 换 为 加 工 设 备 的 程 序 ,不 仅 效 率 低 下 ,还 容 易 出 错 。 通 过 多 次 的 尝 试 和 分 析 ,在 解 决 了 包 括 : 程 序 文 件 转 换 、 插 件 开 发 、 数 控 机 床 软 件 编译 等 一 系 列 问 题 后 ,最 终 实 现 了 将 BIM 模 型 直 接 导入 数 控 机 床 中 驱 动 进 行 复 杂 构 件 加 工 的 目 的 ,大 大 提 高 了 效 率 ,并 保 证
28、了 这 一 核 心 构 件 的 加 工 精 度 。而 实 施 这 一 过 程 的 附 加 值 则 是 幕 墙 加 工 实 施 的 “ 无纸 化 ” ,在 整 个 信 息 传 递 的 过 程 可 以 完 全 基 于 BIM模 型 ,仅 需 在 流 程 中 植 入 审 核 及 电 子 签 名 等 功 能 即完 成 了 内 部 质 量 控 制 流 程 。 这 一 “ 无 纸 化 ” 的 实 施 为 远 大 节 约 了 大 量 的 时 间 、 人 力 及 耗 材 支 出 。 虽 然 ,目 前 很 多 幕 墙 加 工 设 备 不 能 够 支 持 这 一 流 程 的实 施 ,有 时 即 便 是 能 够 实
29、 施 也 需 要 增 加 大 量 人 工 修正 的 过 程 ; 但 相 信 随 着 幕 墙 技 术 的 发 展 及 加 工 水 平 的 提 升 ,在 不 久 的 将 来 这 些 问 题 将 不 再 会 阻 碍 BIM在 幕 墙 加 工 方 面 的 运 用 。完 成 了 复 杂 构 件 的 加 工 ,但 如 何 快 速 确 认 其 加 工 精 度 满 足 要 求 ? 又 如 何 确 保 这 种 要 求 是 否 合 理 , 不 存 在 冗 余 的 精 度 控 制 要 求 呢 ? 通 过 引 入 “ 激 光 扫描 仪 ” 及 “ 多 关 节 臂 测 量 仪 ” 等 设 备 对 已 加 工 构 件 进
30、行 快 速 测 量 ,生 成 测 量 报 告 的 同 时 ,产 生 该 构 件 的 实 际 加 工 模 型 ,进 而 将 该 实 际 模 型 与 理 论 构 件 模 型依 据 单 元 板 块 组 织 工 艺 进 行 拼 装 ,从 而 指 导 构 件 加工 精 度 控 制 ,实 现 单 元 板 块 信 息 化 预 拼 装 。 如 图 9 所 示 的 为 构 件 工 厂 信 息 化 预 拼 装 的 实 施 步 骤 。 其 中 步 骤 为 参 数 化 创 建 加 工 精 度 等 级 LOD400 的 单元 板 块 模 型 ,步 骤 则 是 从 这 一 单 元 模 型 中 提 取 需要 加 工 的 构
31、 件 ,通 过 适 当 修 正 ,然 后 将 构 件 转 换 为 DXF 格 式 的 文 件 ,导 入 数 控 机 床 从 而 完 成 步 骤 。模 型 导 入 后 ,数 控 机 床 自 带 的 程 序 会 基 于 图 形 自 动 编 译 机 床 加 工 步 骤 ,适 当 修 正 刀 路 以 减 少 刀 具 磨 损后 即 完 成 了 整 个 加 工 程 序 的 编 译 。 而 后 ,设 备 将 依据 编 译 好 的 程 序 进 行 工 作 ,切 割 出 预 定 的 形 状 ,完 成 如 步 骤 中 所 示 的 加 工 完 成 件 。 由 于 构 件 形 态 较 为 复 杂 ,控 制 尺 寸 较
32、 多 ,加 工 件 测 量 需 要 用 到 步 骤 所 示 的 测 量 仪 器 : 多 关 节 臂 测 量 仪 ,其 独 有 的 红 宝 石 测 头 ,具 有 高 精 度 和 耐 磨 损 的 特 点 ,且 设 备 整 体 操 作 灵 活 ,对 于 一 定 尺 寸 范 围 内 的 复 杂 构 件 测 量 效 率 提 升 有 很 大 的 作 用 。 步 骤 所 示 为 工 人 在 操 作 测 量 仪 器 对 钢 牛 腿 进 行 测 量 ,一 个 构 件 的 测 量 时 间 约 为 2 3 分 钟 ,这 些 测 量 主 要 用 于 修 正 加 工 工 艺 。 测 量 结 果 可 以 是 两 种 类
33、型 ,一 是 基 于 预 先 设 定 的 偏 差 允 许 值 可 以 直 接 输 出 测 量 结 果 判 定 表 ,从 而 对 各 控 制 尺 寸 的 偏 差 情 况 一 目 了 然 ; 另 一 种 结 果 是 如 步 骤 所 示 的 模 型 轮 廓 图 ,基 于 轮 廓 图 ,通 过 人 工 或 程 序 自 动 修 正 ,就 能 够 获 得 步 骤 所 指 的 实 际 加 工 件 模 型 ,并 将 步 骤 中 的 理 论 模 型 按 照 单 元 装配 原 则 进 行 替 换 。 替 换 的 结 果 可 以 通 过 碰 撞 检 查 的 功 能 进 行 分 析 ,如 步 骤 所 示 为 对 精
34、度 结 果 进 行 判 断 ,进 而 修 正 加 工 工 艺 和 工 序 ,对 某 一 种 类 型 的 构 件 形 成 固 定 的 加 工 标 准 ,以 实 现 快 速 加 工 并 保 证 精 度 的 目 标 。3 3 幕 墙 施 工 阶 段 的 BIM 应 用虽 然 运 用 单 元 模 块 化 的 实 施 手 段 已 经 将 最 不 确 定 性 和 更 多 的 难 题 留 在 了 工 厂 来 解 决 ,但 上 海 中 心 大 厦 外 幕 墙 的 现 场 施 工 依 然 是 整 个 实 施 过 程 中 非 常 关 键 和 困 难 的 部 分 。建 筑 施 工 现 场 是 不 同 专 业 分 包
35、 协 同 工 作 的 舞 台 ,现 场 施 工 工 况 随 着 项 目 的 进 行 瞬 息 变 化 ,怎 样 分 析 和 避 免 同 一 区 域 多 专 业 可 能 存 在 的 交 叉 施 工 问 题 ? 如 何 设 计 和 运 用 施 工 临 时 设 施 ? 单 元 板 块 现 场 堆 放 合 理 性 ? 以 及 如 何 有 效 地 保 证 工 期 等 一 系 列 问 题 必 须 在 现 场 施 工 开 展 之 前 有 效 解 决 。84 应 用 交 流BIM 技 术 在 上 海 中 心 大 厦 外 幕 墙 工 程 中 的 应 用 85通 过 在 BIM 模 型 中 植 入 安 装 时间信
36、息 ,运用软件进 行 模 拟 ,可 以 清 晰 地 观 察 不 同 时 间 段 的 某 一 区 域 可 能 存 在 的 交 叉 施 工 情 况 ,从 而 判 断 施 工 方 案 的 可 行 性 。 通 过 创 建 单 元 板 块 吊 装 设 备 模 型 ,将 其 植 入 建 模 模 型 中 ,模 拟 其 工 作 路 径 ,可 以 有 效 地 分 析 出 吊 装 设 备 的 有 效 工 作 范 围 及 工 作 效 率 ,从 而 为 同 一 楼 层 所 需 的 设 备 数 量 以 及 某 些 区 域 可 能 存 在 的 风 险 进 行 预 判 。 如 图 11 所 示 ,施 工 吊 机 的 模 拟
37、 能 够 有 效 地 判 断 出 每 个 区 的 设 备 无 法 直 接 覆 盖 区 域 ,同 时 判 断 出 这 些 区 域 可 以 采 用 人 工 拖 曳 的 方 式 实 现 最 终 的 安 装 操 作 。 图 12 所 示 则 展 现 的 是 二 区 的 卸 料 平 台 分 布 情 况 ,通 过 BIM 模 型 ,可 快 速 检 测 卸 料 平 台 的 安 装 位 置 可 能 存 在 的 干 涉 以 调 整 方 案 ,并 且 通 过 植 入 时 间 ,可 以 清 晰 地 判 断 每 个 区 需 要 几 个 卸 料 平 台 ( 可 重 复 使 用 ) ,以 及 这 些 平 台 是 否 可
38、能 会 与 钢 构施 工 飞 船 干 涉 或 者 与 其 他 分 包 的 施 工 设 施 干 涉 。在 没 有 钢 筋 混 凝 土 只 有 复 杂 交 错 的 钢 管 支 撑 的 巨 大 空 间 里 ,怎 样 精 确 地 安 装 上 海 中 心 外 幕 墙 的 单 元 板 块 ,是 一 个 超 级 难 题 。 为 了 解 决 它 ,远 大 专 门 量 身 定 制 了 一 种 “ 双 层 吊 篮 ” 安 装 系 统 。 而 这 一 系 统 是 否 能 够 有 效 工 作 ,及 其 设 计 安 装 过 程 中 都 采 用 了 BIM 技 术 。 通 过 创 建 双 层 吊 篮 模 型 ,并 将 其
39、 放 置 于 项 目 模 型 中 进 行 模 拟 ,以 确 认 其 所 走 轨 迹 与 外 幕 墙 的 造 型 精 确 匹 配 ,同 时 运 行 索 道 及 其 预 埋 件 不 能 与 幕 墙 支 撑 钢 架 以 及 将 来 的 内 擦 窗 机 轨 道 埋 件 相 干 涉 。 如 图 13 所 示 ,干 涉 的 部 件 需 调 整 双 层 吊 篮 索 道 埋 件 的 位 置 ,以 免 对 永 久 使 用 的 擦 窗 机 轨 道 埋 件 造 成 影 响 。 这 些 碰 撞 检 查 集 成 了 吊 篮 埋 件 模 型 和 擦 窗 机 厂 家 提 供 的 擦 窗 机 轨 道 及 埋 件 模 型 ,幕
40、 墙 与 擦 窗 机 厂 家 的 深 化 设 计 再 根 据 这 些 检 查 的 结 果 各 自 调 整 埋 件 位 置 ,这 就 确 保 了 程 序 及 界 面 责 任 的 清 晰 ,更 有 效 地 保 证 了 各 专 业 分 包 的 准 确 性 。幕 墙 施 工 阶 段 是 对 前 面 两 个 阶 段 即 设 计 和 加 工 阶 段 质 量 的 检 验 ,上 海 中 心 大 厦 优 雅 而 复 杂 的 形 态 最 终 是 由 施 工 结 果 加 以 体 现 。 但 在 项 目 的 前 期 , 面 对 如 此 庞 大 的 空 间 柔 性 钢 构 体 系 ,没 有 任 何 人 能 够 轻 松
41、地 完 成 这 一 挑 战 。 保 证 幕 墙 施 工 质 量 的 关 键 步 骤 是 确 保 幕 墙 支 撑 钢 结 构 的 施 工 精 度 。 对 此 , 经 过 无 数 次 的 分 析 与 讨 论 ,最 终 确 定 了 从 钢 结 构 加 工 制 造 ,BIM 信 息 化 ,预 拼 装 ,现 场 实 施 控 制 ,精 度 调 整 ,数 据 测 量 监 控 ,以 及 幕 墙 精 度 控 制 的 全 套 施 工 精 度 保 证 方 案 。 而 关 联 其 中 的 ,也 是 一 个 数 字 化 、 信 息 化 运 用 的 过 程 ,尤 其 是 在 幕 墙 精 度 控 制 及 偏 差 响 应 方
42、 面 ,最 终 确 定 了 “ 幕 墙 实 施 三 方 联 动 ” 的 解 决方 案 ,全 面 应 对 现 场 钢 结 构 实 施 可 能 存 在 的 各 种 偏差 情 况 。上 海 中 心 大 厦 的 外 幕 墙 支 撑 钢 结 构 由 同 济 大 学 建 筑 设 计 研 究 院 完 成 设 计 ,宝 钢 钢 构 进 行 深 化 设计 ,上 海 机 施 公 司 负 责 安 装 实 施 。 外 幕 墙 单 元 板 块 通 过 一 次 及 二 次 转 接 件 与 钢 结 构 进 行 连 接 ,一 次 转接 件 直 接 由 宝 钢 在 工 厂 内 预 先 焊 接 在 钢 结 构 上 ,随 钢 结
43、构 施 工 一 起 安 装 ,二 次 转 接 件 在 钢 结 构 安 装 完成 后 再 安 装 在 一 次 转 接 件 上 。 为 确 保 钢 结 构 的 安 装 精 度 ,施 工 现 场 每 安 装 一 层 钢 结 构 ,监 理 、 总 包 和幕 墙 公 司 都 要 进 行 各 自 独 立 的 测 量 。 三 方 测 量 的数 据 均 导 入 BIM 系 统 进 行 对 比 分 析 ,根 据 程 序 事 先 设 定 好 的 对 比 方 式 和 流 程 ,快 速 获 得 分 析 结 论 ,在此 基 础 上 查 找 问 题 和 解 决 问 题 ,再 安 装 下 一 层 结 构 。 每 区 安 装
44、 完 成 后 还 需 测 量 整 区 的 钢 构 数 据 ,同样 导 入 BIM 再 进 行 一 次 对 比 ,以 分 析 偏 差 规 律 ,变 形 沉 降 的 分 布 情 况 ,用 于 指 导 后 续 其 他 区 域 的 安 装 。根 据 幕 墙 施 工 进 度 规 划 ,幕 墙 施 工 落 后 于 钢 结 构 施 工 一 个 区 。 因 此 ,虽 然 钢 结 构 偏 差 随 着 施 工 进度 变 化 ,但 每 区 安 装 完 成 之 后 的 测 量 数 据 基 本 等 同于 即 将 安 装 时 的 变 形 情 况 。 通 过 将 这 些 测 量 数 据 导 入 Grasshopper 中
45、,如 图 15 所 示 ,在 程 序 中 须 先 设 定 好 偏 差 分 类 原 则 ,则 软 件 将 会 快 速 确 定 哪 些 点 位的 偏 差 超 过 了 允 许 的 偏 差 范 围 ,是 正 偏 差 还 是 负 偏差 等 。 同 时 ,由 于 采 用 了 参 数 化 的 设 计 方 式 ,在 设 计 时 针 对 超 出 允 许 范 围 的 偏 差 设 计 了 几 种 不 同 的 结 构 调 整 方 式 ,这 些 方 式 与 偏 差 的 性 质 及 具 体 数 值 是 经 过 参 数 关 联 的 。 可 以 说 ,当 现 场 偏 差 数 值 输 入模 型 中 时 ,其 对 应 的 构 件
46、 尺 寸 就 已 经 自 动 生 成 出 来 了 。 例 如 ,当 钢 结 构 的 某 个 点 位 置 偏 差 过 大 时 ,由于 一 次 转 接 件 已 预 先 焊 接 在 钢 构 上 ,调 整 的 难 题 较大 ,因 此 可 以 通 过 定 制 特 殊 尺 寸 的 二 次 转 接 件 来 吸 收 掉 过 大 的 负 偏 差 ,而 这 个 二 次 转 接 件 的 尺 寸 可 通过 现 场 偏 差 数 据 输 入 BIM 模 型 后 驱 动 二 次 转 接 件 自 动 适 应 结 构 需 求 而 进 行 调 整 ,如 图 16 所 示 。 以 上整 个 过 程 ,与 传 统 流 程 相 比 ,
47、能 够 做 到 : 简 化 实 施 流 程 ,提 高 效 率 ,保 证 工 期 和 施 工 质 量 ,尤 其 是 在 工 期保 证 方 面 ,避 免 了 以 往 出 现 偏 差 后 难 以 解 决 ,扯 皮 ,并 且 由 于 安 装 顺 序 问 题 ,可 能 会 导 致 后 续 施 工 无 法 进 行 的 情 况 ,产 生 连 锁 反 应 ,严 重 影 响 工 期 。86 应 用 交 流BIM 技 术 在 上 海 中 心 大 厦 外 幕 墙 工 程 中 的 应 用 87阶 段 的 BIM 应 用 M 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 4总 结 与 展 望上 海 中 心 大 厦 外
48、 幕 墙 预 计 于 2014 年 中 旬 完 工 ,3 曾 旭 东 ,王 大 川 ,陈 辉 HINOCEOS GASSHOP-PE 参 数 化 建 模 M 武 汉 : 华 中 科 技 大 学 出 版 社 4 何 关 培 ,李 刚 那 个 叫 BIM 的 东 西 究 竟 是 什 么 M 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 5 Chuck Eastman,Paul Teicholz,afael Sacks,and Kath- leen Liston BIM Handbook: A Guide to Building Informa- tion Modeling for Owners,
49、Managers,Designers 20086 何 关 培 BIM 总 论 2011M 北 京 : 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 7 中 国 勘 察 设 计 协 会 ,欧 特 克 软 件 ( 中 国 ) 有 限 公 司 Autodesk BIM 实 施 计 划 实 用 的 BIM 实 施 框 架 中 国 建 筑 工 业 出 版 社 20108 AIA An Introduction to Building Information Modeling ( BIM) Journal of Building Information Modeling ( JBIM) NIBS 20079 夏 军 ,彭 武 上 海 中 心 大 厦 造 型 与 外 立 面 参 数 化 设 计 C 世 界 高 层 都 市 建 筑 学 会 第 九 届 全 球 会 议 论 文 集 ,2012,910 孟 根 宝 利 高 ,刘 珩 ,赵 树 国 ,李 勇 军 空 间 悬 吊 扭 转 幕 墙 设 计 要 点 C 世 界