BIM在复杂异形金属屋面工程中的应用

BIM在复杂异形金属屋面工程中的应用东风设计院BIM技术中心陈鹏【摘要】金属外围护结构在三维异形建筑工程中是比较复杂的部分，也是在建筑生命周期中最容易失败的地方，本文要探索的是BIM在这类工程中的应用来解决常见的问题，例如定位不准、和钢结构产生冲突、隐蔽工程表达不清楚、达不到建筑设计意图等，通过BIM技术在工程建设的流程中有效应用，来保证建设工程质量具有一定的理论和实践意义。【关键词】金属屋面；异形曲面；深化设计；BIM深化流程；协同作业前言：现如今BIM技术应用已经非常广泛，在工程建设的各个阶段各专项工程中也已经逐步在应用，不用怀疑BIM技术确实为工程建设带来了新的思维方法以及工作手段，业界也有将BIM技术过于夸大的，在实际工程应用过程中难以落地实施，但任何新的技术在发展初期难免碰到这样或那样的问题，甚至出现还不如现有常规方式和手段来的利索，但科学的方法是在不停的探索和试错中不断前进的，这其中包括蒸汽机和内燃机这样伟大的发明。BIM技术也是在计算机和网络技术发展到一定阶段才出现的，在异形曲面造型建筑中业界也有三维参数化设计工具，只不过BIM技术是借用管理思想来对这些设计、建造的整个流程进行整合信息化管理，使工程更加方便掌控、以便做最合适的决策。而在专门针对金属屋面工程中，还没有专门的BIM工具来实施，本文中探讨的只不过是借现有工具和方法来拓展在异形金属屋面工程中进行应用。金属屋面类型及金属屋面工程中常见的问题金属屋面类型是根据建筑设计的方案来选择不同的构造方案，以满足于建筑物的各种物理的隔声、保温隔热、防水防火以及力学、美观等要求，常见的屋面类型有直立锁边镁铝锰合金屋面系统、立边咬合系统、古典式扣盖系统、平锁扣式系统、平面半条系统、单元板块式系统、压型板系统等，采用BIM手段时需要对这些系统进行建模，并配合钢结构系统完成协同工作。屋面围护结构对于建筑物来说最大的功能在于抵御自然界的风霜雨雪、太阳辐射、气温变化和其他外界的不利因素，是建筑有良好的使用功能。常见有屋面防水、排水等问题，有在设计屋面构造原因引起的、有因施工不当引起的，也有因时间久远材料老化引起的，在建成以后在找出问题时是很困难的。应用BIM技术对这些复杂的位置进行建模，相比较传统方式能更方便地控制过程，保证质量。另外一个常见问题吸音问题，特别是在剧院、展览馆这类对噪声要求比较高的建筑中用到的吸音材料，这类吸音材料放在压型钢板上铺设、可以大大降低吸音效果，但是在采用什么样的吸音材料、多厚的吸音材料，在常规的办法下是依托有声学测试的机构代为做实验，而采用BIM手段则可以依据模型，导入做噪声分析的软件做分析，根据分析结果来做判断。同样的方法也适用于屋面的保温设计。金属屋面工程的重点及难点上述提到的防水、排水、隔声、隔热的问题都是在屋面工程中常常碰到的，因此在建设过程中是需要重点考虑的问题，建筑物建设过程中在扩初设计阶段给了建筑方案，但施工方在深化以及实施阶段将概念方案转换成实际的工程中却会有很多的问题，施工单位考虑问题的角度和设计阶段考虑问题的角度是不一样的，屋面底层的找平，放线定位、屋面的坡度，天沟找坡、溢水等问题，特别是和钢结构协同作业的过程，钢结构的一些构件占用了屋面构造层的位置，让处于下游的屋面施工带来一系列问题。这要求在钢结构施工之前需要检查是否占用了屋面构造的面，这个问题在天沟系统施工中尤为重要。另外施工比较难的地方是有异形曲面造型的位置，这在屋面工程中很难施工并控制，而且是比较影响建筑效果的位置，传统的方法难以找准三维空间定位，这可能会导致工程质量下降，返工等问题。BIM在金属屋面工程应用中发现及解决的问题CAD深化过程在金属屋面工程中使用BIM技术相比较传统手段，可以发现在每个细部都可以清晰的看到构造，以及存在的问题，在出CAD图纸的时候，可能只出几个断面，但是碰到曲面变化的时候，就不是很容易发现问题，例如弧形天沟的部分，天沟底部是变化的，这得要找到天沟的各点的高度变化。而使用BIM工具的时候这个问题就可以比较轻易的得到解决。概念方案转换成实施方案在概念设计阶段的模型在转化成实际实施方案的时候，发现概念模型中根本无法实施，这是设计师在扩初设计阶段没有考虑到疏漏的问题，在细化建模过程中就需要调整概念模型，和顾问和设计沟通后确认做法并实施。在某实际工程中就遇到檐口铝复合板切分太多面无法在钢结构上生根的问题。协作浪屋面是铺设在前钢结构上的，培但是有时钢结渠构却占用了屋糕面构造层的位腔置，并且又需下要控制整体的扩轮廓，这如果咏钢结构和屋面熊施工没有充分自的协作，这样哥的协作也必须饺是古在钞BI周M杠技术手段下进肝行，把概念模积型、屋面构造琴模型和钢结构朴模型合在一起煤，来检查确认渡实施方案。软硬件慢因模型精度问锋题软件和硬件鼠跟不上，按照鲜施工图上的节毅点来进行建模菌，那模型构件咽的数量是巨大把的，一挺个夏8盯万平米的屋面驱固定支座就在偷大熟概铸1锹6摇万个，目前在忌R牙evi承t滴软件中这样的电显示方法是一巡个硬伤，即使挨配上再好的硬谦件改善的效果丸是微乎其微。伴东风院提出的宰后台数据库运庆行的方式，模敏型细部不用在言软件视图中全察部显示出来，把只存在于后台辩的数据库中，烦在复杂的位置跃需要查看可以并局部显示出来怠，目前在国产刷某软件中已经室实现，通过这雄种方式运行的肥效果相比较而拖言有大幅度的恢提升。流程和方法罚在建设工程的骨流程中，应亩用匪BI南M敌技术应当从设距计开始，包括宿在屋面覆盖这尖些分包的专业放工程中，把问菜题在设计的过蔑程中解决掉才今能显示出效益捆。妄2霉D岛的施工图出来接以后再进行建聋模来检查问题歌，就好比先天作的基因缺陷，掀需要手术刀来塞不停的来做手伯术进行修补，常那样得到的结吉果可想而知。狭而通购过巷3歼D范的概念和扩初帅设计成果在实推施方案中多方陪进行协同工作咽，共同促进工拣作成果，将问料题消灭在过程沟中。良好的基缎因从一开始能详延续下来才能悠得到好的结果州。深化设计流程械现有深化设计门是基于施工图华和实际能实施得的方案综合分喉析而进行的，箩而在基秃于福BI拿M花的实施过程里粥目前这样完善决的流程还比较圣缺失，在实际期工程中探索一红套可有效执行体的是非常必要伙的，下面是在般实际工程中总从结一个流程：设计院LOD300模型设计院LOD300模型方案交底方案交底专业分包深化模型专业分包深化模型未通过未通过报监理、总包批复意见报监理、总包批复意见基于模型出深化节点图LOD400基于模型出深化节点图LOD400通过 通过业主(顾问公司)、设计审批业主(顾问公司)、设计审批发放模型及图纸发放模型及图纸应用点深化设计址在深化设计过防程中建诚立缴BI夸M祥深化模型，及源时发现深化设悦计过程中遇到戚的问题，并利乐用模型及相关辣工具来和参与朋各方及时沟通博并进行调整，翁这样的过程会缠大大提高效率灰。洋金属屋面方案牢优化缩建筑金属屋面盗方案汗对后期狭施工圈、造价尺等钟方面旅的白影响颇大，齐尤其是闲表皮的分割方查式与嵌板占平直度礼决定了施工的拉整体成本惹。方案设计蒜初期视，壶在确定表皮嵌叔板桥所姨使用的材料究前提腥下障（此痛项目采用的金傻属铝板），需竿要考虑表皮击的职曲面她造型后期备可能带来的影正响亦。本姑凭川建筑方案中的窑表皮从屋面弯睛曲至地面违持拆甲妹观察哀表皮古曲面造型将的曲率关系覆以下予表格这罗列甘了造表皮怠嵌板眯的府影响因素对。对表皮分割粪的嵌板千时隶，桌需减少夫对讯建筑造型特方案市的僻影响闪又要颈最大程度降低春造价遇，将优化分割臭后的平直嵌板扒最大化放的拟合表皮曲框面造型。鲁嵌板注特征吐影响笼因素弊曲面况嵌板蜜成本伶昂贵炮制造材难度高论嵌板尺寸康规格种类过多使增加套了制造、施工裕难度歌嵌板括特征坡影响斗因素生平直秩嵌板博成本相对较低证制造简单堂嵌板房尺寸规格芹最大化精简统提高批量掏制造率躁，辰施工难度低表1：曲面嵌板表1：曲面嵌板表2：平直嵌板左1左1右1右2泪咸怪燃右饿1妹为龙存在曲率变化模的曲面嵌板帮；该呆狭铺右岛2眼为巡平直化后的嵌源板催。三维协同作业亩屋面覆盖件工拆程中关系最大她的是结构深化变后的结构构件栗，在曲面造型亦的结构中，需叹要和建筑表皮抢专业进行充分游的协作，表皮殿专业会给结构数专业提出需求未，在哪里需要坝支撑、哪里需附要吊点，预设家埋件等工作，链这中间协调如给果出了问题会厦导致表皮覆盖若件无法安装，颠或者安装不准傍确，甚至出现附建筑表皮修改明实施方案等情逮况，与原有设径计意图偏差过练大，经过改方溪案审图效率低峡下，也违背最沫初意图。预那么协作过程枣是建筑表皮专新业需要用到结太构深化模型、中或者结构深化姻用建筑表皮深螺化模型，这里裙的模型必须是盘统一的，需要废保证数据及信江息的准确性。捉在屋面钢格栅贺的设计中体现疫尤为明显，钢榜结构在设计过衬程中高度超出托了范围，屋面学在深化过程中司就调整格栅的跳安装定位。常恋见的结构深化慕设计用的是恰T螺ekl劈a转软件，需要通茧过插件导入其疮他软件栋如娇Rhin牢o索或者浮R御evi流t脏中进行协同工舞作。疮影皂垦与钢结构有碰杜撞碑 柔拾祝颈惊乖抢叠经过协同设计遵深化后缝金属屋面构件们工程量统计胀金属屋面建模鄙是按照屋面的芝实际构造来进砍行的，不同于背常规三维设计像的是柳，骗BI影M啄模型是按照管魔理思维来进行东的，模型里涵季盖了相关建模悔标准以及编码使规则，根据这凶些可以在模型酱中轻松的得到懂各种材料的工被程量，在难以否解决的曲面部阳位的材料也可瓜以比较准确的熊得到，前提是纽按照标准有效煌执行了建模工洞作，屋面构造透中的大宗材料湿的工程量，施韵工单位在进行闹内部控制的时电候可以很清楚皂的知道各种材匠料的用量，可移以及时安排好盆进场材料和人迁手调度。南有个屋面二次捉防水板的实际平案例，初步方光案使用的二次艘防水板在折弯票加工上没有考载虑防水板的加距工过程，初步节设计需要五道州工序完成，但绍在建模过程中末发现这个完全脱可以凭按反3挤道工序完成，佩二次防水板采役用的是立边和队折弯边搭接安奔装的，编按棍3禁道工序过程就阴直接完成，工费厂生产过程沉中五2m些m轨钢板每折弯一锹道成本旷在误1.义5吐元酿，星8傍万多平米的屋然面，就可以节匙约大量的人力室成本和时间成翁本。屋面轮廓控制闷表皮设计阶段恢会涉及到建筑丘专业与结构专余业的交互，需彻将每块平直嵌酷板定位点晒（终X促、牌Y棵、谋Z炮坐标值）数据国输出给结构工饶程师。定位点数据柜同样也取可怀导出网架节点圾、节杆信息给泪结构进行有限拦元分析。如抬结构存在优化森调整，织则鼓将优化后的点队数据返给加建筑师重新横生成衫表皮客嵌板，线经过建筑师与使结构师的多次巷磨合，最终在毒美学与力学上哗达到统一。兆在设计和咨询懒顾问认可的方磁案确认后，需合要分包单位进吊行深化实施，朴确定实施方案熊，确保设计意误图能够尽可能脏的执行，其中套屋面实施和钢怨结构实施要确洪保能充分协作糟。结语：第以下是上海某念会展综合体项馒目一梢个定1河0印万平米实际工截程中金属屋面师工程应匙用梦BI前M攻技术的价值分沙析表：尽屋面部截分仔BI宪M幻效益分析表局序号煎应用点堂解决的问题弊预计闪节约成本介1烟发现设计问题朵并解决维发仔现月1浴2否处屋面天沟高语度和结构柱和星梁干涉问题尼1.抹2胶万寨2堆檐口热有够1钩8洁处铝复合板龙资骨没法在结构希主体上生根谊3.秀4皂万轻3诵屋面钢格栅术由郊2敲5包处与主体钢结讽构干涉泪3.震9走万捕4推2街处弧形天沟部动分的标高与定榨位问题守1.月5齐万群5组2淡处吊顶格栅龙腐骨在钢结构上蜘的生根问题娇1.羞2网万煮6油深化设计棒异形曲面檐口辰深化设计工作迷，对檐口板进器行坐标定位乞5.糖2模万虎7酒异形屋面飘带斜部分的深化设夹计工作宗4.址5井万败8睁材料量统计圈实现屋面底板音、二次防水板齿、面板的材料佳用量统计屋4销万逆9茎4呼D科施工模拟绵设备材料进场偏、劳动力配置族，工序安排等裙3.沃4增万尿10爷Autode降sk36坚0至应用苗便于施工人员稀及时查看构件毕尺寸及定位，干并对施工的成确品进行检测恒1.拌5什万添由上表可以看蓝出在金属屋面稳工程中应橡用补BI欢M绩技术可以解决膨实际工程中存师在的问题，并独对成本控制起条到一定的作用汇。役通鞭过毅BI护M翠技术在金属屋厅面工程中的应脊用，从设计阶摇段开始，通过慨多专业多个参道与方的协作，呀制造出精细化宰的建筑表皮、奥在建造过程确发认每个构件的桂精确尺寸及位连置，包括檐口视铝板、龙骨、吃钢格栅，钢结建构之间的关系梨，在实遗施奶BI俩M伴的过程中精确睬控制，将施工至单位和