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摘要：隨著BIM技術(shù)的逐漸普及，設(shè)計(jì)逐步從二維設(shè)計(jì)圖紙，轉(zhuǎn)化為三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的領(lǐng)域，并隨著各專業(yè)的BIM逐漸成型，BIM云平臺的構(gòu)架進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用的階段。在異形建筑的領(lǐng)域Rhinoceros和Grasshopper，依然承擔(dān)著主要的建模工作。但隨著Autodesk Revit在BIM構(gòu)架中的逐步完善。使得BIM不僅僅在完成異形建筑的領(lǐng)域?qū)⒔ㄖ涞兀M(jìn)一步讓建筑結(jié)構(gòu)、水電暖、精裝、景觀、燈光等相關(guān)專業(yè)共同形成一個(gè)整體的構(gòu)架體系，將各專業(yè)之間的交圈落地成為可能。這樣可使工程設(shè)計(jì)縮短約30%，通過即時(shí)反饋機(jī)制加速設(shè)計(jì)迭代，提高設(shè)計(jì)效率。同時(shí)施工減少現(xiàn)場變更約90%，施工精度提升至毫米級，從而顯著降低拆改變更成本。
關(guān)鍵詞：異形檐口;龍鱗造型幕墻;樹狀花柱造型
1、引言
隨著幕墻顧問服務(wù)工作的逐漸深入和擴(kuò)展，以及人們對審美的需求更加多元化。現(xiàn)代建筑的設(shè)計(jì)不僅僅止步于求高求大的體量沖擊，同時(shí)對視覺藝術(shù)和異形空間美感產(chǎn)生更多的興趣。
本文以沈陽正祥顧問所服務(wù)的南寧未來方舟項(xiàng)目為例，通過異形主售樓處檐口、龍鱗造型幕墻、樹狀花柱造型三點(diǎn)。闡述BIM在幕墻顧問服務(wù)中的作用與價(jià)值，并展望未來的發(fā)展
2、工程概況
建設(shè)地點(diǎn)及工程概況:廣西省南寧市。工程地址:北臨良玉大道,東側(cè)為平樂大道。
項(xiàng)目規(guī)模:本項(xiàng)目總建筑面積 6094.72㎡,其中地上建筑面積3091.76m2,地下建筑面積3013.25㎡
3、方案概念階段：仿真效果
在方案與概念階段，BIM可以通過仿真效果及人行視角漫游。給予方案更好的決策。通過模型的調(diào)整方式對與體量、色彩、光線進(jìn)行真實(shí)模擬對比，可以更快速、更準(zhǔn)確、更清晰的對方案效果進(jìn)行最優(yōu)決策。
【1】體量決策：對與檐口的體量進(jìn)行判斷對比。5m、6m、7m三種規(guī)格檐口的體量對比。(見圖2)
【2】系統(tǒng)決策：BIM仿真模型，可以對重要位置進(jìn)行多方案仿真比選。如圖所示(見圖3)，對于正立面12m高的全玻幕墻進(jìn)行多個(gè)系統(tǒng)的比選。在方案前期敲定效果需求。
4、設(shè)計(jì)深化階段：Revit、Fuzor、Enscape在專業(yè)間交圈中的應(yīng)用
4.1與主體鋼結(jié)構(gòu)的校核
在異形構(gòu)造的幕墻中，我們既希望主體鋼結(jié)構(gòu)與造型距離近一些，從而減少懸挑的難度及視覺效果的纖薄體量感。又擔(dān)心鋼結(jié)構(gòu)和造型產(chǎn)生干涉。
在這種要求下，我們就需要進(jìn)行各專業(yè)間的合模交圈。首先我們會在Rhinoceros中建好的模型轉(zhuǎn)到Revit中。然后通過一個(gè)專業(yè)的中心點(diǎn)統(tǒng)一其他專業(yè)的中心點(diǎn)。合模后我們就會得到一個(gè)各專業(yè)在一起的完整工程模型。之后載入到Fuzor中，可以自動進(jìn)行碰撞檢測和分析報(bào)告。但是Fuzor的渲染能力比較有限。雖然可以完成各方檢測及漫游行走，但是真實(shí)性仍然達(dá)不到仿真的程度。(見圖4)
所以我們通常使用Enscape或者UE5進(jìn)行仿真渲染處理。在仿真的模型下，讓設(shè)計(jì)師和管理者對效果的把控更加便捷。同時(shí)，也能把施工可能產(chǎn)生的碰撞問題，在設(shè)計(jì)階段快速發(fā)現(xiàn)并解決。
校核出現(xiàn)的問題，顧問通過梳理后分專業(yè)進(jìn)行溝通對接，并按流程整改。(見圖5)
4.2 與土建、機(jī)電結(jié)構(gòu)的校核
土建常規(guī)結(jié)構(gòu)的表達(dá)都是在CAD中表達(dá)本層結(jié)構(gòu)，對于異形情況，在本層平面無法表達(dá)漸變邊界的時(shí)候很容易出現(xiàn)干涉錯誤，如下圖所示。CAD表達(dá)的平面梁位置看起來并沒有什么問題。
但是到Revit合模空間(見圖6)時(shí)就會出現(xiàn)明顯的干涉。表面半透明處理后，可以清晰看到需要底部梁進(jìn)行漸變處理。
當(dāng)然，如果我們在Enscape(見圖7)仿真模型漫游時(shí)候則會更加的明顯。在仿真的環(huán)境中，我們可以更直觀的察覺到存在的問題。
4.3與景觀的校核
與景觀樓梯和地面找坡的交接位置也是經(jīng)常出現(xiàn)問題的地方(見圖8)。在本項(xiàng)目的下沉廣場仿真模型中，可以清楚看到模型中樓梯深入欄板下口鋁板的狀態(tài)。在實(shí)際施工中如果景觀后施工是不會深入鋁板內(nèi)的，但是設(shè)計(jì)遺漏就會使得現(xiàn)場硬接。沒有構(gòu)造的遮丑處理，人視角度就會無法完成一個(gè)精致的作品。
小結(jié)：此類問題在項(xiàng)目設(shè)計(jì)階段我們共找到18處。因?yàn)楫愋蔚拇嬖冢@些干涉基本是在CAD審圖中很難察覺到的。這些問題如果只是在CAD中表達(dá)，現(xiàn)場按圖施工，在一般項(xiàng)目中出現(xiàn)以上問題，基本兩種解決方案：1、時(shí)間及成本充足，拆改結(jié)構(gòu);2、時(shí)間緊迫舍棄部分效果更改造型。此時(shí)如果涉及主受力梁柱的情況，會造成拆改困難或成本極高，會迫使項(xiàng)目選擇方案2。如此一方面會折減項(xiàng)目的精致度，另一方面也是設(shè)計(jì)效果的遺憾。即使項(xiàng)目有很大的決心對效果追求選擇了方案1 。涉及到主受力梁柱，這種拆改或者后植筋后加固，整改的周期和成本也是極其巨大的。
在本項(xiàng)目中。設(shè)計(jì)階段的預(yù)先處理，有效縮短施工周期約30%時(shí)間。同時(shí)減少約90%拆改和變更帶來的效果損失和經(jīng)濟(jì)損失。其經(jīng)濟(jì)效益價(jià)值遠(yuǎn)超BIM設(shè)計(jì)費(fèi)用。同時(shí)對于當(dāng)下市場，市場變化快，開發(fā)周期短，客戶品質(zhì)需求高。導(dǎo)致現(xiàn)在市場上運(yùn)行的加急工程，搶形象工程，在極限甚至過度的壓縮顧問設(shè)計(jì)時(shí)間。這也是導(dǎo)致項(xiàng)目設(shè)計(jì)效果難以達(dá)到預(yù)期效果的重大因素。前期給予顧問更多的時(shí)間對工程潛在質(zhì)量的影響是無法估量的。
5、招標(biāo)階段
招標(biāo)階段，BIM模型可以作為圖紙的輔助資料。彌補(bǔ)圖紙中交接表達(dá)不全的情況。同時(shí)可以導(dǎo)出主材的材料清單復(fù)核招標(biāo)清單用量。
在招標(biāo)階段可以從BIM中直接導(dǎo)出主材工程量清單(見圖9 a)，做為項(xiàng)目合約工作的參考文件。同時(shí)異形幕墻對造價(jià)顧問的算量和對項(xiàng)目的理解也同樣存在困難。造價(jià)顧問可以在模型中點(diǎn)擊提取模型信息，獲取單獨(dú)的面積(見圖9 b)。如果成本顧問有BIM造價(jià)測算能力，可以直接在模型信息中輸入相關(guān)測算的平米單價(jià)。完成后可以直接導(dǎo)出整體項(xiàng)目的總控成本及造價(jià)。同時(shí)如果有漏算部分，在導(dǎo)出表格后會呈現(xiàn)：有分項(xiàng)、有面積、無價(jià)格的情況。可以及時(shí)補(bǔ)充，有效避免測算中漏項(xiàng)的情況。這也是BIM中Revit逐漸取代Rhinoceros的原因，Revit所附帶的模型信息，讓BIM模型不僅為設(shè)計(jì)部門提供便利，同時(shí)也提高了合約、項(xiàng)目、物業(yè)部門的準(zhǔn)確性、高效性、可追溯性。
同時(shí)也要提一下，部門間縱向工作的完整，是需要各個(gè)部門都具備BIM能力為前提的。在現(xiàn)階段大多項(xiàng)目，BIM還僅存在于設(shè)計(jì)部中，且有些項(xiàng)目的設(shè)計(jì)部對BIM也并沒有很高的管理能力。所以能造成BIM的全項(xiàng)目部門貫通出現(xiàn)瓶頸，BIM模型深度，市場中良莠不齊，BIM設(shè)計(jì)報(bào)價(jià)混亂，低價(jià)中標(biāo)，低價(jià)質(zhì)量的市場現(xiàn)狀。
6、施工階段：Rhinoceros和Grasshopper在異形建筑應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)
6.1 異形檐口
本項(xiàng)目售樓會所部分，設(shè)計(jì)理念是以未來氣息作為整體的設(shè)計(jì)語言。其中：【未來】體現(xiàn)于棱角分明的現(xiàn)代科技感，大面板塊的應(yīng)用。而【方舟】則采用各種懸浮體塊，形成一種未來科技戰(zhàn)艦的視覺沖擊。通過大板塊玻璃透視的應(yīng)用及具有穿透力的灰色空間。打造整體具有“穿越時(shí)空”的體驗(yàn)感。
作為幕墻的設(shè)計(jì)落地，有兩處難點(diǎn)。
【1】12m全玻璃幕墻，頂部窄邊，呈現(xiàn)大視口的空間感受。
【2】本項(xiàng)目采用大量金屬尖角的應(yīng)用。作為未來氣息濃郁的建筑，大量的尖角應(yīng)用會將棱角更加凸顯出來，從而形成更加強(qiáng)烈的視覺沖擊，有如身臨其境的感覺。然而這種視覺沖擊體現(xiàn)，來源于所有的線條交圈的規(guī)整，同時(shí)包括燈槽的交圈(見圖10)。本項(xiàng)目各檐口點(diǎn)位都是空間點(diǎn)位，整體通過漸變面完成給建筑豐富的體量設(shè)計(jì)感，雖然通過型材可以很好的表達(dá)尖角的位置，但是需要在不同角度和空間下完成七條邊的交圈，是不可能在CAD這種二維空間完成的。項(xiàng)目通過Rhinoceros進(jìn)行建模，Grasshopper進(jìn)行擬合，以一層雨棚的尖角和燈槽左右設(shè)計(jì)基準(zhǔn)線，對其他6條線進(jìn)行交圈。控制尖點(diǎn)和燈槽點(diǎn)在200mm-300mm位置，完成燈槽的無接差交圈。在白天通過尖角表現(xiàn)建筑的力度，晚上通過泛光燈槽體現(xiàn)其體量輪廓。從視覺感受上，夜間會放大這種未來的懸浮感。
工作流程：首先在模型中進(jìn)行交圈(見圖11)，然后反推到CAD輪廓，進(jìn)行構(gòu)造設(shè)計(jì)(見圖12)，最后現(xiàn)場根據(jù)犀牛點(diǎn)位利用全站儀放點(diǎn)安裝實(shí)現(xiàn)方案效果需求(見圖13a)保證效果實(shí)際竣工落地(見圖13)。
6.2 龍鱗造型幕墻
龍鱗造型是中國傳統(tǒng)文化的一種經(jīng)典體現(xiàn)。設(shè)計(jì)顧問采用異形面加單塊折板呈現(xiàn)的龍鱗造型，此造型可以在二維圖紙中，表現(xiàn)出構(gòu)造做法，通過掛接的形式保證六向可調(diào)和密封銜接。但是如何保證轉(zhuǎn)角（詞條“轉(zhuǎn)角”由行業(yè)大百科提供）和四面角位置的整齊，是無法通過想象和現(xiàn)場放樣來實(shí)現(xiàn)的。顧問通過Rhinoceros中進(jìn)行建模對邊角位置進(jìn)行修正擬合。最后鋁板廠直接用Rhinoceros的模型進(jìn)行拆模，毫米級精確下料，并進(jìn)行加工標(biāo)號。現(xiàn)場根據(jù)標(biāo)號安裝，大大縮短了設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、加工、安裝的時(shí)間，并且能夠很好的控制交接的誤差，高度還原建筑師追求的理想效果。
設(shè)計(jì)顧問與生產(chǎn)的配合。在Rhinoceros修正完畢后，到鋁板工廠加工。鋁板工廠會根據(jù)實(shí)際設(shè)備（詞條“設(shè)備”由行業(yè)大百科提供）的加工能力對模型中轉(zhuǎn)角位置的極小板多面焊接板進(jìn)行校核，提取其中無法加工的部分反提到設(shè)計(jì)顧問。設(shè)計(jì)顧問在與建筑師對于效果討論后進(jìn)行板塊的擬合。保證所有板塊加工落地。所以往往一個(gè)精品項(xiàng)目并不是看起來那么一帆風(fēng)順，往往需要不斷打磨，BIM往往能在打磨中呈現(xiàn)高效有序的狀態(tài)，但并不適合過度神話。
6.3 樹狀花柱造型
下沉廣場的樹干造型是對主體支撐鋼柱的藝術(shù)化呈現(xiàn)。以萬物生長的樹狀造型將立柱和平臺完美的結(jié)合在一起。同時(shí)用星光燈，呈現(xiàn)出叢林秘境的浪漫夜晚效果。
然而對于幕墻而言，也是一項(xiàng)充滿挑戰(zhàn)的設(shè)計(jì)效果。樹干到頂部的展開面，每個(gè)三角形都是獨(dú)立的一個(gè)空間面，一個(gè)三角面的偏離，就會在過渡中出現(xiàn)明顯的不平整，所以既要保證安裝的角度尺寸連接，又要保證縫隙的均勻，才能最好的詮釋這種效果預(yù)期。
首先從幕墻顧問的角度。設(shè)計(jì)主體受力鋼梁，每塊三角板設(shè)置獨(dú)立的鋼副框。主受力鋼梁與每塊三角板通過萬向球和螺桿控制空間點(diǎn)位的調(diào)節(jié)。從而完成此效果的呈現(xiàn)。接下來就是最重要的問題，如何控制燭點(diǎn)的空間點(diǎn)位和每個(gè)三角板的尺寸。
以方案提供的SU模型作為效果基礎(chǔ)。導(dǎo)入Rhinoceros中后，進(jìn)行復(fù)刻建模。因?yàn)镾U會在導(dǎo)入后變成多個(gè)矩形板，所以需要再Rhinoceros中逐個(gè)剪切，同時(shí)在過渡位置(豎向柱子和展開花形的交接位置)需要更柔和的過渡。這時(shí)候就需要Grasshopper發(fā)揮邏輯優(yōu)勢，交接位置直接完成互相剪切，保留向外位置的逐個(gè)都是完整的平滑的三角面，在交接位置進(jìn)行重新擬合分割，對極小板進(jìn)行整合。將板子裁剪成可實(shí)現(xiàn)的柔性過渡效果。與此同時(shí)三個(gè)樹干在吊頂的分縫關(guān)系中也有著對應(yīng)的縫隙點(diǎn)位關(guān)系。在模型中進(jìn)行微調(diào)對縫。最后對所有三角板進(jìn)行縮尺縫隙的裁剪，我們就得到了每塊板的理論尺寸及空間點(diǎn)位。
將模型提供到鋁板廠，拆模形成每塊鋁板的加工圖，并逐個(gè)編號。工廠進(jìn)行預(yù)組裝完成后，運(yùn)輸?shù)浆F(xiàn)場通過全站儀進(jìn)行打點(diǎn)、安裝。我們就得到了漂亮的樹狀花柱。
設(shè)計(jì)與施工的深度配合：
1、鋁板加工能力的反復(fù)打磨，下部主樹干和散花交接的位置是眾多小塊鋁板交錯的地方。其中出現(xiàn)極小銳角加工不出來的情況(見圖16放大圖)。此位置也是通過反復(fù)與建筑師及加工廠討論優(yōu)化，調(diào)整模型，最終完成設(shè)計(jì)理想與現(xiàn)有加工能力的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。
2、花狀結(jié)構(gòu)落地，在設(shè)計(jì)中已經(jīng)充分考慮了各塊鋁板的可調(diào)能力。但是實(shí)際施工中還是出現(xiàn)了安裝上墻后，調(diào)節(jié)吃力的情況。畢竟在空間位置上，頂部的背面工人操作空間有限，且存在高空危險(xiǎn)，背面效果和正面效果可視同步性也比較差。造成多次調(diào)節(jié)對縫無果的情況出現(xiàn)。大家都明確板子尺寸對，序號對。但是就是對不上縫。為處理施工難度，重新調(diào)整思路。把整個(gè)鋼架落到地面，在地面完成所有鋁板與框架的安裝及調(diào)整工作。在整體調(diào)整滿意后，再實(shí)行整體花架起吊。這樣只要在高空確定平面高度和定位尺寸就方便多了。如此完成了施工落地(見圖17)。
小結(jié)：Rhinoceros基本是異形建筑必不可少的應(yīng)用軟件。對于模型生成及Grasshopper插件的完善。使得在Revit盛行的今天依然具有很高的占用率。同時(shí)隨著BIM云平臺的市場普及。Rhinoceros和Revit的轉(zhuǎn)換交互也變得更加的方便。BUG率也在很大程度上減少。所以建模中，我們習(xí)慣采用Rhinoceros進(jìn)行正向設(shè)計(jì)一些異形建筑。Revit快捷的設(shè)計(jì)一些平整構(gòu)造。最后鏈接，完成模型完整化。這也是現(xiàn)階段BIM應(yīng)用中比較快捷高效的邏輯手段。Rhinoceros雖然信息化不及Revit。但是更能滿足現(xiàn)階段異形幕墻的設(shè)計(jì)構(gòu)造需求和正向設(shè)計(jì)手段，同時(shí)從設(shè)計(jì)到加工落地的產(chǎn)業(yè)鏈條也非常成熟。基本不必因技術(shù)壁壘的原因大幅遠(yuǎn)程的尋找加工廠，更加便捷的完成項(xiàng)目的進(jìn)度需求。當(dāng)然相對CAD，Rhinoceros絕對是跨越式的成長，正如高迪所說，“直線屬于人類 曲線屬于上帝”。Rhinoceros是跨越式的工具，讓我們可以駕馭曲線和異形的世界，讓更多異形的建筑成為可能。
7、現(xiàn)場勘察及物業(yè)階段
7.1輕量化漫游
輕量化的全景模型(見圖18)，可以在現(xiàn)場勘察中得到更方便的應(yīng)用，在手機(jī)的網(wǎng)頁界面查看設(shè)計(jì)意圖與現(xiàn)場差異。仿真模型可以大大節(jié)省管理人員翻查圖紙的時(shí)間成本。
7.2 BIM技術(shù)：智能建筑的數(shù)字化核心
全專業(yè)BIM模型，不僅可以在設(shè)計(jì)階段提供專業(yè)交圈。還可以在后期的物業(yè)管理中發(fā)揮其重要作用。
(1)物業(yè)在維修管道線路時(shí)，很多信息隱藏在外裝飾層內(nèi)部。以前我們只能通過現(xiàn)場拆卸查看內(nèi)部情況，但是通過BIM技術(shù)可以直接在模型中進(jìn)行查看，從透視視角給出最優(yōu)的維護(hù)方案后進(jìn)行維修檢查。
(2)由于竣工后很多紙質(zhì)文件留存困難，并且各個(gè)專業(yè)人員流動及原圖紙指向不明，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)材料無法確認(rèn)生產(chǎn)廠家、型號、尺寸等情況。這些所有信息都可以留存在BIM模型中。例如下圖所示，如果后期玻璃破碎，可以清晰查找原片的尺寸、廠家、產(chǎn)地、參數(shù)、成本等信息。只要留存一份文件，就可以快速找到想要得到的信息。這也是為什么Revit作為時(shí)代新寵的信息化模型，逐漸取代Rhinoceros的一方面原因。
8 結(jié)語
BIM的應(yīng)用已經(jīng)不再局限于可視化模型階段，更多的是對整個(gè)項(xiàng)目的信息化管控。縱向貫穿整體項(xiàng)目時(shí)間軸，從概念、方案、設(shè)計(jì)、招標(biāo)、施工、物管的整個(gè)工作鏈條。管控于階段中效果、造價(jià)、落地性、信息性的作用;橫向連通，完成主體建筑結(jié)構(gòu)、水電暖、幕墻、精裝、景觀、燈光等專業(yè)的完整交圈。其作用早已經(jīng)不局限于一個(gè)三維模型，而是整個(gè)項(xiàng)目的全專業(yè)鏈管理。其準(zhǔn)確性和可視度是遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)工作組織形式，可以使管理者高效的發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。但是，BIM是做為一個(gè)更便捷的工具，而不是萬能的，開發(fā)擴(kuò)展、智能化、便捷化、也在逐漸完善和進(jìn)步。實(shí)際的應(yīng)用還是需要依靠足夠的設(shè)計(jì)、施工、成本管理經(jīng)驗(yàn)及材料廠的加工能力作為基礎(chǔ)，同時(shí)也需要各專業(yè)和部門的BIM人員相互配合。人才短缺，這也是現(xiàn)階段BIM能力不能全開的瓶頸之一。
綜上所述，BIM在智慧城市數(shù)字孿生建設(shè)中的實(shí)踐應(yīng)用以信息數(shù)據(jù)為核心、以模型為基礎(chǔ)，進(jìn)行虛擬仿真、動態(tài)可視、協(xié)同作業(yè)，大大提高了城市的可持續(xù)發(fā)展能力，也為智慧城市的不斷向前發(fā)展奠定了可靠的數(shù)據(jù)模型基礎(chǔ)，使城市建設(shè)發(fā)展決策的科學(xué)性有了高標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)保障。
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作者單位：沈陽正祥裝飾設(shè)計(jì)有限公司
