BIM技术在建筑外立面幕墙设计中的应用分析

BIM技术在建筑外立面幕墙设计中的应用分析

喻慧智

华为技术有限公司

摘要：随着在各类工程事业中的不断实践，BIM技术已经日渐成熟，并且应用到电力、石化、冶金、水利、建筑等行业中，成为各大工程公司高水平工程设计与管理的重要辅助手段，为其发展与创新提供了有力的支持与保障。尤其对建筑外立面幕墙设计起到了重要作用，帮助其大幅度简化与优化了某些复杂环节的工程步骤，在业内被广泛使用。

关键词：BIM技术；建筑外立面；幕墙设计；应用

引 言

近年来我国建筑行业蓬勃发展，呈现一派欣欣向荣之景。建筑外立面幕墙设计是建筑工程的重要组成部分，想要有效提高幕墙设计的质量和效率，必须应用科学合理的建筑技术手段，BIM技术备受推崇。BIM技术在建筑幕墙设计中具有非常高的应用价值，可以实现幕墙设计的精确化和实时化，也能为建筑行业的进一步发展创造有利的先决条件。下面我们就针对BIM技术在建筑外立面幕墙设计中的应用展开简单探讨。

1. BIM技术在建筑外立面幕墙设计中的应用优势

1.1 BIM技术可以实现设计智能化

现今的建筑外立面幕墙工程主张设计智能化，智能化既是现代建筑工程主要的发展需求，也是未来工程建设必然的发展趋势。在建筑外立面幕墙设计中应用BIM技术可以实现设计智能化的目标。BIM技术中的三维立体技术，可以通过三维建模的方式对建筑外立面幕墙进行科学构建，设计人员也能自动得到相关的图形和文档，进而对幕墙设计效果和质量进行更有针对性的提升，这是BIM技术最为明显的一项应用优势。比如，在建筑外立面幕墙设计中应用BIM技术进行模型构建时，假如对某个不够合理的专业设计对象进行了修改，那么系统也会对其他设计对象进行相应的自动修改，不仅省去了逐一修改的麻烦，也避免了修改遗漏，大大提升了幕墙设计的效率和质量。

1.2 BIM技术可以实现设计可视化密切相关

在建筑外立面幕墙建设过程中，采取科学合理的设计施工手段，不仅可以保证幕墙的质量、提高幕墙的安全性，也能最大程度的降低后期返工率。将BIM技术应用于建筑外立面幕墙设计中，可以利用3D图形表现工程实体，通过模拟工程实体及时发现设计图纸中设计错误和设计不合理之处，进而实现幕墙设计可视化。除此之外，应用BIM技术还可以对幕墙施工技术和施工流程进行模拟演示，保证施工标准规范建立的科学性，进一步提升幕墙施工技术的准确性和建筑安全性。

1.3 BIM技术可以实现协同设计

合理的建筑外立面幕墙设计是保障工程质量的前提条件，在设计过程中应用BIM技术可以在一定程度内实现协同设计。在同一个建筑模型中，BIM技术可以将相关数据和信息进行科学整合，各施工单位可以根据具体的施工需求提取相关信息，还能在不同设计阶段添加或删减设计内容，不断完善幕墙设计方案。在实际的幕墙施工中，设计人员可以根据施工科学调整幕墙设计结构，比如调整了幕墙中一个窗的形状，那么模型系统会对其他相同类型的窗进行自动调整，显著提升了幕墙设计的协同性。

1.4 BIM技术可以实现项目管理信息化

随着社会的发展和科技的进步，信息化技术已经渗透到各个领域，建筑工程也不例外。在传统的建筑外立面幕墙设计与施工中，各部门主要采用纸质媒介作为相关信息的交流方式，每个应用系统之间的信息经常独立存在，不仅容易出现信息链断裂的情况，也大大降低了幕墙设计信息与施工信息的交互效率。想要解决这一弊端，可以引入BIM技术，应用该技术对幕墙工程数据源进行科学构建，不仅可以实现幕墙设计与施工信息的共建共享，也能提升项目信息的准确性和一致性，实现幕墙项目管理信息化。

2. 建筑幕墙设计现状

幕墙一般由结构框架（支撑装置和系统）和镶嵌板材组成，对主体具有一定的位移能力和形变能力，具有强劲、轻盈、美观、安全、吸声、设计灵活等特点。幕墙范围主要包括建筑的外墙、采光顶和棚顶及室内装饰墙，支撑结构现在广泛使用钢结构，面板按材质一般分为玻璃、金属板、石材板等。建筑幕墙作为建筑的“面子”，建筑设计师和业主越来越重视提高建筑的使用及观赏价值。形状不规则新奇的外墙一般称为异形幕墙，其材料复杂、有凹有凸、有曲有折。建筑造型新颖多变、标新立异、环境色彩鲜艳明快，为现代化城市面貌增加了艺术效果。但是在异形幕墙的设计过程中，传统软件其二维表现方式已难以满足当前复杂、多样的造型设计要求，不能清晰简洁地呈现出设计意图和创意。对于某些没有重复模块的异型建筑，由于每个构件的编号必须保证唯一性才能保证现场准确安装施工，而传统的纸质记录保存混乱无序很容易导致失误和返工，因此二维的设计显然完全无法满足现代建筑设计需求。

3. BIM技术在建筑外立面幕墙设计中的应用

3.1在建筑外立面幕墙曲面设计中的应用

设计人员在进行建筑外立面幕墙设计时，经常会遇到一些涉及曲面设计的部分，设计内容具有较强的理论性，这给幕墙设计工作增添了很多难度。大多数建筑外立面幕墙的曲面设计都具有参数化和无规则特征，传统设计软件功能单一，无法满足幕墙曲面设计需求，很难对建筑外立面幕墙进行科学绘制，更谈不上进一步的深化设计了。BIM技术中的三维功能可以有效解决这一设计难题，该功能可以根据幕墙建筑曲面的设计理念对幕墙外形进行模拟建模，利用实体模型将抽象的理论性概念具象化呈现，达到理想的设计效果，从而体现BIM技术在建筑外立面幕墙设计中的应用优势。

3.2在幕墙系统建模中的应用

在建筑外立面幕墙设计中，系统建模这一环节是不可忽视的。在该环节中，设计人员需结合本次幕墙设计的图纸以及咨询方给出的要求进行建模，使幕墙最终实体效果得以直观呈现。此外，BIM技术的应用还可以方便设计人员将幕墙建设所涉及的各专业整合起来，然后在模型系统中进行各专业部分之间的碰撞检测，如此就可以前期设计中存在的问题并加以解决，大大提高了幕墙设计和施工的质量和效率，体现了BIM技术应用的协调性和科学性。

3.3在信息模型创建中的应用

创建信息模型是建筑外立面幕墙设计的重点内容，也是BIM技术的主要实施途径。这一步具体的技术应用策略可以划分为四个步骤。

1. 首先创建族文件，Ｒevit系统中的所有图元都是以组为基本单位，将单元节点图导入系统，然后对尺寸进行调整，以这种方式作为基础，可以更科学的创建信息模型。在创建过程中，每一个组图元内可以定义多种类型，鉴于族创建者具体设计需求的不同，这些类型之间的材质设置、尺寸、形状以及其他参数变量都具有不同程度的差异性特征。接下来，就可以对建筑外立面幕墙项目进行科学创建，先把CAD系统中的轮廓线转换为多段线，然后将内容导入Ｒevit系统。幕墙框架可以通过放样来获取，其中，每一段折现可以自动生成一个板块，把族图源嵌入项目文件中之后，可以对幕墙板块的数值进行单独调节，促使信息模型的效果更加真实。

2. 分别对明细表和板块进行优化处理，通过明细表对相关数据进行科学修改，启动系统特殊的双向关联特性，这个功能可以提升明细表和板块的优化效率，进而显著增强幕墙模板设计数据的精确性。接下来，运用BIM技术对设备材料进行统计，生成全面细致的设备材料明细表，幕墙设计人员和业主单位可以根据实际情况，在设备材料明细表中自主选择所需材料，对幕墙设计和施工的工程量进行科学计算，无论是铝合金龙骨还是玻璃面材甚至是螺丝钉等，都可以根据材料明细表中已经确定的型号和参数进行便利的获取和输出，大大提高了幕墙的建造效率。

3. 运用BIM技术进行冲突检测分析。在建筑外立面幕墙设计过程中经常会遇到异形幕墙，其中单元板块的不规则为设计和安装增加了很多不确定性和繁琐性，这也是幕墙设计的疑难问题。BIM技术可以有效解决这个难题，幕墙设计人员可以通过Ｒevit软件对幕墙进行冲突检测分析，提前掌握单元板块地之间的干涉情况、幕墙与钢结构之间的碰撞问题以及钢结构之间的碰撞问题。这样，设计人员在幕墙设计阶段就能全面了解可能会出现干涉情况的部位，有效避免后续施工和安装过程中的一系列问题。第四，根据BIM模型对其实施加工组装作业，先通过INVENT-OＲ软件创建详细的建构加工图和模拟板块组装，然后采用动画形式进行模拟组装操作演示，使组装人员对模型效果和组装方法产生更直观的了解。

3.4在深度建模中的应用

深度建模是建筑外立面幕墙设计成功的关键，也是BIM技术的应用方式之一。在这一步中，设计人员应该应用BIM技术、根据制作完成的模型和节点图进行深度建模，BIM技术可以实现模型参数化，进而顺利提取定位和加工所需数据，再根据幕墙工程的实际情况科学制定定位图和加工图。幕墙公司按照BIM建模数据图纸严格生产和安装，既能满足幕墙建筑的外形要求，也能有效避免在幕墙施工阶段出现建筑形体更改的情况发生。

3.5在设计方案选择中的应用

在幕墙设计过程中，方案选择也是必须给予高度重视的，这是BIM技术优势得以发挥的基础技术优势得以发挥的基础。在完成幕墙设计的建模后，为进一步提升施工设计的合理性，设计人员还需要进行更细致的方案筛选。如需要结合施工面板材料的实际情况来确定出合理的工序作业方式。BIM技术的使用在实际的实施过程中，设计人员将本次建筑外立面幕墙施工进行参数化分隔。在保证幕墙设计理念前提下，将难度较高的幕墙设计进行适当的调整，从而不断提高施工难度较大且成本较高。因此为保证工程造价预算的执行，就可以考虑采用平面设计方式，如此既可以保证幕墙整体设计效果，还能够节省成本，并降低后续幕墙施工安装的难度。通过BIM技术的应用，选择科学、合理的设计方案是保证施工项目顺利进的一大因素。

结束语

伴随着我国在建筑领域的发展壮大，很多建筑幕墙的装饰也越发精致，在装饰方面，我国的建筑行业也逐渐形成了系统的理论知识，完成设计理念上的创新和发展，应结合施工的经验，把设计理念和设计目标完美结合，完成施工方面的最大效益，为我国建筑行业的发展提供更多的发展空间。

参考文献

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