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銀河SOHO項目的竣工使BIM技術(shù)在該項目中的應用成為行業(yè)關(guān)注的焦點，我們有理由相信BIM技術(shù)在復雜建筑建造中的地位越來越重要。BIM技術(shù)以三維數(shù)字模型為基礎(chǔ)，在應用維度上囊括了設計、項目信息、可視化、項目協(xié)調(diào)等一系列過程管理的內(nèi)容；在幾何空間上大到規(guī)劃設計、小到裝置構(gòu)件無不體現(xiàn)了BIM技術(shù)的應用。

銀河SOHO項目中BIM技術(shù)滲透到了項目的方方面面，CCDR有幸參與了銀河SOHO東標段幕墻BIM的實施（圖1）

這是對幕墻BIM的一次重要探索與實踐，其圓潤、流線型的幕墻系統(tǒng)對項目的設計建造提出了新的挑戰(zhàn)：

1）大量非標準單元板塊，標準節(jié)點無法重復使用；

2）大量雙曲面板需要優(yōu)化成可展曲面；

3）面板尺寸無法用常規(guī)尺寸標注描述；

4）安裝定位困難；

5）無法確定特殊型材數(shù)量。

上述問題讓業(yè)主方的設計管理團隊意識到，現(xiàn)有的幕墻深化設計方法、實施流程、加工工藝及安裝方法無法滿足幕墻建造的需求，因此業(yè)主決定引入幕墻BIM到現(xiàn)有的設計管理體系中，而選擇的幕墻BIM團隊必須要能解決以下問題：

1）了解曲面幾何屬性；

2）掌握工業(yè)參數(shù)化建模軟件——CATIA；

3）能開發(fā)軟件從數(shù)字模型中提取建造數(shù)據(jù)；

4）協(xié)調(diào)專業(yè)碰撞。

行業(yè)的挑戰(zhàn)給予了CCDR一次機會，CCDR作為幕墻BIM分包參與項目實施，幕墻行業(yè)的BIM服務應運而生，銀河SOHO幕墻BIM的成功實施讓我們收獲頗豐，總結(jié)了大量可行的流程和實用的經(jīng)驗。當我們完成了銀河SOHO后發(fā)現(xiàn)，原本是業(yè)主所推動的BIM服務，繼而轉(zhuǎn)變?yōu)轫椖績?nèi)部自身的需求。在這之后，CCDR相繼完成了大同博物館、望京SOHO、凌空SOHO等幕墻BIM的實施。

1 優(yōu)勢

1.1 工業(yè)化基因

建筑業(yè)中的鋼結(jié)構(gòu)和幕墻專業(yè)與制造業(yè)很相似，大型幕墻企業(yè)有自己的ERP系統(tǒng)，企業(yè)內(nèi)部可以實現(xiàn)模型及電子料單的交付生產(chǎn)。BIM概念強化了幕墻產(chǎn)業(yè)的工業(yè)化基因，提高了深化設計乃至整個工程的質(zhì)量、效率，為建筑業(yè)節(jié)約成本，帶來巨大的效益。幾款主流的建筑業(yè)BIM軟件設計思想和推進的產(chǎn)業(yè)流程均源自制造業(yè)，突破建筑業(yè)以藍圖作為設計交付的模式，通過BIM實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化是幕墻行業(yè)發(fā)展的必然選擇，由此，幕墻產(chǎn)業(yè)與BIM的一見傾心絕非巧合。

（1）在復雜幕墻系統(tǒng)的設計上越來越多地采用單元式幕墻，其構(gòu)成原理為：在工廠里由橫豎框架組成單元組件框架，并將玻璃、鋁板等材質(zhì)的面板安裝到單元組件框的相應位置上，形成單元組件（圖2），然后運往工地現(xiàn)場，通過連接件固定在預埋龍骨上。幕墻業(yè)務的工業(yè)化邏輯與BIM技術(shù)高度契合，BIM技術(shù)是連接從設計、分析、模擬、組裝到維護在內(nèi)的全部流程的關(guān)鍵技術(shù)鏈。

（2）BIM技術(shù)使幕墻工業(yè)推進至更高的工業(yè)標準。幕墻產(chǎn)業(yè)在國內(nèi)是上世紀80年代發(fā)展起來的，大型企業(yè)的標準比行業(yè)標準更高，其在深化設計流程、制圖標準及造價控制體系制度方面完全按工業(yè)化方向發(fā)展。BIM技術(shù)介入后，BIM模型不僅可以生成AutoCAD難以繪制的二維加工圖（圖3），而且BIM模型提取的數(shù)據(jù)表單將大幅減少2D藍圖表達設計的格局。通過3D實體模型來確定設計和生產(chǎn)工藝，將模型數(shù)據(jù)和電子表單導入        PLM系統(tǒng)中進行管理。

（3）幕墻BIM設計應選擇頂級工業(yè)制造軟件。前期較多使用工業(yè)設計軟件Rhino用于曲面設計和數(shù)據(jù)分析，其操作簡單、模塊封裝、插件眾多等特點受到建筑師的青睞，適合于前期方案的構(gòu)思和建筑幾何計算。深化設計則更多使用CATIA軟件，作為工業(yè)設計領(lǐng)域的頂級設計軟件，其擁有極強的幾何造型能力和準確的建模功能，同時具備穩(wěn)定的參數(shù)化建模環(huán)境，可以方便地將模型生成圖紙和提取數(shù)據(jù)。

上世紀90年代末，F(xiàn)rank Gehry就用它來解決復雜建筑的案例，后來基于實際項目的應用經(jīng)驗，在CATIA平臺上開發(fā)了DigitalProject，轟動一時。

1. 2 復雜幕墻可建造

1. 2.1 BIM與參數(shù)化設計

建筑師通過在軟件中輸入設計邏輯、建立數(shù)理計算模塊、設定幾何約束等方法生成外形體及幕墻表皮，表皮的肌理呈現(xiàn)復雜的關(guān)聯(lián)性、動態(tài)性、非線性、漸變性等特征，銀河SOHO、望京SOHO、凌空SOHO等建筑正是用這樣的設計方法生成的建筑。參數(shù)化設計通過參數(shù)驅(qū)動模型產(chǎn)生設計，BIM基于模型整合數(shù)據(jù)承載項目生命周期的各種應用。從流程上來看，BIM不僅承接參數(shù)化設計模型及參數(shù)，傳遞設計，而且更多的貢獻集中在如何根據(jù)新的建造條件、材料供應等情況調(diào)整模型數(shù)據(jù)。值得一提的是，參數(shù)化和參數(shù)化設計不是一個概念，參數(shù)化通常說明的是軟件的參數(shù)化建模能力，而參數(shù)化設計是一種設計方法，BIM軟件都具備參數(shù)化建模能力。參數(shù)化設計方法與BIM珠聯(lián)璧合，參數(shù)化設計在BIM流程中核心的應用是優(yōu)化面板，在視覺誤差允許的情況下，盡可能地用單曲面代替雙曲、平板代替單曲（圖4），規(guī)格盡可能統(tǒng)一（圖5），以降低造價。

1.2.2 結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)

龐大的設計數(shù)據(jù)和建造數(shù)據(jù)需求首當其沖的便是要做好數(shù)據(jù)規(guī)劃。在復雜的幕墻系統(tǒng)中通常采用達索的CATIA作為BIM平臺軟件，數(shù)據(jù)組織采用的是“自上而下”（TopDown）的管理思想。軟件具體的操作是通過“產(chǎn)品”（Product）和“零件”（Part）間的嵌套鏈接關(guān)系來實現(xiàn)的（圖6），零件與零件間互相引用的數(shù)據(jù)通過“發(fā)布參數(shù)”的功能來傳遞?！爱a(chǎn)品”和“零件”是一個虛擬的概念，管理具體的項目必須依據(jù)實際情況來劃分大小，好的數(shù)據(jù)規(guī)劃是將來提取、使用數(shù)據(jù)的前提。例如在銀河SOHO中最大的層級是整個幕墻工程為一個“產(chǎn)品”，然后按塔樓、樓層、部位依次逐漸細化“產(chǎn)品”，最后把一個單元定義成一個“零件”，單元板后面的連接件、龍骨“零件”是實體的“特征”。

清晰的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)標識是管理每塊板塊設計信息和定位參數(shù)的基礎(chǔ)，保持一致的字段名稱和組成結(jié)構(gòu)對于項目數(shù)據(jù)的管理十分重要，為使以后各個部位、階段的數(shù)據(jù)能快速、準確地被檢索到，需要建立統(tǒng)一的命名標準（圖7）。例如編碼“TW2_CLD_F06_FLK”可以表示成“二號塔樓-鋁板幕墻-第六層-側(cè)掛板”。

1.2.3 效率

復雜幕墻可建造的說法是一個相對的概念。100多年前安東尼·高迪設計建造的建筑，形體波浪起伏富有動感，表皮填充奇妙、夢幻的紋理，大量使用陶瓷瓦片、馬賽克、彩色玻璃拼貼出屋頂、墻面的肌理，算是復雜的幕墻系統(tǒng)，幾乎沒有一塊建材可以成批制造，都必須現(xiàn)場手工加工，大量匠人花費長達數(shù)百年的時間去建造，圣家族大教堂的建造一直持續(xù)到今天。15年前還沒有BIM的概念，后續(xù)的承建者們用3D模型模擬設計及建造，基本上都能按照高迪的手稿復原建造（圖8），由此可見，使用BIM建造復雜建筑是時代的要求。

1.2.4 數(shù)據(jù)提取

表皮離散后生成非標準單元幕墻，非標準單元背后隱藏著龐大的數(shù)據(jù)需求，比如龍骨的長度、公框和母框的夾角（圖9）、轉(zhuǎn)接件的個數(shù)、每個轉(zhuǎn)接件的角度參數(shù)等（圖10）。此時，我們已經(jīng)無法逐一地用CAD的辦法繪制幕墻單元的設計信息。出于經(jīng)濟和實用的目的，需要利用BIM強大的數(shù)據(jù)管理能力實現(xiàn)建造，具體如下：

（1）BIM模型能提取和管理成千上萬的非標準單元幕墻的設計數(shù)據(jù)，包括面板、

龍骨及連接件的幾何、材料、建造信息，龐大的數(shù)據(jù)呈指數(shù)增長。

（2）BIM模型中得到單元板塊的安裝坐標（圖11）。

數(shù)據(jù)提取的過程是通過計算機程序按照上一小節(jié)所描述的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)遍歷所有的“產(chǎn)品”和“零件”（圖12），讀取參數(shù)后按規(guī)定的格式填寫數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)提取生成數(shù)字料單是組成幕墻企業(yè)ERP系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)。

1.2.5 數(shù)據(jù)料單

與普通幕墻生產(chǎn)相比，復雜幕墻單元的型材長短不一、面板呈非標準幾何形狀，給構(gòu)件加工和管理帶來困難，導致成本上升，以傳統(tǒng)的流程需要增加5%以上的額外非標準產(chǎn)生的成本，且時間上無法保證。BIM的工作模式改變了這一流程：首先在建模的時候?qū)Α坝脩糇远x特征”中的單元面板、龍骨框架、非常規(guī)型材這類構(gòu)件依據(jù)數(shù)據(jù)規(guī)劃進行唯一的編碼2，計算機根據(jù)幾何條件自動計算輸入?yún)?shù)，裝配出整體建筑的幕墻模型，而后通過程序提取數(shù)據(jù)產(chǎn)生料單。料單中對每根構(gòu)件都有唯一的編號，通過編號下放材料加工、管理材料堆放，按標準單元模板圖（圖13）快速拼裝單元。根據(jù)型材幾何特點，與下游材料供應商溝通，以數(shù)據(jù)表（圖14）、CAD文件、三維模型的形式下發(fā)生產(chǎn)料單。料單中的編號在材料出廠時要求廠家寫在面板背面，這兩年大型企業(yè)已經(jīng)開始用條形碼、二位碼等標識單元（圖15）。這樣有利于材料進場時就近碼放，安裝前按排版圖順序擺放在地面上，對進場材料進行驗收，也有利于安裝時對號就位。

1.3 可視化

為了能夠?qū)I(yè)設計及工序用可視化的方式表達出來，BIM無疑是最好的選擇，基于BIM技術(shù)的三維虛擬設計環(huán)境將設計信息、模擬信息快速地傳遞給項目協(xié)作伙伴，給設計協(xié)調(diào)帶來了巨大的好處。幕墻BIM對可視化的需求主要是節(jié)點研究和施工工序模擬，幾乎所有的設計意圖（節(jié)點設計）都可以通過三維模型進行協(xié)調(diào)（圖16），施工過程可以通過仿真模擬工序，實現(xiàn)了所見即所得，減少了設計返工帶來的經(jīng)濟損失。按SOHO中國潘石屹先生的話說就是：在蓋樓之前先在計算機里蓋一遍，把問題消滅在計算機里。SOHO中國設計管理有一條要求：在設計例會、交底會、供應商的技術(shù)討論會上，以模型作參照，改“看圖說話”為“看模型說話”。我想這是對BIM可視化應用最友好的評價。

1.4 造價估算

對曲面幕墻的造價評估我更愿意和軟件開發(fā)領(lǐng)域里的一個名詞“迭代開發(fā)模型”聯(lián)系在一起，和直上直下的建筑幕墻比起來，曲面異形幕墻造價存在更多的不確定性，幕墻形體的調(diào)整必然影響到項目的規(guī)劃數(shù)據(jù)、成本、施工等一系列因素的變化，BIM將關(guān)聯(lián)這些因素，形成一個動態(tài)更新的數(shù)據(jù)模型。迭代設計對原有的幕墻曲面BIM模型實現(xiàn)了持續(xù)的改進優(yōu)化，目標一小步、實現(xiàn)一小步進行迭代循環(huán)，迭代的目標是為了及時處理問題、降低成本。ZAHA設計團隊從方案設計開始一直駐場到項目竣工，無不說明了這種設計方法的優(yōu)越性，在這過程中不斷地對建筑形體進行調(diào)整，BIM模型可以通過程序即時、快速地提取數(shù)據(jù)，評估造價。

幕墻的造價計算原則很簡單，即按展開表面積計算，對于形體簡單的幕墻通常是規(guī)則多邊形面積的總和。然而異形幕墻由于有大量異形板片的存在，傳統(tǒng)的通過在CAD里測量長度乘以高度的計算方法已不適用。首先必須編寫計算機程序，通過幾何規(guī)則識別板片，主要的目的是區(qū)分出平板、單曲、雙曲，然后對這些離散的板片進行歸類（圖17），需要對曲面板展開后計算表面積，最后通過計算機程序進行自動匯總，這種統(tǒng)計模式非?？焖?、準確。

除了幕墻面板外，面板背后的型材也是造價估算的重要部分，用手工和2D軟件的辦法很難精細化管理造價，控制型材對整體幕墻造價的影響，BIM的方式則可以準確地計算標準型材和非標型材的用量。

1.5 專業(yè)協(xié)調(diào)

BIM的工作模式是將眾多的設計數(shù)據(jù)集成于一個模型中，按項目節(jié)點定義版本，更新模型數(shù)據(jù)，其本質(zhì)應該是一個動態(tài)的構(gòu)建模型/數(shù)據(jù)庫的過程。專業(yè)協(xié)調(diào)是BIM的基礎(chǔ)應用和核心功能，從軟件的操作上可以簡單地理解為將各專業(yè)模型匯總后做碰撞檢測。

建筑工程的建設周期是一個復雜的過程，中間發(fā)生大量設計協(xié)調(diào)以及由此產(chǎn)生的過程數(shù)據(jù)，可視化的方式讓項目管理者對設計問題一覽無余。

幕墻工程的工序是在具備完整的主體結(jié)構(gòu)后開始施工，可與機電工程并行施工。幕墻與其他各專業(yè)在空間占位上聯(lián)系緊密，按潘石屹先生的話說就是包包子的皮，不要出現(xiàn)餡太大而皮包不住的情況。復雜幕墻系統(tǒng)通過BIM加強了如下空間占位管理：

（1）幕墻通過土建板邊將荷載傳遞到主體，BIM可以檢查結(jié)構(gòu)邊梁尺寸及幕墻預埋件位置，避免后期幕墻安裝時與主體結(jié)構(gòu)發(fā)生碰撞。

（2）BIM能處理好幕墻與精裝的空位關(guān)系問題，如二次隔墻與幕墻龍骨的對位關(guān)系、幕墻開啟扇與房間的位置關(guān)系等。

（3）幕墻與機電專業(yè)協(xié)調(diào)，如在施工圖設計時樓體泛光照明系統(tǒng)方案無法完善，其線路與燈具的布局就需要與幕墻在施工二次深化設計時進行協(xié)調(diào)；屋頂機電設備布置密集與幕墻專業(yè)需要大量的協(xié)調(diào)工作等。

（4）幕墻與標識的專業(yè)協(xié)調(diào)，如主體建筑LOGO、燈箱廣告與幕墻的關(guān)系（圖18）。

（5）幕墻與景觀的專業(yè)協(xié)調(diào)，如幕墻與景觀地面的交接。項目的實施過程中出現(xiàn)了設計“不一致”問題或者施工過程中產(chǎn)生新的空間占位問題，協(xié)作方通過開協(xié)調(diào)會，提出解決辦法，出具變更，這是傳統(tǒng)的做法。然而BIM模型可以真實地還原物理空間，在計算機里處理設計階段的碰撞問題，項目合作各方進行討論協(xié)調(diào)，使這些問題更早暴露，并在早期解決。

2 實踐

2.1 銀河SOHO

銀河SOHO的建筑設計者是扎哈?哈迪德（Zaha Hadid），項目總建筑面積32萬m2 ，其中幕墻面積16萬m2 。在建筑設計策略上，四棟單體通過連橋整合營造出一個壯觀的整體，整個建筑平面近似于橢圓，平面弧度均不相同，創(chuàng)造出豐富而流動的空間景致和室外平臺，變化的樓層及平臺將各個空間有機地組合在一起。（此項目概況信息來自SOHO中國，幕墻BIM團隊主要成員為郭巍、薛丙）

2.2 望京SOHO

望京SOHO是由扎哈·哈迪德?lián)V總設計師，總建筑面積521 265m 2 ，由三棟集辦公和商業(yè)一體的高層建筑和三棟低層商業(yè)組成，最高一棟高度達200m，猶如三座外部被閃爍的鋁板和玻璃覆蓋的相互掩映的山峰，其獨特的曲面造型使建筑物在任何角度都呈現(xiàn)出動態(tài)、優(yōu)雅的美感。（此項目概況信息來自SOHO中國，幕墻BIM團隊主要成員為王斌（?。⑼跣?、岳磊）

2.3 凌空SOHO

凌空SOHO是由扎哈?哈迪德?lián)V總建筑設計師，十二棟建筑被十六條空中連橋連接成一個空間網(wǎng)絡，多個樓層彼此互通，震撼的流線型外觀、動感十足的曲線造型、流動而豐富的空間變化將商業(yè)、辦公融為一體。建成后總建筑面積約35萬m2 。

2.4 大同博物館

大同博物館由中國建筑設計研究院的崔愷院士擔綱總建筑設計師，總建筑面積約6萬m2 ，兩個弧形的形體圍繞著中央大廳以螺旋結(jié)構(gòu)盤旋生成，形成從地面生長的姿態(tài)。采用火燒面和水洗面工藝，形成淺灰和深灰兩種色彩和質(zhì)感的石材表面，并通過由淺到深的過渡控制與隨機搭配，產(chǎn)生建筑表面豐富的質(zhì)感變化。

3 未來

BIM將直接促使建筑行業(yè)各個領(lǐng)域的變革和發(fā)展，顛覆傳統(tǒng)幕墻行業(yè)的思維模式，改變現(xiàn)有的流程產(chǎn)生模式。我們期待出現(xiàn)新的生產(chǎn)方式和行業(yè)規(guī)則。