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幕墻人必備知識,基于 BIM 技術的幕墻設計特點

發表時間:2019-05-03    來源:不詳    瀏覽次數:249

一、參數化設計

    BIM 參數化設計是把幕墻設計的全要素都變成某個函數的變量,通過改變函數,或者說改變算法,驅動幕墻形體改變從而獲得不同的建筑設計方案。

    幕墻設計作為一門建筑藝術,從根本上來講,具有反對邏輯的基因。美學理論也曾講過There is no debate for taste, 遵循固化思維將找不到藝術的殿堂。但參數化設計同傳統的建筑設計并不矛盾, 參數化設計是面向未來的, 其生成的許多形式, 是無法預想到的,反而可以作為設計師的一個具有啟發性的工具。

    BIM 的參數化設計將建筑幕墻構件的各種真實屬性通過參數的形式進行模擬和計算,并進行相關數據統計。在建筑信息模型中,建筑幕墻構件并不僅僅是一個虛擬的幾何構件,而且還附加了除幾何形狀以外的一些非幾何屬性, 如構件的材料、 材料的熱工性能、 構件的造價、采購信息、 重量、安裝編號等。 BIM參數化設計的意義在于可以針對不同的設計參數,快速進行造型、布局、節能、經濟、疏散等的各種計算和統計分析,優先采取最合適的設計方案。這是 BIM 的參數化設計與一般只能實現幾何造型的參數化設計不同之處(圖3)。

    值得一提的是,參數化和參數化設計的概念并不相同。參數化是指 BIM軟件的建模能力,其是實現參數化設計的重要保證。適用于幕墻設計的 BIM 軟件,首先應該能夠提供 “精準”的BIM 建模能力, 以保證諸如圓型開洞、 折彎件等小型 BIM 構件的建模精度在工廠加工。

    可允許的誤差范圍之內。美國建筑師學會( AIA - American Institute of Architects )使用模型詳細等級( LOD - Level of Detail )來定義 BIM 模型中的建筑構件的精度, BIM構件的詳細等級可以隨著項目的發展從近似的模型逐步演變到建成后的精確的模型, 模型精度從粗到細,依次為: LOD100. Conceptual 概念化模型; LOD 200. Approximate geometry 近似構件(方案及擴初) ;LOD 300. Precise geometry 精確構件(施工圖及深化施工圖) ;LOD400.Fabrication 加工模型 LOD 500. As-built 竣工模型。一般建筑設計只要達到LOD100~LOD300的模型精度即可完成設計交付,但對于幕墻設計,為了保證幕墻的設計交付模型能夠在后續的工廠加工得到應用, BIM軟件的建模能力應達到 LOD400的標準,這并不是任何一個 BIM 軟件都具備的參數化建模能力。

二、基于知識的可視化設計

    基于 BIM技術的三維虛擬設計環境將設計信息、 模擬信息快速地傳遞給項目協作伙伴,提高了協作方的溝通效率, 實現了所見即所得, 減少了因設計返工帶來的經濟損失。 可視化可用于諸如幕墻邊角、洞口、交界處、梁底收邊等細部構造節點的設計交底,此外,通過可視化的展示,可以快速發現各專業之間的矛盾,有助于提高設計的質量。

    BIM 的可視化是通過實體構件的信息自動生成的(圖 4)。我們可以自動生成幕墻模型多個視角的剖面圖、軸側圖來傳遞信息,這種“立體墻身”中的構件之間具有關聯性、反饋8性。當幕墻工程師修改了某個構件, 與該構件相關的所有視圖將自動更新, 我們不再需要去分別修改平、立、剖。 BIM的這種“關聯”可視化特性,不但提高溝通效率,而且提高了設計工程師的工作效率,解決了長期以來圖紙之間的錯、漏、缺問題。

 三、“自頂向下”的設計

    幕墻從概念設計、深化做造型設計、工廠加工到最后的安裝,涉及的環節非常多,跨越了建筑和機械加工兩個領域,數據往往不能順利銜接,出現數據鏈條斷裂的情況。基于BIM的深化設計強調數據鏈條的可繼承性,以 BIM模型為載體,采用“自頂而下”的設計思想,不但可以精準獲取上游的曲面造型數據,而且可以精準的配合加工生產。“自頂而下”的 BIM 設計,首先在設計的頂層構筑一個“頂層基本骨架” (Top BasicSkeleton ),隨后的設計過程基本在該“頂層基本骨架”的基礎上進行復制、修改、細化,最終完成深化設計的過程。例如項目的整個幕墻工程是最頂級的“頂層基本骨架” ,然后按照塔樓、樓層以及部位可以分拆為多個層次的“頂層基本骨架” ,各個“頂層基本骨架”能夠表現該部位幕墻的幾何形狀和空間位置, 能夠反映同其他 “頂層基本骨架” 的幾何約束關系。由此,幕墻“自頂而下”深化設計展開的核心是“頂層基本骨架” ,也是多個幕墻構件之間相互聯系的中間橋梁和紐帶。BIM 軟件的參數化建模能力是“自頂而下”深化設計得以順利實現的基礎。基于 BIM的參數化建模, 可以通過參數驅動設計結果的自動修改。 參數與模型的控制尺寸有明顯的對應關系, 并且具有全局相關性, 從而使得模型數據的改變在不同層次之間的傳遞變得唯一并即時。基于 BIM 的“自頂而下”設計主要有兩個特點:

    幕墻的幾何造型可以方便地轉化成具有真實屬性的建筑構件。 當我們改變參數使得幾何形體發生變化的同時, 建筑構件也相應同步變化, 這就使視覺形體與真實的幕墻構件關聯起來,視覺模型也就轉化為真正的“信息模型” 。例如金屬幕墻的深化設計,基于 BIM 技術能夠按照建筑師的要求生成大型復雜曲面并方便地進行曲面表皮分隔, 把造型分割成小塊的、適合批量生產的、 工藝簡單的、 材料節省的曲面面板, 然后通過鈑金展開成平面尺寸的圖紙進行誤差較小或者無誤差的切割下料。 而且, 基于這些具有真實屬性的建筑構件, 可以幫助企業逐步豐富和完善其參數化幕墻構件庫,有利于企業知識的積累和重用。


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