BIM幕墙对改革及变化_图文.doc
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1、BIM 给幕墙设计带来的技术变革目 录一、引言 . . 1二、幕墙行业发展概述 . . 11、 行业发展现状以及前景 . . 12、 行业发展中的挑战分析 . . 3项目管理模式的弊端 . . 3设计到制造的数据断裂 . . 3复杂幕墙的生产安装需求 . . 4三、 BIM 给幕墙设计带来的变革 . 4 1、信息技术对幕墙设计的推动作用 . . 4 CAD 与 VR . 4 VDC 与 BIM . 5 2、基于 BIM 技术的幕墙设计特点 . 6参数化设计 . . 6基于知识的可视化设计 . . 7“自顶向下”的设计 . . 8自动的专业纠错 . . 9 3、基于 BIM 的设计对后续流程的改
2、变 . 10 模型化设计交付 . . 10 虚拟装配 . . 10 四、 BIM 在幕墙设计领域的应用实例 . 11 凤凰国际传媒中心项目 . . 11 the Barclays Center案例 . 12 五、展望 . . 13 三维打印技术 . . 14 云技术 . . 14 BLM . 14 2015.04.24 BIM设计研究中心 王升1一、引言随着建筑行业技术的日益进步和人们对可持续性建筑的不断追求, BIM 已成为建筑行 业热烈讨论和探索的新课题。凭借其可视、协调、模拟、优化以及可出图的优势, BIM 已在 欧美国家引发了工程建设领域的巨大产业变革, 并在亚洲国家开始广泛普及。 美
3、国英国新加 坡韩国日本等国家皆发布了 BIM 应用指导标准以用来指导本国 BIM 的应用和发展。 在上海中 心(建筑高度 632米,世界第二高楼 、上海迪斯尼项目(美国 AIA 2014 BIM 应用大奖以 及东京天空塔(高度 634米,世界第一高塔等多个复杂项目的建设过程中, BIM 已经发挥 了巨大的作用。建筑幕墙是建筑的外衣,其将建筑美学、建筑功能、建筑节能和建筑结构等因素有机 地统一起来。如今,各种材料、结构形式的幕墙已遍布全球,幕墙建筑已成为气派、高雅、 具有时代感的代名词并且成为现代化大都市的重要标志与显著特征。幕墙虽然依附于建筑业,但它具有天生的机械制造工业基因,是建筑业中专业交
4、叉最 多的分支。 幕墙在设计制造安装过程中多专业深度交叉的特点、 建筑师们对艺术孜孜不倦的 追求以及大量城市综合体和超高层建筑的不断涌现, 这些都给幕墙技术提供了极大的发挥空 间。 而 BIM 的出现给幕墙技术的发展带来了良好的机遇。 本文将重点分析 BIM 在幕墙设计环 节的应用, 探讨其优势以及不足, 进而展望 BIM 带给幕墙设计制作安装整个产业链的技术变 革。二、幕墙行业发展概述 第一个采用玻璃幕墙的建筑是 1851年英国伦敦工业博览会的水晶宫 (Crystal Palace (图 1 。此届世博会的陈列采用了花房式框架玻璃结构设计样式,不但使水晶宫本身成为 了首届世博会最辉煌的展品,
5、而且开创了幕墙设计的先河。12(a 水晶宫外观 (b 水晶宫内景图 1. 英国伦敦工业博览会水晶宫 经过近百年的发展,幕墙的种类已从简单的明框玻璃幕墙,发展到了隐框、半隐框、全玻璃幕墙和各种金属板、 石材及各种人造板材幕墙, 幕墙的结构也已从简单的框架式发展 到了现在的单元式、 点支式、 双层通风式、 膜结构式等, 而更为节能的生态幕墙、 光电幕墙、 智能幕墙也正在兴起, 建筑幕墙的技术水平可谓是迅猛增长。 幕墙技术的进步解放了建筑师 的思维,使得建筑幕墙的设计从单一化、简单化向多元化、复杂化、现代化发展。建筑幕墙市场主要由全球经济及建筑行业的发展所带动。 全球经济增长促进了固定资产的投资,
6、而各种公共设施、 商业楼宇及高端住宅的建设需求为全球建筑幕墙市场的增长提 供了基础。从全球幕墙市场的分布来看,美国和欧洲仍然占据主导, 2009年两者的市场总 额占据了全球市场份额的 50%左右。同时,以中国、印度等为代表的新兴国家正成为幕墙行 业快速增长的地区(图 2 。据统计, 中国 200米以上建筑数量占全球的 48.5%,是在建和拟 建超高层建筑最多的国家。未来大量开工的项目将为幕墙行业提供巨大需求。图 2. 2009年全球幕墙市场分布情况 我们可以预测欧洲及美国在未来幕墙产品的设计及应用上仍将继续领跑,亚洲(尤其中国 及中东等地的发展中国家预期将会成为全球建筑幕墙新产品及应用需求的主
7、战场和驱 动力。 传统的建筑业存在严重的产能浪费现象。造成浪费的原因包括建筑材料使用率低、工 程返工以及人员窝工等诸多因素。 据统计在建设过程中, 各种资源的浪费竟高达建设项目总 投入的 25%,其中很大一部分浪费便源自建筑幕墙的设计制作安装过程。为了实现幕墙行业 的可持续健康发展, 我们需要从幕墙全生命周期的视角分析浪费产生的根源, 审视幕墙行业 发展过程中面临的挑战,把握行业发展的先机。项目管理模式的弊端幕墙工程(尤其复杂幕墙属于专业性强的工程分项,既要求美观,又涉及功能且投 资额较大, 因此幕墙设计同建筑的结构设计、 水暖设计、 机电设计一样, 需要进行专项设计。 在幕墙设计只由主体设计
8、单位和幕墙公司共同完成的设计管理模式下, 普遍存在主体设计单 位的设计深度不够的现象, 而幕墙公司往往追求利益最大化, 其设计人员修改幕墙系统, 变 更立面分隔效果, 更换材料, 一则导致幕墙的最终设计成果不能体现幕墙技术的进步, 幕墙 新技术新产品的应用与研发失去动力; 二则导致设计方案不满足建筑效果要求, 频繁进行设 计变更,造成资源的浪费,使得投资不可控。为了幕墙设计与建筑主体设计的紧密配合,独立第三方的幕墙顾问角色凸显重要。在 建筑方案投标阶段,建筑师在进行方案设计的构思时询幕墙顾问的意见, 以达到可实施的 最佳的建筑外观设计效果; 在建筑设计深化阶段, 由幕墙顾问确定幕墙应采用的体系
9、、 预留 的空间等, 提供较完善的幕墙设计方案图用于幕墙施工的招标; 幕墙施工单位完全服从幕墙 顾问的设计要求,只完成施工图设计与加工图设计。设计到制造的数据断裂与传统建筑业相比,幕墙工程大多采取工厂定制的生产方式,是建筑和工业制造紧密 结合的行业。 我们希望复杂幕墙的精确三维模型以及二维 CAD 图纸能够完整地传递到工厂的 数控切割机中。 但由于缺乏跨行业的相关标准规范, 幕墙设计到制造过程中的数据链条断裂, 3导致幕墙行业的协同困难效率低下,严重影响了幕墙行业的工业化进程。此外, 许多 BIM 软件的构件参数化建模精度有限, BIM 模型无法直接用于工业化加工。 建筑师的 BIM 模型一旦
10、发生变更, 幕墙设计师不得不重新进行幕墙深化设计生成新的加工图, 由此引起的误工返工造成了巨大浪费。复杂幕墙的生产安装需求与传统制造业相比,幕墙板块的定制化程度更高,不仅体现在各个项目的设计不同, 甚至有时在一个项目中的幕墙面板也各不相同,需要灵活、快速的按需生产。随着新材料、 新技术的出现以及人类对建筑外观的不断追求, 使得幕墙的尺寸越来越大, 形状也日益复杂, 随之而来的便是现场安装的困难升级。 如果交货顺序和安装过程管理不善, 混淆幕墙板块的 安装位置,就可能造成工期延误和资源的浪费。遗憾的是,当今大多 BIM 模型中的信息无法实现幕墙深化设计图纸数据、详细节点加 工工艺数据和现场安装定
11、位数据的无缝衔接, 无法实现机械行业所倡导的加工无图纸化、 模 型驱动加工设计的理念。 我们需要一个精准的数据整合环境, 将幕墙的建筑设计、 详细节点 设计以及现场安装融合为一体, 用于幕墙表皮的生产、定位、 检测、 造价估算以及风险管控 等一系列管理活动。三、 BIM 给幕墙设计带来的变革 为了达到建筑节能、绿色、可持续发展的要求 , 同时应对日趋严重的建筑人员紧缺和 成本的刚性上升 , 实现建筑幕墙工业化是建筑幕墙行业发展的趋势之一。建筑幕墙工业化离 不开产业信息化的带动,同时通过工业化水平的提升能进一步促进信息化的发展。CAD 与 VR上个世纪 CAD 的出现,使得工程师们从手工绘图转向
12、电子绘图,改变了传统的设计方 法, 是建筑幕墙工程设计领域第一次革命。 为了管理这些 CAD 数据, 信息技术的发展也经历 了从 CAD 文件管理、 CAD 数据库管理,到现在的产品数据管理(Product data Management , 4PDM 三个阶段的演变。其中, PDM 能够提供幕墙设计的协作环境,实现共享的集成化工作 模式, 设计人员在同一个数据库上工作, 减少了不必要的条件传递和确认, 信息资源得到了 充分共享。三维建模以及虚拟仿真(Virtual Reality技术的快速发展,提高了幕墙设计过程 中多参与方之间的沟通效率。 三维模型直观的表现形式, 可用来帮助建筑师和幕墙设
13、计师在 整个设计过程中全方位地进行意图沟通, 推敲设计的体量、造型、 立面和外部空间。但是上 述幕墙表面模型内无法再承载更多的设计信息用于建造安装。 设计信息除了幕墙的几何尺寸、 所用的材料,还包括幕墙的抗风压强度、抗震、气密、水密、变形、施工工艺、传热系数等 多种信息。 如果不确定这些信息, 那么建筑概预算、 下料加工以及现场安装等很多后续的工 作就无法有效地进行。VDC 与 BIM行业需求推动了三维几何建模技术、虚拟仿真技术以及 BLM 技术的不断融合,向综合 性应用方向发展。虚拟设计和施工 (Vitual Design and Construction,VDC 是近年来又一个 在工程建设
14、行业中流行起来的概念, 利用项目建设过程中由设计、 施工、 运维团队提供的多 个学科的参数模型, 整合建筑设施信息、 建造流程以及管理组织, 以保证项目综合管理目标 的实现。 如果 VDC 管理理念能够落地, 我们就能够在方案设计到预制乃至下游过程中捕捉和 重复使用数据, 并把数据用于概念设计到模块化结构再到预制构件的全过程, 那么我们就有 机会实现“建筑工业化” 。BIM 是可使 VDC 理念落地的核心技术之一。 BIM 技术与幕墙业务的工业化逻辑高度契 合,借助 BIM 模型这一建筑信息载体,不但可以进行幕墙的可视化设计、多专业整合纠错、 板块优化分析、 型材算量, 而且可以突破传统建筑业
15、以蓝图作为设计交付的模式, 直接由设 计模型生成面板加工图纸和提取构件加工数据, 使得幕墙单元无纸化设计、 工厂化加工成为 可能。 BIM 技术已经成为实现幕墙行业工业化发展的必然选择。 参数化设计BIM 参数化设计是把幕墙设计的全要素都变成某个函数的变量,通过改变函数,或者 说改变算法,驱动幕墙形体改变从而获得不同的建筑设计方案。幕墙设计作为一门建筑艺术,从根本上来讲,具有反对逻辑的基因。美学理论也曾讲 过, There is no debate for taste, 遵循固化思维将找不到艺术的殿堂。但参数化设计同 传统的建筑设计并不矛盾, 参数化设计是面向未来的, 其生成的许多形式, 是无
16、法预想到的, 反而可以作为设计师的一个具有启发性的工具。BIM 的参数化设计将建筑幕墙构件的各种真实属性通过参数的形式进行模拟和计算, 并进行相关数据统计。在建筑信息模型中,建筑幕墙构件并不仅仅是一个虚拟的几何构件, 而且还附加了除几何形状以外的一些非几何属性, 如构件的材料、 材料的热工性能、 构件的 造价、 采购信息、 重量、 安装编号等。 BIM 参数化设计的意义在于可以针对不同的设计参数, 快速进行造型、布局、节能、经济、疏散等的各种计算和统计分析,优先采取最合适的设计 方案。这是 BIM 的参数化设计与一般只能实现几何造型的参数化设计不同之处(图 3 。 图 3. 凌空 SOHO 模
17、型(文献 2值得一提的是,参数化和参数化设计的概念并不相同。参数化是指 BIM 软件的建模能 力,其是实现参数化设计的重要保证。适用于幕墙设计的 BIM 软件,首先应该能够提供 “精 准” 的 BIM 建模能力, 以保证诸如圆型开洞、 折弯件等小型 BIM构件的建模精度在工厂加工可允许的误差范围之内。美国建筑师学会(AIA - American Institute of Architects使 用模型详细等级(LOD - Level of Detail来定义 BIM 模型中的建筑构件的精度, BIM 构 件的详细等级可以随着项目的发展从近似的模型逐步演变到建成后的精确的模型, 模型精度 从粗到
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