1 前言
近年來，BIM技術已廣泛應用于建筑行業的各個專業中，如建筑、結構、水電管線、建筑節能、工程施工、運營維護等等，發揮著越來越大的管理作用。
作為建筑行業的重要一環，建筑幕墻行業也開始逐漸將BIM技術應用于幕墻工程中，特別是幕墻方案投標階段，如建立三維模型、進行碰撞分析、施工模擬管理等，但應用于幕墻工程的設計下料階段的很少。本文闡述了BIM技術如何應用于幕墻工程，自動生成幕墻工程的設計下料，從而極大地提高了設計效率，減少設計失誤。通過本文的介紹，希望對從事幕墻行業的人士有所幫助。
2 幕墻常用BIM軟件
市場上常用的BIM軟件按廠家分主要有四大公司：美國歐特克(Autodesk)公司、美國賓利(Bentley)公司、法國達索(Dassault)公司和匈牙利圖軟(Graphsoft)公司。
而按BIM軟件的功能可分為三維建模軟件、機械設計軟件、施工管理軟件等，其中三維建模軟件主要有歐特克公司的Revit、達索公司的Catia和圖軟公司的Archi;機械設計軟件主要有達索公司的Catia和Solidworks、德國Siemens公司的UG、美國PTC公司的ProE、美國CNC公司的Mastercam以及歐特克公司的Inventor;施工管理軟件主要有歐特克公司的 NavisWorks、賓利公司的 ProjectWise和達索公司的Delmia。
目前，幕墻行業常用的BIM軟件詳見表1，它們主要被應用于幕墻工程的招投標階段、施工圖過程中的三維建模和幕墻工程施工管理階段。然而，在設計下料階段，僅有為數不多的幕墻公司采用專業的機械設計軟件進行幕墻設計，使得BIM技術在建筑幕墻行業中的作用沒有得到充分發揮。
3 BIM如何應用于建筑幕墻的設計下料
建筑幕墻設計主要包括三個階段：方案投標設計、施工圖設計(含深化設計)以及設計下料。其中，方案投標設計人員數量一般占幕墻設計總人數的10~15%，施工圖設計人員一般占幕墻設計總人數的20~25%，而設計下料人員一般占幕墻設計總人數的60~70%，也就是說六成以上的幕墻設計人員每天都在做重復性的、易出錯的設計工作，工作壓力大，責任重，容易產生厭煩情緒。
另外，幕墻行業里歷年來通常都是采用AutoCAD二維平面設計軟件進行全過程設計，包括設標階段的方案圖、施工階段的施工圖設計、設計下料階段的零部件加工等，如普通框架（詞條“框架”由行業大百科提供）式幕墻、單元式幕墻的設計。當遇到三維異形幕墻(屋面)時，通常采用犀牛(Rhino)進行三維建模，再導入Autocad中通過LSP進行二次編程開發，手動生成幕墻設計數據，達到三維異形幕墻(屋面)設計下料的目的。此法不但設計效率很低，容易產生設計失誤，而且可能嚴重影響幕墻工程進度甚至成本控制。
如果采用BIM技術應用于建筑幕墻的設計下料，可以極大的提高設計效率，降低設計成本和設計失誤，那么，BIM技術如何才能應用于建筑幕墻的設計下料呢?
3.1 技術路線
首先，根據建筑師提供的幕墻分格圖或建筑三維表皮模型，建立建筑幕墻的三維模型，可采用BIM三維建模軟件，如Revit、Catia、Archi等;其次，將幕墻參數化信息模塊導入幕墻三維模型中，自動生成幕墻材料訂購表或下料單(亦稱提料單);最后，通過BIM的機械設計軟件與三維模型軟件進行關聯，自動生成幕墻材料下料單及加工工藝圖。
3.2 基于BIM技術的幕墻設計下料全過程
下面主要通過美國歐特克(Autodesk)公司的BIM相關軟件進行說明，三維建模軟件采用最常用的Revit，機械設計軟件采用Inventor。
1) 首先，建立建筑幕墻標準族庫，如立柱、橫梁、標準單元板塊等，并將幕墻常用的變量賦予參數化設計，如立柱的截面（詞條“截面”由行業大百科提供）寬高度、玻璃厚度、標準單元板塊的寬度和高度、橫梁高度等，參數化設計后，只需通過調整預先設定的設計參數，就能即時改變幕墻系列、規格等，以滿足不同系列、不同幕墻類型的設計下料要求，減少建立標準族庫的工作量;
2) 根據建筑師提供的幕墻分格要求，采用Revit軟件建立幕墻立面分格圖或三維表皮模型;
3) 將幕墻標準族庫導入Revit建立的幕墻立面分格圖或三維表皮模型中，自動生成幕墻三維模型;
4) 通過幕墻三維模型可自動計算生成該幕墻工程所需的幕墻材料，如型材（詞條“型材”由行業大百科提供）名稱、長度、面板尺寸、數量等，并可輸出Excel格式幕墻材料訂購表;
5) 將Revit生成的參數化的三維模型與機械設計軟件Inventor 進行關聯，自動生成幕墻板塊部件組裝圖、零件加工工藝圖以及材料下料單等;
6) 最后，將生成的幕墻板塊部件組裝圖、零件加工工藝圖等轉化成Autocad格式的DWG文件或加工中心格式的文件，以方便工廠生產加工使用。
4 基于BIM技術的建筑幕墻設計下料應用示例
經多個幕墻工程模擬測試驗證，基于BIM技術的建筑幕墻設計下料完全可以應用于各種幕墻類型，如普通框架式幕墻、單元式幕墻以及三維造型的異形幕墻等，下面對單元式幕墻和異形幕墻這兩種常用幕墻類型的應用示例進行詳細說明。兩個示例均選用了簡單的幕墻系統設計，以方便表述。
4.1 單元式幕墻設計下料示例
1. 選用標準化的單元式幕墻系統，創建參數化的幕墻單元板塊嵌板族，詳見圖1;
圖1 單元板塊嵌板族
2. 將幕墻單元板塊嵌板族插入到幕墻立面分格中，生成幕墻三維建模圖，詳見圖2;
圖2 單元式幕墻三維建模圖
3. 三維建模軟件將根據預先設定的參數自動生成下料單，包括玻璃訂購表、型材下料單等，詳見圖3和圖4;
圖3 生成玻璃定購表
圖4 生成型材下料單
4. 將三維建模軟件中的參數自動關聯到機械設計軟件后，自動生成幕墻單元板塊的組框圖、型材加工圖等，詳見圖5和圖6，不同的單元板塊加工工藝只需改變板塊編號即可完成;
圖5 自動生成單元板塊組框圖
圖6 自動生成型材加工圖
5. 零、部件加工工藝圖生成CAD格式后輸出存檔。
當單元式幕墻建立了系統標準庫后，單元板塊的設計下料工作變得非常簡單，只需提供幕墻立面分格圖，就能及時輸出標準的CAD格式的加工工藝圖紙。
4.2 異形幕墻(屋面)設計下料示例
一直以來，異形幕墻(屋面)的設計下料是幕墻工程中的難點，板塊分格的不規則、異形、三維定位等特點往往需要耗費大量的人力和物力，假如采用BIM技術，就能夠極大地提高設計和生產的效率，下面對一個異形玻璃采光頂屋面進行示例說明。
異形采光頂屋面分格為三角形分格，玻璃為平面玻璃，與玻璃框鋁型材采用結構膠進行粘接。為方便表述，只建立了簡單的三角形玻璃框標準板塊，三維屋面表皮視圖詳見圖7。
圖7 三角形異形玻璃屋面表皮三維視圖
1. 將創建好的參數化三角玻璃板塊輸入異形屋面分格圖中，自動生成三維屋面系統圖，詳見圖8;
圖8 自動生成三維屋面系統圖
2. 三維建模軟件根據預先設定的參數自動生成下料單，包括玻璃訂購表、型材下料單等，詳見圖9和圖10;
圖9 生成三角形玻璃定購表
圖10 生成玻璃框型下料單
4. 將三維建模軟件中的參數自動關聯到機械設計軟件后，自動生成三角形玻璃框的組框圖、型材加工圖等，詳見圖11和圖12，同樣，不同的三角形玻璃框板塊加工工藝只需改變板塊編號即可完成;
圖11 自動生成三角形玻璃板塊組框圖
圖12 自動生成玻璃框型材加工圖
5. 零、部件加工工藝圖生成CAD格式后輸出存檔。
從三角形玻璃屋面設計下料的示例可以看出，異形幕墻(屋面)的設計下料變得非常簡單、快捷，立等可取。只要參數化模塊和幕墻(屋面)三維模型輸入正確，理論上不可能存在下料錯誤，極大地提高了異形幕墻(屋面)的設計效率，使異形幕墻(屋面)的快速下料變為可能。
5 結束語
通過以上單元式幕墻和異形幕墻的示例可以得出，BIM技術是建筑幕墻設計下料的倍增器。基于BIM技術的建筑幕墻設計下料將原本枯燥無味的幕墻下料工作變得非常簡單、輕松，大大地解放了設計下料人員的工作壓力，極大地提高了建筑幕墻的設計效率，降低了人為設計錯誤，乃至對整個幕墻工程的施工進度和成本控制都將起到非常大的推動作用。
試想一下，當建筑幕墻行業開始大量應用BIM技術進行幕墻設計時，幕墻施工單位在簽訂幕墻工程合同前期，已經能夠迅速、準確地計算出幕墻工程的材料成本，只需將報價的重點放在人工費、施工措施費等費用測算上面，便能準確完成整個幕墻工程的報價;或者上午剛剛簽訂幕墻工程合同，下午即可制定完成幕墻主材的訂購計劃;或者可以考慮大幅減少幕墻設計師的人數;或者建設單位也能較全面地了解幕墻設計和成本等等。
綜上所述，基于BIM技術的建筑幕墻設計如果是一場革命，會革誰的命?
[參考文獻]
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[3] 廖小烽 王君峰編著. Revit 2013/2014建筑設計. 北京：人民郵電出版社，2013.
