本篇文章內(nèi)容由[中國幕墻網(wǎng)ALwindoor.com]編輯部整理發(fā)布：
摘 要：隨著科技的不斷進步，生產(chǎn)力水平的不斷提高，加工制造業(yè)的飛速發(fā)展，激發(fā)了人們對美好生活的更高追求，人們已不再拘泥于對傳統(tǒng)思維的認知，希望通過更先進的技術挑戰(zhàn)創(chuàng)造的極限。于是，在全球各大城市極富想象力與視覺沖擊力的不規(guī)則曲面建筑層出不窮，宛如城市的藝術品，影響著我們的生活。如何通過先進的技術去打造他們，是一項至關重要的任務。對于不規(guī)則異形曲面建筑外裝飾構件的實施，BIM的應用能夠有效解決因復雜的建筑外形造成的實施過程中產(chǎn)生的相關難題，特別是在當今建筑業(yè)飛速發(fā)展的環(huán)境下，其應用顯得尤為重要。
關鍵詞：BIM、異形曲面、曲率分析、優(yōu)化設計、曲面擬合、樣條曲線、碰撞檢測、模擬安裝
一、概述
本文主要結合北京望京SOHO不規(guī)則異形曲面雨篷設計的這個典型案例，對BIM技術在建筑外裝飾幕墻設計方面的應用作了簡要的分析。重點介紹了BIM在異形曲面建筑裝飾構件設計實施一體化應用的思路及方法。對復雜建筑構件的實施起到拋磚引玉的作用。
二、不規(guī)則異形曲面建筑外裝飾構件的設計思路及方法
1、分析建筑體型——把握特點、重點、難點;
項目簡介：望京SOHO是由國際著名建筑師Zaha Hadid設計的商業(yè)寫字樓。項目整體造型是由三座山峰狀的復雜空間幾何體的塔樓構成，俯視鳥瞰效果又似三條游動的魚。
(圖一、整體效果圖)
(圖二、整體俯視效果圖)
建筑整體外立面呈現(xiàn)的均為復雜變化的曲面，造型非常豐富，視覺沖擊力極強。而本項目的一大亮點就是曲面鋁板，所有復雜曲面造型均是以曲面鋁板面材來實現(xiàn)。尤其是位于塔樓二層的入口及商業(yè)店面處不規(guī)則異型挑檐雨篷，與主樓采用了相同的建筑表達語言，對建筑整體起到了錦上添花的作用。
(圖三、望京SOHO整體BIM模型截圖)
(圖四、望京SOHO雨篷BIM模型截圖)
(圖五、望京SOHO T3塔雨篷原始BIM模型截圖)
通過對雨篷模型的分析，雨篷體型呈流體型漸變，最大懸挑距離4170mm,根部高度尺寸為定值1600mm，表皮也為不規(guī)則漸變曲面，特殊的體型使得雨篷的剖面在每個部位都各不相同，如此，雨篷的細部設計采用傳統(tǒng)的二維圖紙根本無法全面表達詳盡，必須借助BIM 參數(shù)化建模來實現(xiàn)。此部位設計的重點是異型曲面表皮的優(yōu)化、擬合，難點在于參數(shù)化模型的建立和構造設計。
2、優(yōu)化異形曲面表皮——通過曲率分析、曲面擬合，使曲面鋁板加工方便可行，更有利于保證加工制作質(zhì)量，保證建筑效果;
首先根據(jù)雨篷模型進行整體曲率分析，有局部鋁板的曲率由上端到下端呈越來越小漸變(顏色藍色曲率為最大，紅色為最小)，即為雙曲面。
(圖六、望京SOHO T3塔二層雨棚鋁板曲率分析局部截圖)
不僅如此，部分曲面邊緣線為樣條曲線，這使得我們無法輸出準確的加工參數(shù)給加工廠指導加工。
(圖七、未擬合雨棚單塊鋁板曲率分布圖)
另外，針對雙曲面的加工，需根據(jù)每塊曲面進行單獨的模具加工，加工工藝復雜，在保證建筑效果的前提下，通過三維擬合成近似單曲，減小了鋁板加工難度，從而能夠更有效的保證加工質(zhì)量。
我們結合曲面曲率漸變的特點對曲面進行處理，曲率大的地方盡量保持原曲面的彎曲度，從原曲面邊線提點優(yōu)先用三點擬合成弧，并將得出的曲面和原始表皮進行比對進行調(diào)整以選出最接近原曲面的結果，曲率小的地方我們根據(jù)擬合得出來的面進行延展并與原曲面比對，以保證整塊鋁板的平滑過渡。
(圖八、擬合后雨棚單塊鋁板曲率分布圖)
我們以曲率小的上下兩端邊線作為直線邊，側邊邊線以一個彎曲度方向掃掠進行重建面，擬合后的曲面幾乎近似單曲，曲率都呈現(xiàn)為零。
(圖九、擬合前后重疊圖 紅色為原曲面，黃色為擬合后曲面)
(圖十、擬合前后重疊圖 紅色為原曲面，黃色為擬合后曲面)
根據(jù)上圖的對比，兩曲面重疊幾乎接近。
對整體擬合后的效果進行查看分析平滑過渡性，兩相鄰分格之間過渡平滑。
(圖十一、擬合后局部分析圖)
上圖我們能看到有白色，黃色，紅色顏色區(qū)分，這是根據(jù)不同段的曲率特點，我們進行了不同半徑的擬合，在模型里，我們把它用圖形集來分類，這樣我們就能直觀的看出每塊曲面的特點，發(fā)給加工廠，他們也能更直觀的進行參數(shù)的輸出。
(圖十二、擬合后的半徑圖形集分類圖)
(圖十三、擬合后單塊曲面參數(shù)分布圖)
由上圖我們可以看到原曲面已由兩小塊單曲面加一塊平面組合，單曲面半徑都為整數(shù)，這樣我們可以直接從模型中生成帶參數(shù)的加工圖，簡化了加工工藝，大大提高的生產(chǎn)效率，更有利于保證加工質(zhì)量和建筑效果。
(圖十四、擬合后相鄰曲面參數(shù)分布圖)
最后，我們得出經(jīng)擬合后的完整表皮模型：
(圖十五、擬合后的雨篷表皮模型)
3、確定節(jié)點構造形式——結構安全合理、安裝方便快捷;
節(jié)點構造的要以表皮分格為基礎進行設計，根據(jù)擬合后的表皮模型進行分格，如下圖：
(圖十六、雨篷表皮分格模型截圖)
根據(jù)分格模型導出分格平面圖，如下圖：
(圖十七、雨篷表皮分格模型截圖)
經(jīng)過模型的剖切可以得到典型部位的節(jié)點剖面，在此剖面基礎上通過節(jié)點構造設計作出雨篷典型部位的節(jié)點圖。
(圖十八、雨篷典型節(jié)點圖)
(圖十九、雨篷典型節(jié)點圖)
進行雨篷的節(jié)點構造設計的主要思路就是通過雨篷的表皮模型向內(nèi)偏移一定值，得到一個包絡曲面，然后再這個曲面以內(nèi)的空間進行雨篷結構的布置。
通過表皮模型分析，根據(jù)區(qū)域劃分，確定各區(qū)域的結構形式。
(圖二十、雨篷鋼架分布圖)
(圖二十一、雨篷鋼架形式圖)
經(jīng)過力學分析計算后，最終確定結構的截面形式和節(jié)點構造。
4、根據(jù)節(jié)點構造進行BIM參數(shù)化建模——模型完整、注重細節(jié);
建立雨篷結構模型：
(圖二十二、雨篷結構整體BIM模型截圖)
(圖二十三、雨篷結構BIM模型局部截圖)
建立雨篷整體構造模型：
(圖二十四、雨篷整體BIM模型截圖)
(圖二十五、雨篷局部BIM模型截圖)
(圖二十六、鋁板安裝構造節(jié)點截圖)
5、BIM模型碰撞檢測、3D模型模擬安裝——找出問題，局部調(diào)整，保證系統(tǒng)構件自身不沖突、與其他專業(yè)不干涉;
將雨篷整體模型建立完成后與主體結構BIM模型進行合模，進行碰撞檢測。
(圖二十七、主體結構BIM模型截圖)
(圖二十八、雨篷整體BIM模型截圖)
(圖二十九、主體結構與雨篷整體合模后的BIM模型截圖)
(圖三十、主體結構與雨篷整體合模碰撞檢測截圖)
(圖三十一、3D模擬安裝截圖)
通過碰撞檢測、3D模擬安裝，確認無誤后方可進行后續(xù)零件圖輸出的工作。
6、BIM模型導出零件圖，用于加工生產(chǎn)。
通過嚴格控制模型設計的各環(huán)節(jié)，使得模型完全還原實施方案。模型完成后，直接通過軟件將零件導出，進行后續(xù)的加工。
(圖三十二、雨篷鋼架模型截圖)
(圖三十三、雨篷鋼架零件截圖)
鋁板的零件輸出也是直接從軟件中將每塊鋁板導出，將鋁板模型發(fā)往鋁板加工廠家，直接輸入數(shù)控加工設備進行面材下料，鋁板背筋及輔助連接件的安裝完全依照模型執(zhí)行。
( 圖三十四、 鋁板零件模型及鋁板二維布筋圖)
待零件加工完成后進行后續(xù)的施工安裝。施工過程及完工后實景照片：
總結：綜上所述，通過BIM技術的應用，我們對不規(guī)則異形曲面建筑外裝飾構件的設計進行了科學有效的實施，使建筑創(chuàng)意得到了完美的展現(xiàn)。同時也希望借此案例，使BIM技術在幕墻行業(yè)內(nèi)得到大力的推廣，使幕墻設計、施工更加科學、高效。
參考文獻
[1]《中國BIM叢書：設計企業(yè)BIM實施標準指南》作者：清華大學課題組 互聯(lián)立方(isBIM)公司BIM課題組
[2]《雙曲面鋁板造型設計及加工的簡化方法與運用》，作者，趙國友，劉朝生。
[3]《板料多點數(shù)字化成形技術現(xiàn)狀》， 吉林大學無模成形技術中心、長春瑞光科技有限公司，李明哲
[4] 《現(xiàn)行建筑材料規(guī)范大全》 中國建筑工業(yè)出版社
