郝玥

（深圳市建筑設(shè)計研究總院有限公司，廣東深圳 518000）

0 引言

幕墻作為建筑外圍護具有重要功效，其可將建筑內(nèi)外環(huán)境隔離。普通幕墻在設(shè)計期間會將關(guān)注重點放在抗風(fēng)壓設(shè)計、變形吸收設(shè)計上，所以無法滿足現(xiàn)代化綠色建筑發(fā)展需求。因此設(shè)計人員要與時俱進的積極拓寬幕墻設(shè)計視野，以BIM 前沿工藝設(shè)計注入為綠色建筑項目綜合性能、空間規(guī)劃優(yōu)化創(chuàng)造有利條件。本文將以深圳某幕墻工程項目為研究對象，重點闡述高品質(zhì)綠色建筑中參數(shù)化幕墻設(shè)計內(nèi)容。

1 工程概況

本項目是深圳某幕墻工程。幕墻工程合同總額高達4.2 億，占地面積近19 萬m2，總建筑面積約為46 萬m2，南北長1000m，東西長約600m，屬“飛魚”異向外形。項目的主樓地下二層、地上四層屬鋼筋混凝土架構(gòu)+鋼結(jié)構(gòu)由主樓和交叉型的指廊聯(lián)結(jié)構(gòu)成。

此航站樓的大廳屋頂屬于自由發(fā)展型曲面，指廊頂部絕大部分為規(guī)則性筒殼，而且在局部筒殼位置存在明顯凹陷，以形成自由形態(tài)的曲面筒殼外形。屋頂?shù)膶嶓w展開面積高達23 萬m2，其中大廳東西長650m，南北寬330m。

因考慮到本工程造型復(fù)雜，屬超大型的異形幕墻工程，而且建筑對光環(huán)境要求較高，僅依據(jù)傳統(tǒng)常規(guī)設(shè)計手段落實幕墻設(shè)計可能無法快速精準解決相關(guān)設(shè)計問題，其最佳效果無法充分發(fā)揮。為深化幕墻設(shè)計成效和高效率糾正誤差，從而產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的綠色建筑立面成效，計劃采用參數(shù)化手段來定位式解決幕墻綠色施工作業(yè)所存在的各類問題。

2 基于參數(shù)化分析的建筑幕墻模型創(chuàng)建

為保障設(shè)計工作正常運轉(zhuǎn)，在采用BIM 技術(shù)實現(xiàn)模型創(chuàng)造期間要有順序制定具體的BIM 模型創(chuàng)建流程，以高效指導(dǎo)BIM 創(chuàng)建工作指導(dǎo)工作有機落實。實操時要依據(jù)工程總進度實現(xiàn)合理編制，并制定建筑BIM設(shè)計進度計劃，在確保節(jié)地與室外環(huán)境、能源利用、水資源利用、材料利用及環(huán)境質(zhì)量指標都順利滿足建造預(yù)期后再搭建較完全的建筑幕墻模型，以為后續(xù)的順利建造提供技術(shù)支持。

2.1 表皮分格劃分

在搭建建筑模型期間，為最大限度貼合幕墻設(shè)計施工要求，本工程計劃采用Rhino 參數(shù)化設(shè)計手段加以落實。以參數(shù)化對立面實現(xiàn)分格劃分，從而有效保障各板塊順利滿足設(shè)計加工需求。同時本工程還針對本建筑物對光環(huán)境需求，在充分分析遮陽百葉特點特征背景下實現(xiàn)了細致化參數(shù)制造。實操時借助BIM 模型對幕墻立面的曲率分析，借助無模多點式成型工藝的介入，對曲率不均勻區(qū)域?qū)崿F(xiàn)重新生成擬合，以保障幕墻造型可實現(xiàn)最佳外立面成效。對龍骨而言，設(shè)計人員計劃借助BIM 模型分析出曲率及弦高，并在嚴格保障視覺效果不受影響背景下依據(jù)曲率不同實現(xiàn)優(yōu)化整合分類。

2.2 幕墻結(jié)構(gòu)模型確定

本幕墻工程屬較大型的曲面環(huán)繞幕墻，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜。為此設(shè)計人員在幕墻方案設(shè)計期間計劃對幕墻系統(tǒng)落實區(qū)域化分解建模，以順利為結(jié)構(gòu)計算提供精密度較高的計算模型，板塊分格透視模型如圖1 所示。為深化整體的模型構(gòu)建成效，設(shè)計人員還同時對受力位置、跨度、受荷跨度等條件實現(xiàn)細致化計算，并對具體結(jié)果落實統(tǒng)計歸類處理，以有效減少結(jié)構(gòu)落實具體工作量，高效率滿足綠色建筑的節(jié)能、節(jié)材需求，從而達到低碳環(huán)保建造目標。

圖1 板塊分格透視模型

3 參數(shù)化幕墻具體設(shè)計

幕墻作為綠色建筑表面，屬建筑美學(xué)最直觀表達，其中蘊含諸多工程信息。幕墻設(shè)計工程與結(jié)構(gòu)、內(nèi)裝等專業(yè)都存在一定交集，隨著綠色建筑形狀的日益多元化，在幕墻設(shè)計之中想要高效率滿足可持續(xù)理念對建筑幕墻所提出的新要求，優(yōu)化建筑物形體、建筑與建筑關(guān)系計算成效，憑借緊扣節(jié)能、環(huán)保、低碳、節(jié)材等綠色建筑重點核心，以參數(shù)化設(shè)計的介入，優(yōu)化綠色建筑設(shè)計成效，幫助設(shè)計人員從海量工作量中解放出來，在優(yōu)化分類整理工作落實成效同時也可快速滿足綠色建筑高星級要求，實現(xiàn)順利降低設(shè)計目標。將以BIM 輕量化、建筑表皮有理化、連接板參數(shù)化、龍骨參數(shù)化設(shè)計為具體切入點，以參數(shù)化設(shè)計的介入強化促進節(jié)能、環(huán)保、低碳、節(jié)材等方面。

3.1 BIM 輕量化

BIM 輕量化是指在項目落實初期集結(jié)建筑表皮、結(jié)構(gòu)、機電專業(yè)優(yōu)勢，在踐行環(huán)保、節(jié)材目標之中可能存在交集部分實現(xiàn)針對性建模處置，并憑借對可能出現(xiàn)頻發(fā)問題部位重點性研究，優(yōu)化整體工作落實成效。這種對普通、較易判斷部位實現(xiàn)針對性建模處置可直觀減少工作繁重量，促使整體幕墻設(shè)計成效顯著提升同時還可高效率達到節(jié)材目標，實現(xiàn)最大化經(jīng)濟收入[1]。

在某幕墻工程之中建筑表皮設(shè)計是借助三維模型的介入生成針對性二維圖紙。但在具體施工圖設(shè)計期間并未落實正向化BIM，這意味著復(fù)雜性建筑表皮極易與結(jié)構(gòu)出現(xiàn)大概率碰撞問題，一旦出現(xiàn)碰撞勢必會致使整體的工程出現(xiàn)返工重組，這與綠色建筑的節(jié)材、環(huán)保目標相違背。因此設(shè)計人員計劃采用有限式碰撞試驗，憑借對建筑表皮及柱體結(jié)構(gòu)之間碰撞，實現(xiàn)思維式逆化建模處置。這種先將結(jié)構(gòu)施工圖紙落實逆向建模處理與正向設(shè)計表皮重疊后再落實碰撞測驗的操作過程收獲效果頗豐。圖2 為幕墻及結(jié)構(gòu)建模落實碰撞檢測的實操圖。實驗結(jié)果表明，此行為可有效避免現(xiàn)場錯誤出現(xiàn)直觀減少物料和人工實踐等損失，為節(jié)材目標的順利落實提供支持。

圖2 幕墻及結(jié)構(gòu)建模碰撞檢測

3.2 建筑表皮結(jié)構(gòu)有理化

豐富多彩的建筑立面表現(xiàn)手段會過多地將關(guān)注重點體現(xiàn)在玻璃面材及金屬面材曲面表達上。在平面設(shè)計之中可依據(jù)兩點確定一條既定直線，并以圓心加半徑途徑確定一整段弧線。但在立面塑造期間，此種原理內(nèi)容卻無法輕易落實，這些簡單變化規(guī)則在立面塑造中極易形成結(jié)構(gòu)較復(fù)雜的曲面及曲線。這些曲面及曲線是無法順利用相關(guān)函數(shù)加以表達的，而且落實具體實踐及安裝期間操作會愈發(fā)困難，并產(chǎn)生極為顯著的高昂工程造價，致使整體的文件成效比預(yù)期存在一定差距同時也嚴重與節(jié)材理念相違背。

如果想要完成優(yōu)化幕墻設(shè)計就要合理將復(fù)雜問題實現(xiàn)簡化處理，并積極對現(xiàn)場誤差以順利完成建筑有理化設(shè)計。以本幕墻工程中的遮陽百葉為例，本項目百葉總長共計15m，總旋轉(zhuǎn)達900°，為優(yōu)化整體的節(jié)材設(shè)計成效，相關(guān)設(shè)計人員依據(jù)有限元分析具體程序，在充分分析荷載值作用背景下借助視覺誤差原理將原設(shè)計實現(xiàn)化，其具體優(yōu)化了百葉自適應(yīng)系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計操作，經(jīng)投入使用發(fā)現(xiàn)節(jié)能效果顯著。該幕墻工程中大面積立面存在鋁合金材質(zhì)的裝飾線條，整體的施工操作內(nèi)容繁雜。為保證節(jié)能設(shè)計及節(jié)材設(shè)計目標能夠最大化發(fā)揮，設(shè)計人員計劃對鋁板落實有理化處置，在嚴格保障所有鋁合金材質(zhì)面板都在可加工運輸尺寸范圍內(nèi)，將其合理轉(zhuǎn)化為可展開式單曲面。如若發(fā)現(xiàn)存在小幅度雙曲面出現(xiàn)，則借助預(yù)制化冷彎技藝介入，以外力作用促使平板形成雙曲面，如圖3 所示。在鋁合金材質(zhì)裝飾線條的優(yōu)質(zhì)組合下，玻璃板及微小程度錯位將無所遁形，如圖4 所示，人們可憑借對微小錯位的有機察覺來降低玻璃加工具體難度[2]。

圖3 以冷彎工藝形成雙曲面

圖4 鋁裝飾線條阻隔下顯現(xiàn)的微小錯位放大圖

3.3 連接板參數(shù)化

綠色建筑主體結(jié)構(gòu)屬鋼結(jié)構(gòu)，建筑預(yù)制化比例將得到顯著提升，進而直觀縮短具體的施工周期。幕墻連接板加工操作想要實現(xiàn)幕墻連接板順利完工達到節(jié)材、環(huán)保目標就必須優(yōu)化設(shè)計布局，以鋼結(jié)構(gòu)的加工為例，只有嚴格保證鋼結(jié)構(gòu)加工工作在指定車間內(nèi)完成才能最大化發(fā)揮節(jié)材成效，從而達到可持續(xù)發(fā)展目標。本工程設(shè)計人員積極BIM 碰撞輕量化建模為基準，科學(xué)構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)主體模型及幕墻表層主體模型，以順利實現(xiàn)高效連接板設(shè)計。具體操作流程如下。①明確幕墻連接板具體定位。實操期間可憑借幕墻劃分線與各層結(jié)構(gòu)線實現(xiàn)相交的手段快速對所有連接板空間實現(xiàn)細致化定位。②精準繪制連接板。為優(yōu)化具體的繪制成效，相關(guān)人員要積極對結(jié)構(gòu)邊梁類似工作實現(xiàn)預(yù)制式設(shè)計，憑借預(yù)先設(shè)計可順利連接不同邊梁的連接板行為強化工作介入成效，同時還要對各個連接板實現(xiàn)編號處理；當(dāng)實操期間，程序順利明確連接板定位之后，設(shè)計實操人員就可依據(jù)邊、梁類型的判斷結(jié)果來對多對應(yīng)編號的連接板實現(xiàn)快速選取放入操作[3]。憑借參數(shù)化手段的介入，幕墻連接件建模以及和連接件出圖作業(yè)順利實現(xiàn)，數(shù)量統(tǒng)計不僅可實現(xiàn)同步處理，還不會存在明顯誤差錯誤，節(jié)材成效十分顯著。

3.4 建筑龍骨空間參數(shù)化

異形幕墻系統(tǒng)外觀獨特，內(nèi)部結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。技術(shù)人員想要優(yōu)化整體建筑成效和達到綠色建筑節(jié)材目標就需要為其配備復(fù)雜的內(nèi)部空間加以支撐。而龍骨作為空間結(jié)構(gòu)之中關(guān)鍵支撐部件，屬幕墻系統(tǒng)重要受力構(gòu)件，其安裝位置精準度會直接影響整個幕墻質(zhì)量[4]。

因本項目幕墻空間龍骨屬復(fù)雜性設(shè)計工程，往往會在具體設(shè)計投入期間耗費諸多人力，而且極易出現(xiàn)一定差錯。因此設(shè)計人員計劃以幕墻面板為基準落實龍骨參數(shù)化建模工作，以合理建模邏輯為模型提煉提供支持，幫助結(jié)構(gòu)工程明確準確中心線、連接點具體定位，實操期間憑借高效獲得邊界交通線等參數(shù)構(gòu)建幾何構(gòu)造科學(xué)相互關(guān)系，并以偏移角、夾角值等數(shù)據(jù)的精準化介入，優(yōu)化具體的空間樓骨中心線參數(shù)化建模成效，待完成參數(shù)化建模構(gòu)建之后再對其賦以桿件截面，以促使空間龍骨建模工作更為精準[5]。圖5 為龍骨參數(shù)化實體建模圖。對空間龍骨實現(xiàn)BIM 模型建造介入，對后期建筑運營階段節(jié)能控制實現(xiàn)優(yōu)化布局，故參數(shù)化設(shè)計的介入價值十分顯著。

圖5 龍骨參數(shù)化建模

4 結(jié)語

綜上所述，現(xiàn)代化建筑在充分使用新型建材期間可能會帶來很大能耗，對生態(tài)環(huán)境造成難以逆轉(zhuǎn)危害，這是與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標背道而馳的表現(xiàn)。幕墻行業(yè)作為綠色建筑中不可或缺的重要元素，設(shè)計人員想順利探索出符合幕墻工程技術(shù)體系集成性建造步伐，在落實幕墻設(shè)計期間可憑借參數(shù)化設(shè)計工具介入，從設(shè)計、施工及運維多角度出發(fā)，以低碳設(shè)計理念注入高效滿足綠色建筑可持續(xù)發(fā)展需求，為國家雙碳目標有機實現(xiàn)貢獻力量。