摘要：随着经济的发展水平的提高、设计方法和设计理念的革新以及施工技术的进步，建筑幕墙从简单化、规整化向多元化、复杂化发展。传统的二维图元已经无法满足这些复杂建筑幕墙的方案设计、放线定位，材料下单的要求，需要借助BIM三维建模软件完成。本文以成都大魔方售楼处及武汉新城国际博览中心会议中心工程实例来介绍BIM软件在幕墙工程中的应用。
    关键字：犀牛软件，三维建模，曲面幕墙，表皮划分

    1 背景
    随着经济的发展水平的提高、设计方法和设计理念的革新以及施工技术的进步，建筑幕墙从单一化、规整化向多元化、复杂化发展。建筑师们为追求独特的建筑效果，不再满足于规整、中庸的设计，而是凭借天马行空的想象，在实现其使用功能的前提下，张扬每栋建筑物的个性，各大体育场馆、机场和会展中心等大型公共建筑更是如此。随着建筑物造型越来越复杂，建筑物承载的信息越来越多，传统的二维软件无法满足类似这些工程的方案设计、放线定位，材料下单的要求，需要建三维模型去完成，于是BIM软件走进了视野。
    BIM（Building Information Modeling）即建筑信息化模型，BIM建立模型时给模型赋予建筑信息的属性（如构件的材料、尺寸、配筋、钢号，设备的型号、厂家、功率等）。BIM以其可视化、协同效率高、参数化及对项目全生命周期的关注赢得了建筑行业市场的认可，在美国、英国等发达国家的发展和应用已达到一定水平，但是在我国建筑幕墙的应用还处于起步阶段，仅仅在几个超高层幕墙项目进行探索和尝试。虽然由于客观条件的限制，BIM软件在632m的上海中心大厦双层幕墙设计施工过程中只是扮演了辅助的角色，但是其在深化设计、解决现场施工碰撞方案、施工协调、施工预算、生化计算等方面出色的表现已经展示出了它的潜质，在信息化程度越来越高的未来建筑幕墙行业，BIM软件一定会走上主舞台，担当大任，其发展和应用的前景不可限量。
    我司在发展和成长过程中也勇于探索和尝试BIM软件在建筑幕墙的应用，并获得不错的效果，下面以成都大魔方售楼处和武汉新城国际博览中心会议中心工程实例来介绍犀牛软件（Rhino）在曲面幕墙表皮划分、材料下单方面的应用。
    2 BIM软件在我司幕墙工程中的应用实例
    2.1 成都大魔方售楼处
    我司承建的成都大魔方售楼部，建筑造型类似于一个倒圆台状，底部为半径12.2m的半圆，顶部为短半轴长12.2m、长半轴长21.8m的椭圆。

    该项目的点式玻璃幕墙表皮造型为正圆形与椭圆形之间流动形成的建筑造型体，其玻璃幕墙表皮为三维曲面（竖向任意位置的曲率都不相同），另外业主对视觉感官的要求很高，不能有折角出现。因此初步决定玻璃板块要做成三维曲面板块，这样针对幕墙玻璃板块的下料加工图的准确性以及对现场施工提出了更高的要求。时间紧，任务重，常规的二维制图很难满足工期、难度的要求，故经讨论决定采用BIM软件进行三维建模。
    根据对比几种BIM软件的优劣点，设计人员决定采用犀牛软件进行三维建模、划分幕墙表皮分格。犀牛软件是一款基于NURBS的造型软件，具有非常强大曲面建造功能，可以在Windows系统中建立、编辑、分析和转换NURBS曲线、曲面和实体，不受复杂度、阶数以及尺寸的限制。犀牛软件跟其他BIM三维建模软件相比有以下几点优势：
    1、与建筑工程制图最常用的AUTOCAD等软件有对接接口，可以互相导入，进行无缝搭接，具有良好的兼容性。
    2、操作简单，容易上手，而且没有很高的硬件要求，在一般配置的计算机上就可以运行。
    3、建模功能强大，且建模后误差很小，此误差在建筑单位级别中可以忽略不计（小于1mm）。
    4、犀牛软件建模感觉非常流畅，它所提供的曲面工具可以精确地制作所有用来作为渲染表现、动画、工程图用的模型。
    5、本身犀牛软件对建立好的NURBS三维模型还能进行曲率分析、对幕墙表皮板块划分、表皮划分等一系列幕墙加工图的铺助工作。www.tmgc8.com
本工程幕墙表皮为三维空间曲面，且左右不对称（建筑理想上应该是对称的，现场建筑施工误差导致不对称）。我们根据现场提供的返尺CAD平面图和建筑立面图上的玻璃板块进行幕墙表皮建立，然后对其进行板块分割,共产生了416块不同尺寸及不同大小的玻璃板块。

    我们对具体的板块模型分析发现，玻璃板块竖向两边的边缘线测量拱高值小于1mm，边长为1400mm左右，板块上下两边的边缘线为椭圆线，每一点的曲率都不相同。我方技术设计人员向玻璃加工厂家技术人员进行这种曲面中空玻璃加工需要我司提供哪些相应的加工参数和加工难度时得知，如要加工此种玻璃板块需要提供每块中空玻璃的弯曲轴位置，就算提供了此参数，玻璃加工厂的加工起来也很困难，加工周期也会很长，造价也多了很多，而且也没有跟犀牛这种专业工业软件相匹配的数字化加工设备，所以不能直接把犀牛模型提供给加工厂家。

    经过对上下的椭圆线段分析发现，它们曲率变化不大。如果把上下的椭圆形线段变换与其相逼近的圆形弧线的话，这样加工图上的参数也能准确的表达清晰，而玻璃加工厂也能读懂加工图纸。变换与其相近的圆弧方法是，在犀牛软件中先提取板块上边缘线段，于是我们从板块模型上分别复制取出上边缘线段和下边缘线段。并在他们水平两个端点间创建一条辅助线，然后找到辅助线的中点，在中点上创建一条垂直于线段的辅助线与原椭圆线段相交，并产生交点。这样我们就得到了三个点，在软件中应用三点生成圆弧工具。我们就得了一条有统一半径的圆弧，在软件中与最初的椭圆线段的间距变化比对发现，距离不超过1.34mm。用相同的方法把下边缘的圆弧求出来。这样得到了新的板块外轮廓线，用同种方法对原先分割出来的416块玻璃板块模型进行重建，最后得了一个整体的玻璃幕墙表皮。通过对模型在三维软件中不同位置角度的观察，认为用圆弧替代椭圆曲线的方法得到的模型在电脑软件中浏览观察是可以接受的效果。
    借助犀牛软件我们提供了让加工厂家满意的加工图纸，最终我司在有限的时间内圆满地完成了施工任务，工程的感官效果和施工质量得到业主和设计单位的高度评价，这是我司首次在幕墙工程中进行犀牛软件的尝试和应用，并获得不俗的效果。

    2.2 武汉新城国际博览中心会议中心

    武汉新城国际博览中心会议中心工程造型特异，如莲花绽放，由三层屋面和三层玻璃幕墙交错结合构成，施工难度大，工期也十分紧张。为了保证工期和施工质量，我们采用犀牛软件进行三维建模分析。

    前期经过现场的测量放线，发现土建的结构偏差较大，与幕墙完成面有冲突，所以我们在模型中把幕墙完成面往外偏移了250毫米，这样我们就能更好的搭建幕墙系统。因为曲面是偏移过后的，所以会比原先的完成面大一些。我们就要考虑两边相交处的玻璃完成面会有所改变，偏移后的曲面也会造成与下沿的交线位置发生改变，也减小了一定的幕墙表皮。

    在偏移后的曲面上我们又根据以前模型上的分割线又偏移出250毫米，在模型中对玻璃表皮进行分割。我们单独提取几个面进行测量，发现曲面的左右两条边是接近直边，上下弧边的拱高不超过4毫米，根据以往工程的经验，所以我们决定在下片玻璃用直板玻璃来代替，这样既节省造价又缩短了玻璃的加工周期。

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   我们在模型中切割出每一块玻璃分别编好号，把它排成平板玻璃。用这种方式去复合原先的模型，这样来达到最优化的幕墙表皮。

    目前幕墙样板已经完成，视觉效果和安装质量令人满意，而且大大缩短玻璃加工周期，减少了造价，取得了良好的社会效益和经济效益，后续的下片曲面以及中片上片曲面拟依此方法进行大面积施工。鉴于犀牛软件强大的功能以及应用以来良好的表现，将在后续的测量放线、龙骨定位中得到更多的应用。

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