转载请联系并注明来源
你好,我以自己所做的项目为例,介绍一下我的认知里,BIM技术对于真实项目的作用。
案例是一个异形、双曲面的玻璃屋盖幕墙系统。
如效果图所示,玻璃屋盖呈波浪状,塔楼装饰条与屋盖装饰条需要无缝连接。
看似随意任性的造型,产生了一系列难题:
难点1,由于分格玻璃板块尺寸全都不同,放置方向各异,对准确的建模带来了很大的难度,尤其是在还未考虑周全的节点系统条件下,完成各种铝材,钢材的的建模。
难点2,装饰条从塔楼西立面扭转过渡到南立面,如何能同时保证拼接效果与施工可行性。
难点3,钢结构梁宽度仅为150mm,且法向任意,钢结构的水平施工误差对于面板支撑钢件的生根定位支持很差。
以下为实际解决问题的过程
1 设计阶段1.1曲面幕墙的平板化
以50的阶差为界限,预览造型扭曲的分布。
采用提取3点所在平面。第四点投影至该平面的方式,把曲面分格用平板玻璃替换
由于曲度走向的渐变,会出现直板的第四点有时是凹陷点(低于原曲面)的情况,这时要进行筛选,并更换东北点为西北点来作第四点,以保证第四点都为翘起点而非凹陷点。1.2小样板设计
小样板用4块玻璃做冷弯曲板,4块做翘边直板。来实现对比——
翘边做法的效果没有横向压板的存在,获得了设计的认可。
BIM模型效果实际现场效果
最终确认屋盖全部采用翘边平板的做法。1.3 视觉样板设计
视觉样板做了30片玻璃,发现了问题——
相邻玻璃板块公用型材,所以玻璃和型材之间必然存在非90度的特殊夹角。
为使玻璃安装至正确位置,铝折板副框需呈无规则梯形定制。
这给设计和工厂都出了难题,我使用grasshopper批量完成了梯形折板的出图,但对于加工厂那边仍然十分困难了。
经过视觉样板的测试后,最终将系统优化为半单元式,取消了公用型材,改为相邻玻璃各自使用自己的型材。1.4 装饰条方案设计
装饰条的造型效果一直是业主和设计关注的重点,装饰条效果的实现有如下2个难题:
(1)剪刀误差
当流线为空间曲线,两个相邻长直物体,放置方向角成一定角度,并用公共平面斜切密拼的情况下,交界处会像打开的剪刀一样错位。剪刀的交叉点为长直物体的定位基点。想了解更多关于剪刀现象,请参考这里-->小知识| 异形线材建模中的剪刀现象
剪刀现象带来的错位效果是不可避免的,并且会让流线性效果大打折扣。通过BIM建模的过程中对这一问题的探究,找到了这样的优化方法:
最终系统的设计因此建议得以改进,装饰条的做法从270mm高改为150mm高,从玻璃分格缝定位优化为在装饰条顶部向下75mm处设中轴定位。拼接效果的到了明显改善。
原装饰条定位基点在型材支点处新基点在装饰条顶下75mm的轴处
装饰条基线重定位
最终的剪刀偏差变得很小
(2)错台偏差
装饰条的设计中还存在着一个错台偏差的问题。
因为玻璃面板呈翘边状,装饰条与玻璃间隙存在着不均等错台。为使错台间隙趋于一致,设计方提出以翘曲点向上偏移一定距离,作为装饰条下口定位基线。而装饰条的效果存在着衔接渐变,所以偏移值在与塔楼衔接段和收尾段有所差异。
rhino进行方案的推演过程
1.连接翘曲玻璃最高点多段线a
2.将原始曲面玻璃对应点位向玻璃法线方向向下偏移一定距离,连接成多段线b
3.将a的每一个端点沿b的每个对应端点与之连线的方向根据渐变情况做不同的偏移距离,并连接成多段线c
4.前7个点依次偏移225mm,225mm,225mm,225mm,185mm,145mm,105mm
5.中间的所有点——105mm,后四个点依次偏移105、85、65、45mm
6.根据c和b的每个线段所成平面放置装饰条,前六段采用270mm高度截面,剩余的采用150mm高度截面
7.根据玻璃原始完成面向上偏移30mm为切面切除各过渡段装饰条下口,完成最终模型。
2 材料下单2.1 面材下单的运用
2.1.1彩釉玻璃
彩釉点数量大,对于深化设计师CAD制图而言,完成1700块玻璃上彩釉点的出图要耗时两个月之久。
通过参数化程序排布玻璃彩釉点,连同每块玻璃的加工尺寸一起表达为预加工图。则大大减少了工作时间。
2.1.2铝板
对于四边形铝板,对接的铝板加工厂可以根据数据表格来加工,通过grasshopper将Rhino模型的板块数据提取处理。数据输出表格的技巧参考这里-->小技巧|grasshopper与Exel/wps的复制粘贴交互2.2 线材下单的运用
2.2.1装饰条
装饰条加工图的难点在于三维切角的表达,在屋盖首尾区域共9排的渐变区装饰条,还存在着侧面和底面各切一刀空间斜角的情况。
与塔楼衔接处6段渐变
尾部3段渐变
批量输出的预加工图对于有切角的型材批量建模与出图,实现更加麻烦,需要一定的技巧,暂不赘述。
2.2.2玻璃护边
批量输出预加工图
玻璃互边与玻璃面板存在平面上的推导关系,但由于玻璃敲边阶差的存在,在护边的高度上有所差异,因此在grasshopper程序中要将翘值参数结构化的传递过来。
2.2.3月牙铝包边板
包边铝板与装饰条相似,都存在剪刀误差,也存在三维拼切角,因此加工图的表达上需要有切割数据。2.3 钢件下单的运用
根据适用分类条件,进行筛选得以统一下单的钢件数量
主钢件优化为8种
次钢件优化为3种
同样由于玻璃翘边的存在,钢件的长度也不尽相同,全部统一做的最长又容易浪费材料,所以根据20mm的阈值,进行了钢件种类优化。
3 指导施工3.1 三维扫描结果的检查
扫描现场和理论模型进行对比
钢梁误差位置分布,红色区为不满足安装空间位置。
垂直误差数据列表,负值表示不满足150mm安装空间的距离。
最大误差86mm,说明钢梁在此处实际高于理论值86mm,按理论表皮下单则我们的幕墙无法按理论位置安装
水平方向误差图示
水平误差的存在,会使幕墙型材的支撑钢件落于钢梁边缘甚至钢梁之外。给定位和安装带来巨大不便的同时,还会人在屋架之下影响仰视的效果。3.2 钢结构梁施工误差的解决
BIM设计师提供两种方案供业主选择——
方案一整体抬高方案二调整所有表皮偏差的点位
方案一调整后的表皮模型方案二调整后的表皮模型
表皮调整方案一:理论模型整体向外偏移抬高,偏移值以满足最小安装间距86mm为准。
表皮调整方案二:根据结构调整表皮,根据三维扫描点数据,提取钢梁中的位置向法线之上推出表皮。
最终,重构表皮的方案二,赢得了项目部、业主和设计的一致认可。
这也是最能体现BIM价值的一环,将三维激光扫描现场与参数化设计技术结合,以“因地制宜”的方式,定制了最终的幕墙产品形态。
根据新确认的表皮,利用先前写好的grasshopper程序更新了所有材料模型,用于后续大规模下料。3.3 测量放线数据的输出
屋盖的所有面材和线材都是定制化的加工,所以,幕墙安装的定位点也必须精准。为了保证安装的精确,BIM设计师提供的点位必须准确。
提供空间定位编号模型,供放线员理解。每个钢件放线三个点,a和b为外侧面上口端点,c为外侧面中心点
提供CSV数据表,三维坐标与编号对照。3.4 全站仪放线路径的对接与按需定制
由于测量员的放线需求是延次梁一排排的顺序过去,需要同一梁上两个钢件测量点紧挨着排序,再到同一列的下根钢梁,这列钢梁结束,再到第二列钢梁按同样的顺序排布。
通过grasshopper程序的数据筛选处理能力,协助放线员减轻了表格处理的工作,生成符合放线路径的坐标表3.5 实际施工
先放线并在现场定出钢件上端控制线
再根据控制线辅助下装好钢件位置
再装工厂加工好的玻璃单元
4经验总结
双曲波浪造型的玻璃屋面,具有很大的工程难度。本项目借助参数化设计技术解决了诸多前所未有的问题。尤其是在幕墙系统的三次改进、返尺重建表皮、装饰条的建模与加工、放线的指导等阶段上,发挥了巨大的作用。有别于很多常规幕墙项目上的BIM应用,让设计从理论上可实现、让施工在实践中可落地,是本项目BIM工作的最大亮点。
我也希望BIM技术能在未来更加朝向物尽其用、指导施工的方向发展。