2. 数字化技术应用流程
数字化技术是一个信息共享的平台,包括业主、建筑设计院、幕墙设计单位、加工单位、幕墙施工单位、后期维护单位、验收单位等。以项目为核心,通过智能化和协同化的技术搭建协作平台。协作平台分层级搭设,各层级按领域层、交互层、核心层、资源层进行区分,通过权限的设置,不同使用者有不同的权限,实现平台的共享及信息安全(。
数字化的BIM模型依据项目不同阶段需求进行逐步深化,模型精度从LOD100~LOD500,实现从早期方案确认到施工模拟及加工下料、运维等各个阶段的运用(如图3)。
3. 数字化技术在工程的运用
数字化技术是一个系统工程,涵盖项目方案到后期维护全过程的管理体系。
(1)数字化模型的创建
数字化技术的基础是数字化信息模型,以幕墙表皮模型为载体,赋予数字参数技术,模型的创建以主体结构模型为基础,并考虑主体结构的误差,使理论模型和现场实际工况进行比对,并对其模型进行修正,取得最终施工BIM模型。
以苏州中心大鸟屋面为例:
大鸟屋面由幕墙表皮层和主体钢架组合而成,两者均为双曲异型,共同构成钢结构一体化幕墙体系(如图4)。
设计过程中以幕墙支撑钢架理论模型为基础,通过提取钢结构网格定位点,将钢架模型横竖的网格线拟合为曲线。将网状曲线进一步拟合为曲面,把该曲面作为主体钢架的理论基准面。
钢架施工完成后,利用3D扫描仪对10599个异型网格进行测量监控,利用4~6台全站仪进行钢架关键节点的校核,最终得到测量后的钢架实际模型,将测量得到的钢架模型与理论模型进行对比,对理论模型进行修正(如图6)。
根据最终的钢架表皮模型,将钢结构表皮外偏移120mm得到幕墙表皮(如图7)。
将拟合的钢结构网格曲线投影到幕墙表皮上,得到幕墙表皮的分格(如图8)。
按上述设计程序完成苏州中心大鸟屋面的施工模型,用于指导设计下料和现场施工。在实际工程中,对于不同的项目,需要根据项目特点来确定具体的建模流程,有些建筑需要以建筑表皮为基础,向内依次进行建模,比如上海国家会展中心进口博览会会议厅改造项目。
该项目为改造建筑,在老的建筑外侧设置设置新的表皮,为了固定新的表皮,建筑外侧需要设置主体钢架,该钢架的建模是根据外表皮的模型及分格进行拓展建模的。
改造建筑的建模需要考虑新建部分与老建筑部分的关系,如果老建筑有BIM模型,需要与老的建筑进行合模,必要的时候需要通过三维扫描对现有模型进行实体建筑的数字化,用于与新的模型进行比对和碰撞检测。
经过对国家会展中心已有老建筑模型的碰撞检测,对新建筑的屋檐等部位进行了修正,避免了施工过程结构碰撞问题
建筑表皮数字化模型建模及分格划分过程中,除了美观性能,还要考虑后续的生产工艺和安装工艺需求。国家会展中心西厅改造项目在前期设计方案阶段进行了多种技术方案的比选,确定转角(词条“转角”由行业大百科提供)部位钛板造型采用一体板设计,钛金板板块分格设计保证钛板镀钛满足工艺要求,优化后的最终建筑幕墙表皮模型如图11:
(2)参数化设计
建筑模型只是建筑的三维体现,真正能够实现数字化、信息化应用需要为建筑模型赋予的参数化信息,模型的参数化设计才是BIM技术应用的目标。
模型参数化是将三维模型中的组成部分赋予不同的属性,比如玻璃板块能够包含的参数信息包括尺寸信息(四边边长、对角线边长、翘曲值)、材料信息(玻璃或者格栅)、附框信息等,参数化信息可以根据不同的项目及模型的不同深度而不同。
比如苏州中心项目有10190个板块,每个板块均不相同,通过DP软件进行建模,通过DP树结构对板块赋予尺寸、材质、面积等信息,为后续的分析归类、生成加工图等提供了参数支撑(如图12)。