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摘要：随着BIM技术的逐渐普及，设计逐步从二维设计图纸，转化为三维数字化设计的领域，并随着各专业的BIM逐渐成型，BIM云平台的构架进入实际应用的阶段。在异形建筑的领域Rhinoceros和Grasshopper，依然承担着主要的建模工作。但随着Autodesk Revit在BIM构架中的逐步完善。使得BIM不仅仅在完成异形建筑的领域将建筑落地，更进一步让建筑结构、水电暖、精装、景观、灯光等相关专业共同形成一个整体的构架体系，将各专业之间的交圈落地成为可能。这样可使工程设计缩短约30%，通过即时反馈机制加速设计迭代，提高设计效率。同时施工减少现场变更约90%，施工精度提升至毫米级，从而显著降低拆改变更成本。
关键词：异形檐口;龙鳞造型幕墙;树状花柱造型
1、引言
随着幕墙顾问服务工作的逐渐深入和扩展，以及人们对审美的需求更加多元化。现代建筑的设计不仅仅止步于求高求大的体量冲击，同时对视觉艺术和异形空间美感产生更多的兴趣。
本文以沈阳正祥顾问所服务的南宁未来方舟项目为例，通过异形主售楼处檐口、龙鳞造型幕墙、树状花柱造型三点。阐述BIM在幕墙顾问服务中的作用与价值，并展望未来的发展
2、工程概况
建设地点及工程概况:广西省南宁市。工程地址:北临良玉大道,东侧为平乐大道。
项目规模:本项目总建筑面积 6094.72㎡,其中地上建筑面积3091.76m2,地下建筑面积3013.25㎡
3、方案概念阶段：仿真效果
在方案与概念阶段，BIM可以通过仿真效果及人行视角漫游。给予方案更好的决策。通过模型的调整方式对与体量、色彩、光线进行真实模拟对比，可以更快速、更准确、更清晰的对方案效果进行最优决策。
【1】体量决策：对与檐口的体量进行判断对比。5m、6m、7m三种规格檐口的体量对比。(见图2)
【2】系统决策：BIM仿真模型，可以对重要位置进行多方案仿真比选。如图所示(见图3)，对于正立面12m高的全玻幕墙进行多个系统的比选。在方案前期敲定效果需求。
4、设计深化阶段：Revit、Fuzor、Enscape在专业间交圈中的应用
4.1与主体钢结构的校核
在异形构造的幕墙中，我们既希望主体钢结构与造型距离近一些，从而减少悬挑的难度及视觉效果的纤薄体量感。又担心钢结构和造型产生干涉。
在这种要求下，我们就需要进行各专业间的合模交圈。首先我们会在Rhinoceros中建好的模型转到Revit中。然后通过一个专业的中心点统一其他专业的中心点。合模后我们就会得到一个各专业在一起的完整工程模型。之后载入到Fuzor中，可以自动进行碰撞检测和分析报告。但是Fuzor的渲染能力比较有限。虽然可以完成各方检测及漫游行走，但是真实性仍然达不到仿真的程度。(见图4)
所以我们通常使用Enscape或者UE5进行仿真渲染处理。在仿真的模型下，让设计师和管理者对效果的把控更加便捷。同时，也能把施工可能产生的碰撞问题，在设计阶段快速发现并解决。
校核出现的问题，顾问通过梳理后分专业进行沟通对接，并按流程整改。(见图5)
4.2 与土建、机电结构的校核
土建常规结构的表达都是在CAD中表达本层结构，对于异形情况，在本层平面无法表达渐变边界的时候很容易出现干涉错误，如下图所示。CAD表达的平面梁位置看起来并没有什么问题。
但是到Revit合模空间(见图6)时就会出现明显的干涉。表面半透明处理后，可以清晰看到需要底部梁进行渐变处理。
当然，如果我们在Enscape(见图7)仿真模型漫游时候则会更加的明显。在仿真的环境中，我们可以更直观的察觉到存在的问题。
4.3与景观的校核
与景观楼梯和地面找坡的交接位置也是经常出现问题的地方(见图8)。在本项目的下沉广场仿真模型中，可以清楚看到模型中楼梯深入栏板下口铝板的状态。在实际施工中如果景观后施工是不会深入铝板内的，但是设计遗漏就会使得现场硬接。没有构造的遮丑处理，人视角度就会无法完成一个精致的作品。
小结：此类问题在项目设计阶段我们共找到18处。因为异形的存在，这些干涉基本是在CAD审图中很难察觉到的。这些问题如果只是在CAD中表达，现场按图施工，在一般项目中出现以上问题，基本两种解决方案：1、时间及成本充足，拆改结构;2、时间紧迫舍弃部分效果更改造型。此时如果涉及主受力梁柱的情况，会造成拆改困难或成本极高，会迫使项目选择方案2。如此一方面会折减项目的精致度，另一方面也是设计效果的遗憾。即使项目有很大的决心对效果追求选择了方案1 。涉及到主受力梁柱，这种拆改或者后植筋后加固，整改的周期和成本也是极其巨大的。
在本项目中。设计阶段的预先处理，有效缩短施工周期约30%时间。同时减少约90%拆改和变更带来的效果损失和经济损失。其经济效益价值远超BIM设计费用。同时对于当下市场，市场变化快，开发周期短，客户品质需求高。导致现在市场上运行的加急工程，抢形象工程，在极限甚至过度的压缩顾问设计时间。这也是导致项目设计效果难以达到预期效果的重大因素。前期给予顾问更多的时间对工程潜在质量的影响是无法估量的。
5、招标阶段
招标阶段，BIM模型可以作为图纸的辅助资料。弥补图纸中交接表达不全的情况。同时可以导出主材的材料清单复核招标清单用量。
在招标阶段可以从BIM中直接导出主材工程量清单(见图9 a)，做为项目合约工作的参考文件。同时异形幕墙对造价顾问的算量和对项目的理解也同样存在困难。造价顾问可以在模型中点击提取模型信息，获取单独的面积(见图9 b)。如果成本顾问有BIM造价测算能力，可以直接在模型信息中输入相关测算的平米单价。完成后可以直接导出整体项目的总控成本及造价。同时如果有漏算部分，在导出表格后会呈现：有分项、有面积、无价格的情况。可以及时补充，有效避免测算中漏项的情况。这也是BIM中Revit逐渐取代Rhinoceros的原因，Revit所附带的模型信息，让BIM模型不仅为设计部门提供便利，同时也提高了合约、项目、物业部门的准确性、高效性、可追溯性。
同时也要提一下，部门间纵向工作的完整，是需要各个部门都具备BIM能力为前提的。在现阶段大多项目，BIM还仅存在于设计部中，且有些项目的设计部对BIM也并没有很高的管理能力。所以能造成BIM的全项目部门贯通出现瓶颈，BIM模型深度，市场中良莠不齐，BIM设计报价混乱，低价中标，低价质量的市场现状。
6、施工阶段：Rhinoceros和Grasshopper在异形建筑应用的实现
6.1 异形檐口
本项目售楼会所部分，设计理念是以未来气息作为整体的设计语言。其中：【未来】体现于棱角分明的现代科技感，大面板块的应用。而【方舟】则采用各种悬浮体块，形成一种未来科技战舰的视觉冲击。通过大板块玻璃透视的应用及具有穿透力的灰色空间。打造整体具有“穿越时空”的体验感。
作为幕墙的设计落地，有两处难点。
【1】12m全玻璃幕墙，顶部窄边，呈现大视口的空间感受。
【2】本项目采用大量金属尖角的应用。作为未来气息浓郁的建筑，大量的尖角应用会将棱角更加凸显出来，从而形成更加强烈的视觉冲击，有如身临其境的感觉。然而这种视觉冲击体现，来源于所有的线条交圈的规整，同时包括灯槽的交圈(见图10)。本项目各檐口点位都是空间点位，整体通过渐变面完成给建筑丰富的体量设计感，虽然通过型材可以很好的表达尖角的位置，但是需要在不同角度和空间下完成七条边的交圈，是不可能在CAD这种二维空间完成的。项目通过Rhinoceros进行建模，Grasshopper进行拟合，以一层雨棚的尖角和灯槽左右设计基准线，对其他6条线进行交圈。控制尖点和灯槽点在200mm-300mm位置，完成灯槽的无接差交圈。在白天通过尖角表现建筑的力度，晚上通过泛光灯槽体现其体量轮廓。从视觉感受上，夜间会放大这种未来的悬浮感。
工作流程：首先在模型中进行交圈(见图11)，然后反推到CAD轮廓，进行构造设计(见图12)，最后现场根据犀牛点位利用全站仪放点安装实现方案效果需求(见图13a)保证效果实际竣工落地(见图13)。
6.2 龙鳞造型幕墙
龙鳞造型是中国传统文化的一种经典体现。设计顾问采用异形面加单块折板呈现的龙鳞造型，此造型可以在二维图纸中，表现出构造做法，通过挂接的形式保证六向可调和密封衔接。但是如何保证转角（词条“转角”由行业大百科提供）和四面角位置的整齐，是无法通过想象和现场放样来实现的。顾问通过Rhinoceros中进行建模对边角位置进行修正拟合。最后铝板厂直接用Rhinoceros的模型进行拆模，毫米级精确下料，并进行加工标号。现场根据标号安装，大大缩短了设计、生产、加工、安装的时间，并且能够很好的控制交接的误差，高度还原建筑师追求的理想效果。
设计顾问与生产的配合。在Rhinoceros修正完毕后，到铝板工厂加工。铝板工厂会根据实际设备（词条“设备”由行业大百科提供）的加工能力对模型中转角位置的极小板多面焊接板进行校核，提取其中无法加工的部分反提到设计顾问。设计顾问在与建筑师对于效果讨论后进行板块的拟合。保证所有板块加工落地。所以往往一个精品项目并不是看起来那么一帆风顺，往往需要不断打磨，BIM往往能在打磨中呈现高效有序的状态，但并不适合过度神话。
6.3 树状花柱造型
下沉广场的树干造型是对主体支撑钢柱的艺术化呈现。以万物生长的树状造型将立柱和平台完美的结合在一起。同时用星光灯，呈现出丛林秘境的浪漫夜晚效果。
然而对于幕墙而言，也是一项充满挑战的设计效果。树干到顶部的展开面，每个三角形都是独立的一个空间面，一个三角面的偏离，就会在过渡中出现明显的不平整，所以既要保证安装的角度尺寸连接，又要保证缝隙的均匀，才能最好的诠释这种效果预期。
首先从幕墙顾问的角度。设计主体受力钢梁，每块三角板设置独立的钢副框。主受力钢梁与每块三角板通过万向球和螺杆控制空间点位的调节。从而完成此效果的呈现。接下来就是最重要的问题，如何控制烛点的空间点位和每个三角板的尺寸。
以方案提供的SU模型作为效果基础。导入Rhinoceros中后，进行复刻建模。因为SU会在导入后变成多个矩形板，所以需要再Rhinoceros中逐个剪切，同时在过渡位置(竖向柱子和展开花形的交接位置)需要更柔和的过渡。这时候就需要Grasshopper发挥逻辑优势，交接位置直接完成互相剪切，保留向外位置的逐个都是完整的平滑的三角面，在交接位置进行重新拟合分割，对极小板进行整合。将板子裁剪成可实现的柔性过渡效果。与此同时三个树干在吊顶的分缝关系中也有着对应的缝隙点位关系。在模型中进行微调对缝。最后对所有三角板进行缩尺缝隙的裁剪，我们就得到了每块板的理论尺寸及空间点位。
将模型提供到铝板厂，拆模形成每块铝板的加工图，并逐个编号。工厂进行预组装完成后，运输到现场通过全站仪进行打点、安装。我们就得到了漂亮的树状花柱。
设计与施工的深度配合：
1、铝板加工能力的反复打磨，下部主树干和散花交接的位置是众多小块铝板交错的地方。其中出现极小锐角加工不出来的情况(见图16放大图)。此位置也是通过反复与建筑师及加工厂讨论优化，调整模型，最终完成设计理想与现有加工能力的协调统一。
2、花状结构落地，在设计中已经充分考虑了各块铝板的可调能力。但是实际施工中还是出现了安装上墙后，调节吃力的情况。毕竟在空间位置上，顶部的背面工人操作空间有限，且存在高空危险，背面效果和正面效果可视同步性也比较差。造成多次调节对缝无果的情况出现。大家都明确板子尺寸对，序号对。但是就是对不上缝。为处理施工难度，重新调整思路。把整个钢架落到地面，在地面完成所有铝板与框架的安装及调整工作。在整体调整满意后，再实行整体花架起吊。这样只要在高空确定平面高度和定位尺寸就方便多了。如此完成了施工落地(见图17)。
小结：Rhinoceros基本是异形建筑必不可少的应用软件。对于模型生成及Grasshopper插件的完善。使得在Revit盛行的今天依然具有很高的占用率。同时随着BIM云平台的市场普及。Rhinoceros和Revit的转换交互也变得更加的方便。BUG率也在很大程度上减少。所以建模中，我们习惯采用Rhinoceros进行正向设计一些异形建筑。Revit快捷的设计一些平整构造。最后链接，完成模型完整化。这也是现阶段BIM应用中比较快捷高效的逻辑手段。Rhinoceros虽然信息化不及Revit。但是更能满足现阶段异形幕墙的设计构造需求和正向设计手段，同时从设计到加工落地的产业链条也非常成熟。基本不必因技术壁垒的原因大幅远程的寻找加工厂，更加便捷的完成项目的进度需求。当然相对CAD，Rhinoceros绝对是跨越式的成长，正如高迪所说，“直线属于人类 曲线属于上帝”。Rhinoceros是跨越式的工具，让我们可以驾驭曲线和异形的世界，让更多异形的建筑成为可能。
7、现场勘察及物业阶段
7.1轻量化漫游
轻量化的全景模型(见图18)，可以在现场勘察中得到更方便的应用，在手机的网页界面查看设计意图与现场差异。仿真模型可以大大节省管理人员翻查图纸的时间成本。
7.2 BIM技术：智能建筑的数字化核心
全专业BIM模型，不仅可以在设计阶段提供专业交圈。还可以在后期的物业管理中发挥其重要作用。
(1)物业在维修管道线路时，很多信息隐藏在外装饰层内部。以前我们只能通过现场拆卸查看内部情况，但是通过BIM技术可以直接在模型中进行查看，从透视视角给出最优的维护方案后进行维修检查。
(2)由于竣工后很多纸质文件留存困难，并且各个专业人员流动及原图纸指向不明，导致经常出现材料无法确认生产厂家、型号、尺寸等情况。这些所有信息都可以留存在BIM模型中。例如下图所示，如果后期玻璃破碎，可以清晰查找原片的尺寸、厂家、产地、参数、成本等信息。只要留存一份文件，就可以快速找到想要得到的信息。这也是为什么Revit作为时代新宠的信息化模型，逐渐取代Rhinoceros的一方面原因。
8 结语
BIM的应用已经不再局限于可视化模型阶段，更多的是对整个项目的信息化管控。纵向贯穿整体项目时间轴，从概念、方案、设计、招标、施工、物管的整个工作链条。管控于阶段中效果、造价、落地性、信息性的作用;横向连通，完成主体建筑结构、水电暖、幕墙、精装、景观、灯光等专业的完整交圈。其作用早已经不局限于一个三维模型，而是整个项目的全专业链管理。其准确性和可视度是远高于传统工作组织形式，可以使管理者高效的发现问题并解决问题。但是，BIM是做为一个更便捷的工具，而不是万能的，开发扩展、智能化、便捷化、也在逐渐完善和进步。实际的应用还是需要依靠足够的设计、施工、成本管理经验及材料厂的加工能力作为基础，同时也需要各专业和部门的BIM人员相互配合。人才短缺，这也是现阶段BIM能力不能全开的瓶颈之一。
综上所述，BIM在智慧城市数字孪生建设中的实践应用以信息数据为核心、以模型为基础，进行虚拟仿真、动态可视、协同作业，大大提高了城市的可持续发展能力，也为智慧城市的不断向前发展奠定了可靠的数据模型基础，使城市建设发展决策的科学性有了高标准的技术保障。
参考文献
[1] 中国人民共和国建设部 . 金属与石材幕墙工程技术规范：JGJ 133-2001[S] .北京：中国建筑工业出版社，2001.
[2] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑门窗幕墙用钢化玻璃：JG/T455-2014[S] .北京：中国标准出版社，2014.
[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑玻璃应用技术规范：JGJ 113-2015[S] .北京：中国建筑工业出版社，2015.
[4] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局，国家标准化管理委员会.建筑幕墙：GB/T 21086-2007[S] .北京：中国标准出版社，2014.
[5] 中华人民共和国住房和城乡建设部.建筑结构荷载规范：GB 50009-2012[S] .北京：中国建筑工业出版社，2012.
作者单位：沈阳正祥装饰设计有限公司
