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摘要：隨著BIM技術的逐漸普及，設計逐步從二維設計圖紙，轉化為三維數字化設計的領域，并隨著各專業的BIM逐漸成型，BIM云平臺的構架進入實際應用的階段。在異形建筑的領域Rhinoceros和Grasshopper，依然承擔著主要的建模工作。但隨著Autodesk Revit在BIM構架中的逐步完善。使得BIM不僅僅在完成異形建筑的領域將建筑落地，更進一步讓建筑結構、水電暖、精裝、景觀、燈光等相關專業共同形成一個整體的構架體系，將各專業之間的交圈落地成為可能。這樣可使工程設計縮短約30%，通過即時反饋機制加速設計迭代，提高設計效率。同時施工減少現場變更約90%，施工精度提升至毫米級，從而顯著降低拆改變更成本。
關鍵詞：異形檐口;龍鱗造型幕墻;樹狀花柱造型
1、引言
隨著幕墻顧問服務工作的逐漸深入和擴展，以及人們對審美的需求更加多元化。現代建筑的設計不僅僅止步于求高求大的體量沖擊，同時對視覺藝術和異形空間美感產生更多的興趣。
本文以沈陽正祥顧問所服務的南寧未來方舟項目為例，通過異形主售樓處檐口、龍鱗造型幕墻、樹狀花柱造型三點。闡述BIM在幕墻顧問服務中的作用與價值，并展望未來的發展
2、工程概況
建設地點及工程概況:廣西省南寧市。工程地址:北臨良玉大道,東側為平樂大道。
項目規模:本項目總建筑面積 6094.72㎡,其中地上建筑面積3091.76m2,地下建筑面積3013.25㎡
3、方案概念階段：仿真效果
在方案與概念階段，BIM可以通過仿真效果及人行視角漫游。給予方案更好的決策。通過模型的調整方式對與體量、色彩、光線進行真實模擬對比，可以更快速、更準確、更清晰的對方案效果進行最優決策。
【1】體量決策：對與檐口的體量進行判斷對比。5m、6m、7m三種規格檐口的體量對比。(見圖2)
【2】系統決策：BIM仿真模型，可以對重要位置進行多方案仿真比選。如圖所示(見圖3)，對于正立面12m高的全玻幕墻進行多個系統的比選。在方案前期敲定效果需求。
4、設計深化階段：Revit、Fuzor、Enscape在專業間交圈中的應用
4.1與主體鋼結構的校核
在異形構造的幕墻中，我們既希望主體鋼結構與造型距離近一些，從而減少懸挑的難度及視覺效果的纖薄體量感。又擔心鋼結構和造型產生干涉。
在這種要求下，我們就需要進行各專業間的合模交圈。首先我們會在Rhinoceros中建好的模型轉到Revit中。然后通過一個專業的中心點統一其他專業的中心點。合模后我們就會得到一個各專業在一起的完整工程模型。之后載入到Fuzor中，可以自動進行碰撞檢測和分析報告。但是Fuzor的渲染能力比較有限。雖然可以完成各方檢測及漫游行走，但是真實性仍然達不到仿真的程度。(見圖4)
所以我們通常使用Enscape或者UE5進行仿真渲染處理。在仿真的模型下，讓設計師和管理者對效果的把控更加便捷。同時，也能把施工可能產生的碰撞問題，在設計階段快速發現并解決。
校核出現的問題，顧問通過梳理后分專業進行溝通對接，并按流程整改。(見圖5)
4.2 與土建、機電結構的校核
土建常規結構的表達都是在CAD中表達本層結構，對于異形情況，在本層平面無法表達漸變邊界的時候很容易出現干涉錯誤，如下圖所示。CAD表達的平面梁位置看起來并沒有什么問題。
但是到Revit合模空間(見圖6)時就會出現明顯的干涉。表面半透明處理后，可以清晰看到需要底部梁進行漸變處理。
當然，如果我們在Enscape(見圖7)仿真模型漫游時候則會更加的明顯。在仿真的環境中，我們可以更直觀的察覺到存在的問題。
4.3與景觀的校核
與景觀樓梯和地面找坡的交接位置也是經常出現問題的地方(見圖8)。在本項目的下沉廣場仿真模型中，可以清楚看到模型中樓梯深入欄板下口鋁板的狀態。在實際施工中如果景觀后施工是不會深入鋁板內的，但是設計遺漏就會使得現場硬接。沒有構造的遮丑處理，人視角度就會無法完成一個精致的作品。
小結：此類問題在項目設計階段我們共找到18處。因為異形的存在，這些干涉基本是在CAD審圖中很難察覺到的。這些問題如果只是在CAD中表達，現場按圖施工，在一般項目中出現以上問題，基本兩種解決方案：1、時間及成本充足，拆改結構;2、時間緊迫舍棄部分效果更改造型。此時如果涉及主受力梁柱的情況，會造成拆改困難或成本極高，會迫使項目選擇方案2。如此一方面會折減項目的精致度，另一方面也是設計效果的遺憾。即使項目有很大的決心對效果追求選擇了方案1 。涉及到主受力梁柱，這種拆改或者后植筋后加固，整改的周期和成本也是極其巨大的。
在本項目中。設計階段的預先處理，有效縮短施工周期約30%時間。同時減少約90%拆改和變更帶來的效果損失和經濟損失。其經濟效益價值遠超BIM設計費用。同時對于當下市場，市場變化快，開發周期短，客戶品質需求高。導致現在市場上運行的加急工程，搶形象工程，在極限甚至過度的壓縮顧問設計時間。這也是導致項目設計效果難以達到預期效果的重大因素。前期給予顧問更多的時間對工程潛在質量的影響是無法估量的。
5、招標階段
招標階段，BIM模型可以作為圖紙的輔助資料。彌補圖紙中交接表達不全的情況。同時可以導出主材的材料清單復核招標清單用量。
在招標階段可以從BIM中直接導出主材工程量清單(見圖9 a)，做為項目合約工作的參考文件。同時異形幕墻對造價顧問的算量和對項目的理解也同樣存在困難。造價顧問可以在模型中點擊提取模型信息，獲取單獨的面積(見圖9 b)。如果成本顧問有BIM造價測算能力，可以直接在模型信息中輸入相關測算的平米單價。完成后可以直接導出整體項目的總控成本及造價。同時如果有漏算部分，在導出表格后會呈現：有分項、有面積、無價格的情況。可以及時補充，有效避免測算中漏項的情況。這也是BIM中Revit逐漸取代Rhinoceros的原因，Revit所附帶的模型信息，讓BIM模型不僅為設計部門提供便利，同時也提高了合約、項目、物業部門的準確性、高效性、可追溯性。
同時也要提一下，部門間縱向工作的完整，是需要各個部門都具備BIM能力為前提的。在現階段大多項目，BIM還僅存在于設計部中，且有些項目的設計部對BIM也并沒有很高的管理能力。所以能造成BIM的全項目部門貫通出現瓶頸，BIM模型深度，市場中良莠不齊，BIM設計報價混亂，低價中標，低價質量的市場現狀。
6、施工階段：Rhinoceros和Grasshopper在異形建筑應用的實現
6.1 異形檐口
本項目售樓會所部分，設計理念是以未來氣息作為整體的設計語言。其中：【未來】體現于棱角分明的現代科技感，大面板塊的應用。而【方舟】則采用各種懸浮體塊，形成一種未來科技戰艦的視覺沖擊。通過大板塊玻璃透視的應用及具有穿透力的灰色空間。打造整體具有“穿越時空”的體驗感。
作為幕墻的設計落地，有兩處難點。
【1】12m全玻璃幕墻，頂部窄邊，呈現大視口的空間感受。
【2】本項目采用大量金屬尖角的應用。作為未來氣息濃郁的建筑，大量的尖角應用會將棱角更加凸顯出來，從而形成更加強烈的視覺沖擊，有如身臨其境的感覺。然而這種視覺沖擊體現，來源于所有的線條交圈的規整，同時包括燈槽的交圈(見圖10)。本項目各檐口點位都是空間點位，整體通過漸變面完成給建筑豐富的體量設計感，雖然通過型材可以很好的表達尖角的位置，但是需要在不同角度和空間下完成七條邊的交圈，是不可能在CAD這種二維空間完成的。項目通過Rhinoceros進行建模，Grasshopper進行擬合，以一層雨棚的尖角和燈槽左右設計基準線，對其他6條線進行交圈。控制尖點和燈槽點在200mm-300mm位置，完成燈槽的無接差交圈。在白天通過尖角表現建筑的力度，晚上通過泛光燈槽體現其體量輪廓。從視覺感受上，夜間會放大這種未來的懸浮感。
工作流程：首先在模型中進行交圈(見圖11)，然后反推到CAD輪廓，進行構造設計(見圖12)，最后現場根據犀牛點位利用全站儀放點安裝實現方案效果需求(見圖13a)保證效果實際竣工落地(見圖13)。
6.2 龍鱗造型幕墻
龍鱗造型是中國傳統文化的一種經典體現。設計顧問采用異形面加單塊折板呈現的龍鱗造型，此造型可以在二維圖紙中，表現出構造做法，通過掛接的形式保證六向可調和密封銜接。但是如何保證轉角（詞條“轉角”由行業大百科提供）和四面角位置的整齊，是無法通過想象和現場放樣來實現的。顧問通過Rhinoceros中進行建模對邊角位置進行修正擬合。最后鋁板廠直接用Rhinoceros的模型進行拆模，毫米級精確下料，并進行加工標號。現場根據標號安裝，大大縮短了設計、生產、加工、安裝的時間，并且能夠很好的控制交接的誤差，高度還原建筑師追求的理想效果。
設計顧問與生產的配合。在Rhinoceros修正完畢后，到鋁板工廠加工。鋁板工廠會根據實際設備（詞條“設備”由行業大百科提供）的加工能力對模型中轉角位置的極小板多面焊接板進行校核，提取其中無法加工的部分反提到設計顧問。設計顧問在與建筑師對于效果討論后進行板塊的擬合。保證所有板塊加工落地。所以往往一個精品項目并不是看起來那么一帆風順，往往需要不斷打磨，BIM往往能在打磨中呈現高效有序的狀態，但并不適合過度神話。
6.3 樹狀花柱造型
下沉廣場的樹干造型是對主體支撐鋼柱的藝術化呈現。以萬物生長的樹狀造型將立柱和平臺完美的結合在一起。同時用星光燈，呈現出叢林秘境的浪漫夜晚效果。
然而對于幕墻而言，也是一項充滿挑戰的設計效果。樹干到頂部的展開面，每個三角形都是獨立的一個空間面，一個三角面的偏離，就會在過渡中出現明顯的不平整，所以既要保證安裝的角度尺寸連接，又要保證縫隙的均勻，才能最好的詮釋這種效果預期。
首先從幕墻顧問的角度。設計主體受力鋼梁，每塊三角板設置獨立的鋼副框。主受力鋼梁與每塊三角板通過萬向球和螺桿控制空間點位的調節。從而完成此效果的呈現。接下來就是最重要的問題，如何控制燭點的空間點位和每個三角板的尺寸。
以方案提供的SU模型作為效果基礎。導入Rhinoceros中后，進行復刻建模。因為SU會在導入后變成多個矩形板，所以需要再Rhinoceros中逐個剪切，同時在過渡位置(豎向柱子和展開花形的交接位置)需要更柔和的過渡。這時候就需要Grasshopper發揮邏輯優勢，交接位置直接完成互相剪切，保留向外位置的逐個都是完整的平滑的三角面，在交接位置進行重新擬合分割，對極小板進行整合。將板子裁剪成可實現的柔性過渡效果。與此同時三個樹干在吊頂的分縫關系中也有著對應的縫隙點位關系。在模型中進行微調對縫。最后對所有三角板進行縮尺縫隙的裁剪，我們就得到了每塊板的理論尺寸及空間點位。
將模型提供到鋁板廠，拆模形成每塊鋁板的加工圖，并逐個編號。工廠進行預組裝完成后，運輸到現場通過全站儀進行打點、安裝。我們就得到了漂亮的樹狀花柱。
設計與施工的深度配合：
1、鋁板加工能力的反復打磨，下部主樹干和散花交接的位置是眾多小塊鋁板交錯的地方。其中出現極小銳角加工不出來的情況(見圖16放大圖)。此位置也是通過反復與建筑師及加工廠討論優化，調整模型，最終完成設計理想與現有加工能力的協調統一。
2、花狀結構落地，在設計中已經充分考慮了各塊鋁板的可調能力。但是實際施工中還是出現了安裝上墻后，調節吃力的情況。畢竟在空間位置上，頂部的背面工人操作空間有限，且存在高空危險，背面效果和正面效果可視同步性也比較差。造成多次調節對縫無果的情況出現。大家都明確板子尺寸對，序號對。但是就是對不上縫。為處理施工難度，重新調整思路。把整個鋼架落到地面，在地面完成所有鋁板與框架的安裝及調整工作。在整體調整滿意后，再實行整體花架起吊。這樣只要在高空確定平面高度和定位尺寸就方便多了。如此完成了施工落地(見圖17)。
小結：Rhinoceros基本是異形建筑必不可少的應用軟件。對于模型生成及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。同時隨著BIM云平臺的市場普及。Rhinoceros和Revit的轉換交互也變得更加的方便。BUG率也在很大程度上減少。所以建模中，我們習慣采用Rhinoceros進行正向設計一些異形建筑。Revit快捷的設計一些平整構造。最后鏈接，完成模型完整化。這也是現階段BIM應用中比較快捷高效的邏輯手段。Rhinoceros雖然信息化不及Revit。但是更能滿足現階段異形幕墻的設計構造需求和正向設計手段，同時從設計到加工落地的產業鏈條也非常成熟。基本不必因技術壁壘的原因大幅遠程的尋找加工廠，更加便捷的完成項目的進度需求。當然相對CAD，Rhinoceros絕對是跨越式的成長，正如高迪所說，“直線屬于人類 曲線屬于上帝”。Rhinoceros是跨越式的工具，讓我們可以駕馭曲線和異形的世界，讓更多異形的建筑成為可能。
7、現場勘察及物業階段
7.1輕量化漫游
輕量化的全景模型(見圖18)，可以在現場勘察中得到更方便的應用，在手機的網頁界面查看設計意圖與現場差異。仿真模型可以大大節省管理人員翻查圖紙的時間成本。
7.2 BIM技術：智能建筑的數字化核心
全專業BIM模型，不僅可以在設計階段提供專業交圈。還可以在后期的物業管理中發揮其重要作用。
(1)物業在維修管道線路時，很多信息隱藏在外裝飾層內部。以前我們只能通過現場拆卸查看內部情況，但是通過BIM技術可以直接在模型中進行查看，從透視視角給出最優的維護方案后進行維修檢查。
(2)由于竣工后很多紙質文件留存困難，并且各個專業人員流動及原圖紙指向不明，導致經常出現材料無法確認生產廠家、型號、尺寸等情況。這些所有信息都可以留存在BIM模型中。例如下圖所示，如果后期玻璃破碎，可以清晰查找原片的尺寸、廠家、產地、參數、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。這也是為什么Revit作為時代新寵的信息化模型，逐漸取代Rhinoceros的一方面原因。
8 結語
BIM的應用已經不再局限于可視化模型階段，更多的是對整個項目的信息化管控。縱向貫穿整體項目時間軸，從概念、方案、設計、招標、施工、物管的整個工作鏈條。管控于階段中效果、造價、落地性、信息性的作用;橫向連通，完成主體建筑結構、水電暖、幕墻、精裝、景觀、燈光等專業的完整交圈。其作用早已經不局限于一個三維模型，而是整個項目的全專業鏈管理。其準確性和可視度是遠高于傳統工作組織形式，可以使管理者高效的發現問題并解決問題。但是，BIM是做為一個更便捷的工具，而不是萬能的，開發擴展、智能化、便捷化、也在逐漸完善和進步。實際的應用還是需要依靠足夠的設計、施工、成本管理經驗及材料廠的加工能力作為基礎，同時也需要各專業和部門的BIM人員相互配合。人才短缺，這也是現階段BIM能力不能全開的瓶頸之一。
綜上所述，BIM在智慧城市數字孿生建設中的實踐應用以信息數據為核心、以模型為基礎，進行虛擬仿真、動態可視、協同作業，大大提高了城市的可持續發展能力，也為智慧城市的不斷向前發展奠定了可靠的數據模型基礎，使城市建設發展決策的科學性有了高標準的技術保障。
參考文獻
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作者單位：沈陽正祥裝飾設計有限公司
