BIM技术在轨道交通沿线高层办公楼幕墙工程中的应用

DOI:10.3969/j.issn.1004-4655.2018.03.002

CHINA MUNICIPAL ENGINEERING

Ｎｏ．３　（Ｓｅｒｉａｌ　Ｎｏ．１９８）

Ｊｕｎ．　２０１８

ＢＩＭ技术在轨道交通沿线高层办公楼幕墙

工程中的应用

张 俊 松

(上海市北高新集团有限公司,上海 200436)

摘要：在高层办公楼幕墙工程实施过程中，为解决轨道交通沿线施工困难，运用BIM技术可视化体现建筑设计理念和要求，展示迅速直观，可及时发现问题，解决各类碰撞冲突，准确计算工程量，有效分析和组织不同材料的生产、运输、加工及装配。最后进行4D施工模拟，展现实际施工步骤，优化施工顺序，精确指导施工，为项目参与各方提供更好的服务。

关键词：轨道交通沿线；高层办公楼；幕墙工程；BIM应用

中图分类号：TU201.4 文献标志码：B 文章编号：1004-4655（2018）03-0004-04

1 轨道交通沿线项目特点1.1 区域位置

该项目为上海市中心轨道交通沿线高层办公楼，建设地点位于静安区北路以东、曲阜路以南、苏河湾项目以西、南侧是四行天地里历史建筑改建商业项目。建设用地面积5 705 m2，地块总建筑面积27 493 m2，其中地下5 568 m2，地上21 925 m2。建筑地上14层，地下2层，建筑高度79 m（见图1）。

运营，以及轨道交通乘客出入的安全，项目施工阶段位移监测要求严格，维持轨道交通侧结构稳定，减小对轨道交通原有管线及轨道交通4处排风井的影响。由于城市中心区施工场地面积狭小，塔楼西侧幕墙结构位于轨道交通车站投影线正上方，已与现有的轨道交通风井重合，重型施工设备无法在有限区域内有效率地展开施工，且场地内物料难以堆放。针对上述施工困难，本项目在幕墙工程施工中采用BIM技术，运用可视化特点，克服传统2D图纸的局限，在各个阶段统筹协调各专业问题，指导幕墙的设计、安装、定位、加工等，特别强调精细化施工，全面提高工作效率。1.2 幕墙形式

该工程建筑外立面采用非透明幕墙与透明幕墙结合的形式，透明幕墙采用中空Low-E玻璃断热

图1 高层办公楼项目建筑效果图

铝合金系统，提高保温性能；外立面结合造型，设计外遮阳设施，提高节能效率；屋顶和外墙非透明部分采用外保温系统，选用高性能的岩棉保温板。

该项目幕墙形式多样、施工区域大、幕墙系统种类多，对幕墙深化设计、构件加工及现场施工提出较高要求，常规2D制图难以满足。该项目幕墙工程以装配式模式为主、传统模式为辅，通过利用专业的工厂设备和生产工艺，实现幕墙的结构、保温、防水及外装饰等一体化的大板块在工厂加工，大板块组件在项目现场与主体结构经过连接固定

项目地块紧贴L8曲阜路轨道交通站台结构，地下室结构与轨道交通结构最近水平距离2.2 m。地面现有使用中的4个3.5~5.5 m轨道交通风井，以及2个人流密集的轨道交通人行出入口；北侧临近轨道交通L12。为保证施工期间轨道交通的正常

收稿日期：2018-04-09

作者简介：张俊松（1974—），男，高级工程师，本科，主要从事房地产开发项目管理、BIM应用等领域工作。

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即可完成幕墙的安装，装配式幕墙的分格构造有规律，板块模数更统一。以典型的FS1单元半明框玻璃幕墙系统举例如下。

该幕墙系统为建筑4层上单元式幕墙，采用竖明框断热铝合金型材（见图2），玻璃采用“6+1.52PVB+6Low-E+12Ar+8半钢化夹胶Low-E中空（充惰性气体）钢化玻璃”，采用明框压板及结构胶方式与幕墙龙骨可靠连接固定。单元板块采用可3D调节的铝合金挂码系统与主体结构可靠连接。在结构梁顶、底设有“1.5 mm镀锌钢板（四周注有防火密封胶）+100 mm防火岩棉”的防火封堵，主体结构实体部分满足800 mm的要求。在层间梁位置设有“2 mm粉沫喷涂铝合金背板+60 mm保温岩棉”。竖向按建筑设计有出挑250 mm的竖向明框。 竖向外装饰出挑尺寸为250 mm； 典型板块尺寸：1 500 mm×4 500（2 700+900+900）mm，1 500 mm×5 800（2 200+2 100+1 500）mm。

图2 幕墙东立面图

1）玻璃类型。GL-1：“6+1.52PVB+6Low-E+ 12Ar+8半钢化夹胶双银Low-E中空半钢化夹胶玻璃”；GL-1.1：“6+1.52PVB + 6Low-E+12Ar+8半钢化夹胶双银Low-E中空半钢化夹胶玻璃（后衬粉末喷涂铝合金背板及60 mm保温岩棉）”；GL-1.2：“8Low-E+12Ar+8钢化双银Low-E可击碎玻璃”。

2）铝型材。6063-T5、6063-T6铝合金断热型材，室外表面氟碳喷涂，室内表面氟碳喷涂。

3）钢结构。Q253B室内外可视区域采用氟碳喷涂，并满足消防要求；Q253B室内外非可视区域采用热浸镀锌，并满足消防要求（见表1）。

表1 FS1系统幕墙主要性能设计指标表

性能类别

性能指标

满足DGJ 08-56—2012《上海市建筑幕墙工程技术规范》要求,抗风压性能指标值＞W能指标值＞k，且墙面抗风压性

抗风压性能21.0 kN/m2,墙角边抗风压性能指标值＞1.5 kN/m；满足GB/T 21086—2007《建筑幕墙》中的3级要求,即2 kPa≤P3＜2.5 kPa 满足GB/T 21086—2007《建筑幕墙》中的3级要水密性能

求,即固定部分100 Pa≤△P＜1 500 Pa，开启部分500 Pa≤△P＜700 Pa

满足GB/T 21086—2007《建筑幕墙》中的3级要求，气密性能即幕墙整体部分1.2m3/（m2·h）≥q分2.5m3/（m·h）≥q1.5m3/（m·h）

A＞0.5，开启部L＞热工性能

透明部分（玻璃幕墙）传热系数≤2.2 W/（m2·K），不透明部分传热系数≤0.8 W/（m2·K）

空气隔声 满足GB/T 21086—2007《建筑幕墙》中的3级要求，性能即声音平均透过损失35 dB≤RW＜40 dB

平面内变形 满足GB/T 21086—2007《建筑幕墙》中的3级要求，性能即1/200≤γ＜1/150

注：W指标，Pa；R为风荷载标准值；Pq3为抗风压性能分级指标；P为水密性能A为幕墙整体气密性能指标，m33/（m2·h）；qRL为开户部分气密性能分级指标，m/（m·h）；标，dB；γ为建筑幕墙层间位移角

W为空气声隔声性能分级指该幕墙系统的玻璃面板、龙骨及连接部位的结构受力要满足现行国家规范及行业要求，幕墙的龙骨采用6063-T5、T6系列铝合金型材，连接螺栓采用A2-70(内部)或A4-70（外部）不锈钢紧固件、埋件的受力满足结构计算要求。幕墙主要性能设计值经验算符合相应设计指标。2 高层幕墙BIM模型建立

在幕墙设计中，可视化BIM技术能够直观表达建筑效果，确保建筑信息完整性和有效性，弥补2D设计的缺陷和不足，正确、真实传递业主及建筑师的要求与设计意图，直至构件加工的深度。首先，运用Autodesk Revit软件建立项目的BIM基础模型，包括建筑模型、结构模型、设备模型。其次，依托BIM基础模型，深化幕墙设计,把建筑幕墙构件的各种真实属性通过参数的形式进行模拟、计算

和统计，可以附加除几何形状以外的一些非几何属性，如构件的材料、材料的热工性能、构件的造价、采购信息、重量、安装编号等。完成幕墙深化设计后，在幕墙板块内注明加工、运输、安装和顺序信息，单元面板、龙骨框架、非常规型材等构件依据数据规划进行唯一编码[1]，装配出整体建筑的幕墙模型（见图3）。

在深化设计阶段，使用Rhino软件建立外幕墙表皮模型， 配合Grasshopper插件，实现参数化建模，使修改模型变得相当容易快捷。通过链接功能，在Rhino软件里的修改内容能够马上导入到Revit软件，与建筑结构模型整合为一个整体。在Revit

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软件里建立幕墙分格和各种构件模型，将幕墙表面划分成一个个网格和一个个幕墙嵌板，幕墙嵌板再细分成各种幕墙构件。幕墙构件模型主要包括幕墙金属板、幕墙龙骨、幕墙预埋件、龙骨上墙支座及各种安装附件等内容[2]。依据深化节点大样图创建模型，展现可视化构造，降低施工人员理解误差。

图3 建筑幕墙模型示意图

3 高层幕墙BIM碰撞检测

项目幕墙施工在主体结构完成后开始，计划与机电工程并行施工。幕墙系统与土建结构不同，所允许的偏差更小、精度要求更高。同时将幕墙BIM模型与钢结构、结构模型深化整合，进行碰撞检测及设计校核。化解设计冲突，包括：幕墙与土建的冲突，如结构梁的尺寸和幕墙预埋板件的位置问题；化解幕墙与机电的冲突，如幕墙与照明线路和灯具布局问题；化解幕墙和精装的冲突，如幕墙开启窗扇和房间位置关系等。

根据Revit软件预先创建族文件，设定一系列可变参数，自动生成幕墙模型的剖面图、轴侧图，构件之间具有关联性、反馈性。当修改某个构件、调整对应参数时，与该构件相关视图将自动更新，直观得到调整结果[3]。然后将Revit模型导入到NavisWorks软件中，通过设定碰撞形式的方法确定偏差范围，对需要碰撞检测的构件进行碰撞分析，形成冲突分析报告。以BIM模型作参照、以视频作交流，经过反复验证，进行修改优化，直到无碰撞为止，最终形成模型。

该项目BIM模型经过碰撞检测，发现主要冲6

突是套管未开洞或开洞有误、墙梁板开洞错误或未开洞、相互碰撞或硬冲突、预留空间不足、图纸错漏等五大类。利用BIM技术，发现设计施工问题共计108处，其中套管未开洞、开洞有误18处；墙梁板开洞错误或未开洞13处；相互碰撞或硬冲突25处；空间不足11处；图纸错漏41处。例如碰撞检测发现，A、B轴的一层结构梁与地下一、二层的竖向幕墙构件发生冲突。为保证幕墙构件安装，对该梁的施工图进行修改，改为与地墙相连接，减小尺寸； 竖向幕墙立柱作调整，解决冲突问题4）。

图4 BIM幕墙相关冲突分析报告示意图

4 高层幕墙BIM工程精确算量

项目组成幕墙材料种类较多，包括面板（玻璃、铝板、石材）、龙骨（铝型材、轻钢龙骨）、配件附件（把手、胶条）等[4]。以幕墙板块方式建立BIM模型可输出板块数据，迅速统计出不同种类板块及配件的数量，包括几何数据及物理信息数据等。对于比较复杂的幕墙构件，BIM模型非常直观地看到建筑物的空间结构，可随意剖切不同标高的平面和不同位置的剖面，帮助施工人员精确定位幕墙构件。同样，利用Revit软件强大的信息统计功能，对每一个幕墙构件、嵌板进行编号，并对其定位坐标、颜色、材质、加工尺寸和到场时间等信息进行统计梳理，方便快捷导出板块清单、材料清单。通过BIM模型统计的工程量，再与现场实际用量进行对比， 查看是否有偏差， 找出偏差原因（见图5）。

（见图张俊松：BIM技术在轨道交通沿线高层办公楼幕墙工程中的应用

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图5 幕墙算量模型示意图

Revit软件中的工程量信息不符合GB 50500—2013《建设工程工程量清单计价规范》和建设工程定额对建筑物构件分类、编码和工程量计算等规定，BIM工程量计算存在一定问题。如：墙、楼板、柱按实际绘图尺寸生成工程量，与任何构件搭接时的重叠部分均不减少各自的工程量；梁与其他构件搭接时，均将梁的工程量扣减掉重叠部分体积；其余构件互相搭接时，各自的工程量均不扣减重叠部分体积等。

上述解决信息传递问题的途径：首先，利用工程量计算插件自动读取设计BIM模型中所有构件的IFC属性信息；然后，进行插件处理计算；最后清单项目列项，导入Excel生成构件工程量。为将BIM模型中每一类需要统一计量的构件明确区分，构件的IFC属性信息包含4个方面：建筑构件细化分类（构件名称、所属族）、几何特征、材料信息、施工信息。通过上述信息整合使某个建筑构件所属的工程清单项目列项具有唯一性[5]。5 高层幕墙BIM精细化加工

幕墙系统大量采取工厂定制的生产方式，设计与制造紧密结合， 且跨越建筑和机械加工2个领域。基于BIM的深化设计强调数据链的可继承性，以BIM模型为载体，不但获取上游的造型数据，且可精准配合加工生产。利用BIM模型导出2D图纸，获取数据信息。各种材料由不同专业材料厂家生产，运到幕墙加工厂进行二次加工或组装，大大缩短各环节之间的等待周期，确保信息的准备性。通过不同生产厂家的协同设计，在幕墙设计阶段即可落实材料生产加工问题。

在幕墙单元板块组装时，使用Autodesk Inventor软件，根据幕墙单元板块特点，针对组装工艺，对单元板块组装流程进行仿真分析。Inventor软件将2D CAD图纸和3D模型数据整合

到单一数字模型中，生成最终产品的虚拟数字模型，便于在实际制造前，对产品外形、结构和功能进行验证。

6 基于轨道交通保护的高层幕墙BIM施工模拟

针对现有轨道交通结构的保护要求高，轨道交通结构的沉降（或隆起）变化累计量和水平位移变化累计量不超过10 mm，水平直径收敛变化量累计不超过10 mm；施工引起的轨道交通结构变形限定

为3 d同方向变量不超过5 mm/d。地面现有使用中的4个3.5~5.5 m轨道交通风井，以及2个人流密集的轨道交通人行出入口，2至4层悬挑钢结构与玻璃幕墙结构梁底标高10.05 m，轨道交通风井的顶标高与梁底标高距离近、施工难度大。

为此，项目采用NavisWorks软件分步骤进行施工模拟：首先，模拟出施工过程中幕墙构件、单元组件的开始外观、结束外观及其相应的过程变化；将施工安装动画关联到单个组件安装的任务上，实现施工过程的完全模拟仿真。其次，通过4D模拟进行虚拟预演和进度分析，按照幕墙单元、构件安装的先后顺序，分析其每日的工作进度；根据现场的施工进度，与计划进度、工期要求进行对比分析，进而对下一阶段的安装进度调整。最后，优化单元幕墙的施工方案，确定诸如施工放线定位、垂直运输等具体措施和工艺，优化施工作业流程，合理安排幕墙施工计划和安装工作顺序，科学、合理、规划现场场地，合理安排施工工期，提高安装质量。7 结语

项目在高层办公楼幕墙工程实施过程中，为解决轨道交通沿线施工困难，充分运用BIM技术，可视化体现建筑设计理念和要求，展示迅速直观，可及时发现问题，解决各类碰撞冲突，准确计算工程量，有效分析和组织不同材料的生产、运输、加工及装配。最后进行4D施工模拟，展现实际施工步骤，优化施工顺序、精确指导施工，为项目参与各方提供更好的服务。参考文献：

[1] 王斌.复杂幕墙系统的BIM实践[J].建筑技艺,2014(5):32-43.[2] 杨向良，王晴.浅谈BIM在幕墙上的应用来源[C]//:2016年会论

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[4] 葛清.BIM第一维度——项目不同阶段的BIM应用[M].北京:中

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[5] 林韩涵,周红波,何溪.基于BIM设计软件的工程量计算实现方

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