桥梁幕墙屏(基于 BIM 技术的幕墙设计特点)

一、参数化设计

BIM 参数化设计是把幕墙设计的全要素都变成某个函数的变量，通过改变函数，或者说改变算法，驱动幕墙形体改变从而获得不同的建筑设计方案。

幕墙设计作为一门建筑艺术，从根本上来讲，具有反对逻辑的基因。美学理论也曾讲过There is no debate for taste, 遵循固化思维将找不到艺术的殿堂。但参数化设计同传统的建筑设计并不矛盾， 参数化设计是面向未来的， 其生成的许多形式， 是无法预想到的，反而可以作为设计师的一个具有启发性的工具。

BIM 的参数化设计将建筑幕墙构件的各种真实属性通过参数的形式进行模拟和计算，并进行相关数据统计。在建筑信息模型中，建筑幕墙构件并不仅仅是一个虚拟的几何构件，而且还附加了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。BIM参数化设计的意义在于可以针对不同的设计参数，快速进行造型、布局、节能、经济、疏散等的各种计算和统计分析，优先采取最合适的设计方案。这是 BIM 的参数化设计与一般只能实现几何造型的参数化设计不同之处（图3）。

值得一提的是，参数化和参数化设计的概念并不相同。参数化是指 BIM软件的建模能力，其是实现参数化设计的重要保证。适用于幕墙设计的 BIM 软件，首先应该能够提供 “精准”的BIM 建模能力， 以保证诸如圆形开洞、 折弯件等小型 BIM 构件的建模精度在工厂加工。

可允许的误差范围之内。美国建筑师学会（ AIA - American Institute of Architects ）使用模型详细等级（ LOD - Level of Detail ）来定义 BIM 模型中的建筑构件的精度， BIM构件的详细等级可以随着项目的发展从近似的模型逐步演变到建成后的精确的模型， 模型精度从粗到细，依次为：LOD100. Conceptual 概念化模型；LOD 200. Approximate geometry 近似构件（方案及扩初） ；LOD 300. Precise geometry 精确构件（施工图及深化施工图） ；LOD400.Fabrication 加工模型 LOD 500. As-built 竣工模型。一般建筑设计只要达到LOD100~LOD300的模型精度即可完成设计交付，但对于幕墙设计，为了保证幕墙的设计交付模型能够在后续的工厂加工得到应用， BIM软件的建模能力应达到 LOD400的标准，这并不是任何一个 BIM 软件都具备的参数化建模能力。

二、基于知识的可视化设计

基于 BIM技术的三维虚拟设计环境将设计信息、 模拟信息快速地传递给项目协作伙伴，提高了协作方的沟通效率， 实现了所见即所得， 减少了因设计返工带来的经济损失。可视化可用于诸如幕墙边角、洞口、交界处、梁底收边等细部构造节点的设计交底，此外，通过可视化的展示，可以快速发现各专业之间的矛盾，有助于提高设计的质量。

BIM 的可视化是通过实体构件的信息自动生成的（图 4）。我们可以自动生成幕墙模型多个视角的剖面图、轴侧图来传递信息，这种“立体墙身”中的构件之间具有关联性、反馈8性。当幕墙工程师修改了某个构件， 与该构件相关的所有视图将自动更新， 我们不再需要去分别修改平、立、剖。BIM的这种“关联”可视化特性，不但提高沟通效率，而且提高了设计工程师的工作效率，解决了长期以来图纸之间的错、漏、缺问题。

三、“自顶向下”的设计

幕墙从概念设计、深化做造型设计、工厂加工到最后的安装，涉及的环节非常多，跨越了建筑和机械加工两个领域，数据往往不能顺利衔接，出现数据链条断裂的情况。基于BIM的深化设计强调数据链条的可继承性，以 BIM模型为载体，采用“自顶而下”的设计思想，不但可以精准获取上游的曲面造型数据，而且可以精准的配合加工生产。“自顶而下”的 BIM 设计，首先在设计的顶层构筑一个“顶层基本骨架” （Top BasicSkeleton ），随后的设计过程基本在该“顶层基本骨架”的基础上进行复制、修改、细化，最终完成深化设计的过程。例如项目的整个幕墙工程是最顶级的“顶层基本骨架” ，然后按照塔楼、楼层以及部位可以分拆为多个层次的“顶层基本骨架” ，各个“顶层基本骨架”能够表现该部位幕墙的几何形状和空间位置， 能够反映同其他 “顶层基本骨架” 的几何约束关系。由此，幕墙“自顶而下”深化设计展开的核心是“顶层基本骨架” ，也是多个幕墙构件之间相互联系的中间桥梁和纽带。BIM 软件的参数化建模能力是“自顶而下”深化设计得以顺利实现的基础。基于 BIM的参数化建模， 可以通过参数驱动设计结果的自动修改。参数与模型的控制尺寸有明显的对应关系， 并且具有全局相关性， 从而使得模型数据的改变在不同层次之间的传递变得唯一并即时。基于 BIM 的“自顶而下”设计主要有两个特点：

幕墙的几何造型可以方便地转化成具有真实属性的建筑构件。当我们改变参数使得几何形体发生变化的同时， 建筑构件也相应同步变化， 这就使视觉形体与真实的幕墙构件关联起来，视觉模型也就转化为真正的“信息模型” 。例如金属幕墙的深化设计，基于 BIM 技术能够按照建筑师的要求生成大型复杂曲面并方便地进行曲面表皮分隔， 把造型分割成小块的、适合批量生产的、 工艺简单的、 材料节省的曲面面板， 然后通过钣金展开成平面尺寸的图纸进行误差较小或者无误差的切割下料。而且， 基于这些具有真实属性的建筑构件， 可以帮助企业逐步丰富和完善其参数化幕墙构件库，有利于企业知识的积累和重用。