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基于BIM技术的异形幕墙(屋面)面板下料

来源:2019年会论文集  作者:曾晓武  日期:2019-7-3
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  提要:对幕墙设计人员来说,异形幕墙(屋面)面板的下料往往难度较大,耗时较长,也往往容易产生设计失误。本文通过BIM技术的应用,将异形幕墙(屋面)面板的下料变得简单,快捷,确保设计质量。
  关键词:BIM技术,异形幕墙(屋面)面板,设计下料

  前言

  设计人员遇到异形幕墙(屋面)时通常会觉得下料比较繁琐,特别是部分,往往可能一天才能下几块面板,既费时又费力,效率低还容易出错。但是,如果采用技术,异形幕墙(屋面)的面板下料可能会非常简单,可极大地提高设计效率。当然,异形屋面也是同样的道理。

  由于异形幕墙(屋面)的面板差异性太大,只能具体工程具体分析,所以本文主要阐述不规则面板的设计下料。

  1、总体思路

  首先,根据建筑师提供的幕墙分格图或建筑三维表皮模型,建立异形幕墙(屋面)的三维模型,并根据板块编号提取各个不规则面板的参数化信息,如各边长长度、相关角度、规格、材质等;其次,将异形幕墙(屋面)三维模型提取的各面板相关参数化信息输入不规则面板BIM三维机械加工模型中,通过逻辑运算,自动生成面料的加工工艺图和格式加工图;通过接口将CAM格式加工图输入相关的加工。本文主要阐述如何将异形幕墙(屋面)的面板通过BIM机械设计软件自动生成面板的加工图。

  异形幕墙(屋面)中不规则面板最常见的面材为和组框,下面分别阐述这两种面板材料如何通过BIM技术进行设计下料,希望对异形幕墙(屋面)的设计下料人员有所帮助。

  2、不规则板

  为拟合曲面,幕墙面板往往为三边形或四边形,而四边形的铝板相对来说设计难度更大,所以,本文以不规则四边形铝板为例应用BIM技术进行三维建模下料。

  我们知道,要确定一个不规则四边形,需要四个边长和一个夹角。而要设计一个不规则铝板的加工图,还需要明确铝板的厚度、铝板折边高度以及根据结构计算的最大间距明确和的位置、数量和间距等等。

  2.1 技术路线

  1) 建立不规则铝板三维机械加工模型,主要参数包括各边长长度、夹角、折边高度、铝板厚度等,详见图1;

图1 不规则铝板参数化信息及三维局部详图

  2) 按设计要求确定固定角码的间距和数量,固定角码的间距需通过函数逻辑关系运算,以确保实际间距不大于设计要求的最大间距,如固定角码的数量=1+(边长-两个角码边距)/角码最大设计间距,固定角码的间距=(边长-两个角码边距)/固定角码的数量等。铝板加劲肋间距和数量的确定与固定角码类似;

  3) 通过阵列或镜像等工具确定固定角码和加劲肋的位置和数量,生成铝板加工图;

  4) 自动生成铝板展开工艺图,并提交铝板的展开面积、面板质量等相关信息。

  2.2 实例说明

  下面通过一个具体的铝板加工实例来说明,由于不规则铝板的加劲肋布置变化太大,无法确定,故实例中省略了加劲肋的布置设计。

  1) 假设我们要自动生成一块不规则铝板的加工图,四条边长分别为1511x922x1233x1144mm,夹角为78°,其它参数详见图2。正如图中所示,不规则铝板的三维模型的外形尺寸、角码、折边等立即按参数设定的要求进行了更新生成。

图2 不规则铝板按参数要求自动生成

  2) 根据三维模型,生成不规则铝板的加工图,详见图3。从图中可见,各边长的角码间距和数量均按最大间距350mm进行了自动布置;

图3 不规则铝板加工图及局部放大图

  3) 同时,自动生成不规则铝板的展开图,详见图4。从图中可见,不规则铝板的展开面积及铝板质量均可自动生成;

图4 不规则铝板展开图及局部放大图

  通过上述实例可见,不规则铝板无论是三边形、四边形还是五边形等,只要能通过参数化进行表述,都能应用BIM技术实现不规则铝板快速自动生成加工图和展开图,从而提高不规则铝板的设计下料效率,确保设计的正确性。

  3、不规则玻璃组框

  采用玻璃拟合曲面时,通常采用三边形,下面以不规则三角形玻璃组框为例,来说明应用BIM技术如何进行三角形玻璃组框的设计下料。

  异形幕墙(屋面)的分格为三角形分格,玻璃为平面玻璃,与玻璃框采用进行。三维模型表皮视图详见图5。

图5 三角形不规则玻璃组框表皮三维视图

  要设计一个不规则三角形玻璃组框,需要三个边长以确定玻璃组框外形尺寸、各边玻璃框的长度及角度等,还需要明确玻璃结构胶的厚度、玻璃与玻璃框的出边关系等等。

  3.1 技术路线

  1) 同样,先建立不规则玻璃组框的三维机械加工模型,主要参数包括各边长长度、玻璃与结构胶厚度、玻璃出边尺寸等,详见图6;

图6 不规则玻璃组框参数化信息及三维局部详图

  2) 根据三维模型自动计算各边玻璃框的长度及两边的切割角度等生成不规则玻璃组框加工图所需要的参数信息;

  3) 通过参数信息,自动生成不规则玻璃组框的组框图以及各边玻璃框的加工图,并提交玻璃组框的面积、质量等相关信息。

  3.2 实例说明

  下面通过一个具体的不规则玻璃组框加工实例来说明。

  1) 假设我们要自动生成一块不规则玻璃组框的加工图,三条玻璃边长分别为1611x1422x1033mm,其它参数详见图7。正如图中所示,不规则玻璃组框的三维模型的外形尺寸、玻璃及结构胶厚度、玻璃出边尺寸等立即按参数设定的要求进行了更新生成。

图7 不规则玻璃组框按参数要求自动生成

  2) 根据三维模型,生成不规则玻璃组框的加工图,详见图8。从图中可见,玻璃及结构胶的厚度、玻璃出边尺寸等均按参数要求进行了更新生成,同时生成各的明细表,表中的参数也进行了更新生成;

图8 不规则玻璃组框加工图及局部放大图

  3) 同时,自动生成不规则玻璃框的加工图,详见图9;

图9 边长1玻璃框加工图及局部放大图

  通过上述实例可见,不规则玻璃组框通过参数化进行表述后,能应用BIM技术实现不规则玻璃组框的快速自动生成组框图和加工图,并提供其它附属信息,如板块重量、板块重心等,为以后的工序提供方便。

  4、结束语

  在没有采用BIM技术之前,碰到异形幕墙(屋面)往往采用Autocad + Rhino的方式进行设计下料,通过这些三维建模软件获取面板在空间环境下的与及分格尺寸的关系、各边边长、夹角等,再转到Autocad进行二维平面设计各面板及各构件的加工图,转换过程中稍有不慎,就可能引起设计失误,造成损失,则直接影响设计乃至整个工程的进度。

  通过不规则铝板和玻璃组框的设计示例可以得出,作为异形幕墙(屋面)设计的培增器,BIM技术的应用使得异形幕墙(屋面)的设计下料变得非常简单、快捷,立等可取。只要参数化模块和幕墙(屋面)三维模型输入正确,理论上不可能存在下料错误,极大地提高了异形幕墙(屋面)的设计效率,使异形幕墙(屋面)的快速设计下料变为可能。基于BIM技术的异形幕墙(屋面)设计将原本枯燥无味的幕墙下料工作变得非常简单、轻松,大大地解放了设计下料人员的工作压力,极大地提高了设计效率,降低了人为设计错误,对整个幕墙工程的施工进度和成本控制都将起到非常大的推动作用。

  基于BIM技术的异形幕墙(屋面)设计及下料还有待进一步研究、发掘,特别是双曲面的异形板块,任重道远但前景广阔。

  [参考文献]

  [1] 廖小烽 王君峰编著. Revit 2013/2014建筑设计. 北京:人民邮电出版社,2013.

  [2] 马茂林 王龙厚 编著。 Autocad Inventor高级培训教程。 北京:电子工业出版社,2014。

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专家介绍

 曾晓武

铝门窗幕墙委员会专家组

工作单位:中森(深圳)建筑幕墙咨询有限公司

技术职称:高级工程师

专业:结构设计、幕墙设计

专长:结构设计、幕墙设计

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