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基于BIM技術的異形幕墻(屋面)面板下料

來源:2019年會論文集  作者:曾曉武  日期:2019-7-3
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  提要:對幕墻設計人員來說,異形幕墻(屋面)面板的下料往往難度較大,耗時較長,也往往容易產生設計失誤。本文通過BIM技術的應用,將異形幕墻(屋面)面板的下料變得簡單,快捷,確保設計質量。
  關鍵詞:BIM技術,異形幕墻(屋面)面板,設計下料

  前言

  幕墻設計人員遇到異形幕墻(屋面)時通常會覺得下料比較繁瑣,特別是面板部分,往往可能一天才能下幾塊面板,既費時又費力,效率低還容易出錯。但是,如果采用BIM技術,異形幕墻(屋面)的面板下料可能會非常簡單,可極大地提高設計效率。當然,異形屋面也是同樣的道理。

  由于異形幕墻(屋面)的曲面面板差異性太大,只能具體工程具體分析,所以本文主要闡述不規則平面(詞條“平面”由行業大百科提供)面板的設計下料。

  1、總體思路

  首先,根據建筑師提供的幕墻分格圖或建筑三維表皮模型,建立異形幕墻(屋面)的三維模型,并根據板塊編號提取各個不規則面板的參數化信息,如各邊長長度、相關角度、規格、材質等;其次,將異形幕墻(屋面)三維模型提取的各面板相關參數化信息輸入不規則面板BIM三維機械加工模型中,通過邏輯運算,自動生成面板材料的加工工藝圖和CAM(詞條“CAM”由行業大百科提供)格式機械設備加工圖;通過接口將CAM格式加工圖輸入相關的加工設備(詞條“設備”由行業大百科提供)。本文主要闡述如何將異形幕墻(屋面)的面板通過BIM機械設計軟件自動生成面板的加工圖。

  異形幕墻(屋面)中不規則面板最常見的面材為鋁板玻璃組框,下面分別闡述這兩種面板材料如何通過BIM技術進行設計下料,希望對異形幕墻(屋面)的設計下料人員有所幫助。

  2、不規則

  為擬合曲面,幕墻面板往往為三邊形或四邊形,而四邊形的鋁板相對來說設計難度更大,所以,本文以不規則四邊形鋁板為例應用BIM技術進行三維建模下料。

  我們知道,要確定一個不規則四邊形,需要四個邊長和一個夾角。而要設計一個不規則鋁板的加工圖,還需要明確鋁板的厚度、鋁板折邊高度以及根據結構計算的最大間距明確固定角碼加勁肋(詞條“加勁肋”由行業大百科提供)的位置、數量和間距等等。

  2.1 技術路線

  1) 建立不規則鋁板三維機械加工模型,主要參數包括各邊長長度、夾角、折邊高度、鋁板厚度等,詳見圖1;

圖1 不規則鋁板參數化信息及三維局部詳圖

  2) 按設計要求確定固定角碼的間距和數量,固定角碼的間距需通過函數邏輯關系運算,以確保實際間距不大于設計要求的最大間距,如固定角碼的數量=1+(邊長-兩個角碼邊距)/角碼最大設計間距,固定角碼的間距=(邊長-兩個角碼邊距)/固定角碼的數量等。鋁板加勁肋間距和數量的確定與固定角碼類似;

  3) 通過陣列或鏡像等工具確定固定角碼和加勁肋的位置和數量,生成鋁板加工圖;

  4) 自動生成鋁板展開工藝圖,并提交鋁板的展開面積、面板質量等相關信息。

  2.2 實例說明

  下面通過一個具體的鋁板加工實例來說明,由于不規則鋁板的加勁肋布置變化太大,無法確定,故實例中省略了加勁肋的布置設計。

  1) 假設我們要自動生成一塊不規則鋁板的加工圖,四條邊長分別為1511x922x1233x1144mm,夾角為78°,其它參數詳見圖2。正如圖中所示,不規則鋁板的三維模型的外形尺寸、角碼、折邊等立即按參數設定的要求進行了更新生成。

圖2 不規則鋁板按參數要求自動生成

  2) 根據三維模型,生成不規則鋁板的加工圖,詳見圖3。從圖中可見,各邊長的角碼間距和數量均按最大間距350mm進行了自動布置;

圖3 不規則鋁板加工圖及局部放大圖

  3) 同時,自動生成不規則鋁板的展開圖,詳見圖4。從圖中可見,不規則鋁板的展開面積及鋁板質量均可自動生成;

圖4 不規則鋁板展開圖及局部放大圖

  通過上述實例可見,不規則鋁板無論是三邊形、四邊形還是五邊形等,只要能通過參數化進行表述,都能應用BIM技術實現不規則鋁板快速自動生成加工圖和展開圖,從而提高不規則鋁板的設計下料效率,確保設計的正確性。

  3、不規則玻璃組框

  采用玻璃擬合曲面時,通常采用三邊形,下面以不規則三角形玻璃組框為例,來說明應用BIM技術如何進行三角形玻璃組框的設計下料。

  異形幕墻(屋面)的分格為三角形分格,玻璃為平面玻璃,與玻璃框鋁型材采用結構膠進行粘接。三維模型表皮視圖詳見圖5。

圖5 三角形不規則玻璃組框表皮三維視圖

  要設計一個不規則三角形玻璃組框,需要三個邊長以確定玻璃組框外形尺寸、各邊玻璃框的長度及切割角度等,還需要明確玻璃結構膠的厚度、玻璃與玻璃框的出邊關系等等。

  3.1 技術路線

  1) 同樣,先建立不規則玻璃組框的三維機械加工模型,主要參數包括各邊長長度、玻璃與結構膠厚度、玻璃出邊尺寸等,詳見圖6;

圖6 不規則玻璃組框參數化信息及三維局部詳圖

  2) 根據三維模型自動計算各邊玻璃框的長度及兩邊的切割角度等生成不規則玻璃組框加工圖所需要的參數信息;

  3) 通過參數信息,自動生成不規則玻璃組框的組框圖以及各邊玻璃框的加工圖,并提交玻璃組框的面積、質量等相關信息。

  3.2 實例說明

  下面通過一個具體的不規則玻璃組框加工實例來說明。

  1) 假設我們要自動生成一塊不規則玻璃組框的加工圖,三條玻璃邊長分別為1611x1422x1033mm,其它參數詳見圖7。正如圖中所示,不規則玻璃組框的三維模型的外形尺寸、玻璃及結構膠厚度、玻璃出邊尺寸等立即按參數設定的要求進行了更新生成。

圖7 不規則玻璃組框按參數要求自動生成

  2) 根據三維模型,生成不規則玻璃組框的加工圖,詳見圖8。從圖中可見,玻璃及結構膠的厚度、玻璃出邊尺寸等均按參數要求進行了更新生成,同時生成各構件(詞條“構件”由行業大百科提供)的明細表,表中的參數也進行了更新生成;

圖8 不規則玻璃組框加工圖及局部放大圖

  3) 同時,自動生成不規則玻璃框的加工圖,詳見圖9;

圖9 邊長1玻璃框加工圖及局部放大圖

  通過上述實例可見,不規則玻璃組框通過參數化進行表述后,能應用BIM技術實現不規則玻璃組框的快速自動生成組框圖和加工圖,并提供其它附屬信息,如板塊重量、板塊重心等,為以后的工序提供方便。

  4、結束語

  在沒有采用BIM技術之前,碰到異形幕墻(屋面)往往采用Autocad + Rhino的方式進行設計下料,通過這些三維建模軟件獲取面板在空間環境下的與主體結構及分格尺寸的關系、各邊邊長、夾角等,再轉到Autocad進行二維平面設計各面板及各構件的加工圖,轉換過程中稍有不慎,就可能引起設計失誤,造成損失,則直接影響設計乃至整個工程的進度。

  通過不規則鋁板和玻璃組框的設計示例可以得出,作為異形幕墻(屋面)設計的培增器,BIM技術的應用使得異形幕墻(屋面)的設計下料變得非常簡單、快捷,立等可取。只要參數化模塊和幕墻(屋面)三維模型輸入正確,理論上不可能存在下料錯誤,極大地提高了異形幕墻(屋面)的設計效率,使異形幕墻(屋面)的快速設計下料變為可能。基于BIM技術的異形幕墻(屋面)設計將原本枯燥無味的幕墻下料工作變得非常簡單、輕松,大大地解放了設計下料人員的工作壓力,極大地提高了設計效率,降低了人為設計錯誤,對整個幕墻工程的施工進度和成本控制都將起到非常大的推動作用。

  基于BIM技術的異形幕墻(屋面)設計及下料還有待進一步研究、發掘,特別是雙曲面的異形板塊,任重道遠但前景廣闊。

  [參考文獻]

  [1] 廖小烽 王君峰編著. Revit 2013/2014建筑設計. 北京:人民郵電出版社,2013.

  [2] 馬茂林 王龍厚 編著. Autocad Inventor高級培訓教程. 北京:電子工業出版社,2014.

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專家介紹

 曾曉武

鋁門窗幕墻委員會專家組

工作單位:中森(深圳)建筑幕墻咨詢有限公司

技術職稱:高級工程師

專業:結構設計、幕墻設計

專長:結構設計、幕墻設計

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2019-7-3/46122-1.htm
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