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解讀:建筑幕墻三維參數設計

來源:2019年會論文集  作者:王鵬 劉玉琦  日期:2019-7-4
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  我們以前用cad畫圖是計算機輔助建筑設計(computer-Aided Architectural Design,CAAD),是計算機輔助設計(Computer-Aided Design,CAD)的重要分支。1960年代起,CAAD在信息領域不斷發展創新,最開始的復雜計算、二維制圖、以及參數化設計、三維設計應用、以及有限元分析受力、到有限元熱工分析、以及最新的建筑bim全生命周期,基本上都是顛覆式的革命。科技改變了生產形式,改變了人為單位的項目構架形式。

  一、前言

  我們以前用CAD畫圖是計算機輔助建筑設計(computer-Aided Architectural Design,CAAD),是計算機輔助設計(Computer-Aided Design,CAD)的重要分支。1960年代起,CAAD在信息領域不斷發展創新,最開始的復雜計算、二維制圖、以及參數化設計、三維設計應用、以及有限元分析受力、到有限元熱工分析、以及最新的建筑BIM全生命周期,基本上都是顛覆式的革命。科技改變了生產形式,改變了人為單位的項目構架形式。

  與此同時,計算機與建筑設計結合已從“輔助設計”轉向三維參數化設計了,我們現在所應用的三維參數化設計軟件主流是rhino+grasshoper以及revit 以及 catia,以及現在幕墻專用的三維參數化設計軟件athena。

  二、三維參數化設計是什么:

  我們要了解三位參數化設計首先得了解bim:

  BIM-首先是信息化模型,在建筑信息模型(BIM)過程中,項目團隊提供信息和關于共享數字空間中建議的建造資產的數據,稱為公共數據。提供的數字信息可以包括規格、時間表、性能要求、計劃、成本計劃等當然還有一些圖紙。然后將它組合成一個3D模型,以檢查它們是否在協調之前與更廣泛的項目團隊分享。我們之前提供的信息(非圖形信息)鏈接到圖形3D模型。當你探索并單擊3D表示的不同部分時,你將能訪問有關它的信息。例如:點擊門可能為您提供有關相關其建造商、成本、性能水平、交付時間和時間信息。這個事物被稱為信息模型。所以等您聽到人們說建筑時,信息模型或BIM模型-這就是他們的意思了。

  三維參數化設計是通過三維建模手段,和相關計算軟件,碰撞分析,施工模擬等輔助設計師,達到快速簡便直觀的設計師設計節點結構。并同時完成其三維模型以及二維圖紙出圖以及其他下料工作,是一站式的解決設計、計算、下料、對接生產的技術形式,同時生成bim模型,其可以達到無紙化操作。

  三、三維參數化設計步驟:

  第一步建筑幕墻參數化設計

  首先,我們需要,從設計師那拿到模型資料以及二維圖紙。

  第二步,我們需要選擇適合的節點,設計節點圖(詞條“節點圖”由行業大百科提供)

  第三步,依照材質和設計師要求,以及材質和縫隙結構形式,和形狀進行表皮三維分格,并且優化。

  第四步,依照節點圖確定桿件以及連接方式以及加強肋等細部事項,將模型或參數導入結構計算軟件進行受力分析。來確定最終節點圖。以及模型完成結構。

  第五步,完成模型。

  第六步,依照模型,出建筑圖,如若進行展板,出下料圖以及下料單。

  四、三位參數化設計深度

  BIM模型在不斷階段的發展以及該階段構件所應該包含的信息定義為五個級別,分別為LOD100、LOD200、LOD300、LOD400和LOD500。

  LOD100:一般為規劃、概念設計階段。包含建筑項目基本的體量信息(例如長、寬、高、體積、位置等)。可以幫助項目參與方尤其是設計與業主方進行總體分析(如容量、建設方向、每單位面積的成本等)。

  LOD200:也是在設計階段。一般為設計開發及初步設計上。包括建筑物近似的數量、大小、形狀、位置和方向。同時還可以進行一般性能化的分析。

  LOD300:一般為細部設計。這里建立的BIM模型構件中包含了精確數據(例如尺寸、位置、方向等信息)。可以進行較為詳細的分析及模擬(例如碰撞檢查、施工模擬等)。補充一下,我們常說的LOD350的概念,就是在LOD300基礎之上再加上建筑系統(或組件)間組裝所需之接口(interfaces)信息細節。

  LOD400:一般為施工及加工制造、組裝。BIM模型包含了完整制造、組裝、細部施工所需的信息。

  LOD500:一般為竣工后的模型。包含了建筑項目在竣工后的數據信息,包括實際尺寸、數量、位置、方向等。該模型可以直接交給運維方作為運營維護的依據。

  五、常用的三維設計軟件優略。

  下面是現在最流行的三維參數化設計軟件:

  1、rhino+grasshoper

  很多人都不知道grasshoper是什么,但應該很了解rhino。Rhino是異形設計軟件,有它的優勢以及缺點。首先rhino是基于參得的實現rhino設計,雖然GH(grasshoper簡稱)號稱自己是圖形化編程,你在使用的時候其實就是在編程了,只不過你只能做簡單的事情,而且效率會很低。比如循環,迭代,遞歸等等算法,使用起來非常不方便,這個時候你就用到代碼了。

  如下可以看到一個簡單的GH編程的邏輯關系。

  優點:能夠快速建立異形曲面模型,適用于前期方案探討。LOD300之前的建筑外表皮優化。

  缺點:第一點,從建模上來講,rhino要實現整個大樓從頭到腳到細部的螺絲釘也就是LOD400-LOD500是龐大而不現實的。

  第二點,rhino不像revit和catia和athena有詳盡的建筑生產信息,只能作為一個3d模型制作,而作為三維參數化設計bim模型來講,信息量是不充分的。就更不用說出圖了。

  第三點,rhino制作復雜的曲面,分格拆板時,并不如catia有鈑金展開的模塊。可以輸入金屬(詞條“金屬”由行業大百科提供)延展率直接出圖。

  第四點,rhino也不能自動精細化下料,畢竟rhino只是一個建模軟件而已,相關于很多bim功能是沒有的。

  2、Catia

  catia是美國達索公司出品的三維參數化設計軟件,適用于機械加工、飛機制造、建筑等多個領域。Catia不同于rhino,是以零件為單位組成的一個龐大模型結構。可以建模,出圖并且可以和數控機床鏈接。其缺點就是上手比較難,制作模型相對復雜。所以從建模上來講,catia要實現整個大樓從頭到腳到細部的螺絲釘是龐大而復雜的。也不能一鍵自動下料。

  3、Revit

  Autodesk Revit是上述三個產品中,操作最為簡單的一個產品。其產品線也是最為全面的。Autodesk Navisworks可以實現模型展示以及施工預演。也是廣受市場認可的一個產品。但是它的局限性在于不適用于曲面設計。也不能自動精細化出下料單。出來的清單只能統計個數。

  Revit出圖:

  4、Athena

  Athena是德國卡普蘭公司出品的建筑幕墻設計軟件。

  模型庫強大:擁有十萬個幕墻產品相關的標準件庫。

  打通產業鏈:擁有一鍵自動出下料清單,精細到每個桿件切割的每一刀的細致截面以及銑孔設置,下料圖自動生成。可以導入自動化機床(詞條“機床”由行業大百科提供),直接生產。是打通了整條產業鏈的bim幕墻設計生產軟件。模型可以在直接聯通數控機床,自動化生產,無紙化操作。耶魯的設備可以直接導入,數控機床則需要導出成sat格式,而被數控機床識別。并且聯通了企業erp系統。

  Athena的鈑金加工也是數一數二的,可以考慮到折彎(詞條“折彎”由行業大百科提供)工藝,進行自動展板,出來的展板圖準確有效。

  還集成有結構計算、型材的靜力計算,玻璃板材撓度計算,熱工計算,噪音計算,以及二維畫圖輔助功能,以及二維三維一鍵互換功能。并且和autodesk合作,可以一鍵導入revit實現零損失的信息調用。

  六、案例分享

  1、中國尊金屬屋面工程(LOD500)

  這個工程江河委托我們設計,輔助康盛偉業進行加工制造。使用了最先進的三維參數化設計進行進行下料展板。這是我通過catia操作的。

  以下是工程量:

  首先,剛拿到圖紙。先不著急建整個模型。我們先建立單個單元體,對其中的安裝的合理性,以及制作的難度進行把控。細化圖紙,并且根據單個單元體的結構設計(詞條“結構設計”由行業大百科提供)其加強肋,每個分板面的背面加強肋,然后設計龍骨。然后開會探討其施工圖工藝,哪里是焊接,哪里用螺釘錨固。由于其板塊全是密拼,所以難度相當的大。而且三維扭曲結構,安裝工藝也相當精準才能保證施工質量。

  經過了長期艱苦的工作做了好幾十個版本的模型,設計出了最終版本的節點,并且工廠做出了成品樣板。

  然后就是大批量的模型建立。我們首先先建立出一個理想中的模型。但是由于土建施工誤差非常大已經突破了我們節點中給予土建誤差量,所以必須測量出土建誤差范圍才能講模型精準的安裝上去。這是我們需要的儀器,其他卷尺就不寫明了。需要測出所有突破理想模型的位置,然后核準模型數據,根據生產情況做釋放的放量。

 由于工期緊任務重,土建完成一點,我們根據其中的尺寸調整。隨著土建的完成,我們的模型最終完成了。然后就是大批量的面材下料,面材展板由于折彎有延展量,以及折彎工藝需要對圖紙再修改。圖紙數量達到6000多張,龍骨圖紙更多。這就是相當大的工作量。由于catia不能對接工程的型材切割的數控機床,所以仍然需要圖紙進行修改施工,最后完成甲方要求。

  2、athena設計分享。

  設計:Athena可以自動化設計幕墻三維二維模型。通過輸入相關參數可以得到一個大致的分格圖,也可以導入自己的幕墻分格圖。可以選擇分格變成門或者(詞條“窗”由行業大百科提供)

  可以選擇庫內型材,或者自定義型材,蓋板,立柱螺栓等。最后附加到型材而變成一個三維型材版面。選擇玻璃版面附加到分格的版面上形成玻璃。并選擇門和窗的樣式以及型材和玻璃樣式,最后成為一個整體。非常簡單,容易。出來的既可以是三維形體也可以二維圖紙(平、立、剖)。

  分享:如果需要分享給revit,做后期施工預演或者上平臺。內部有端口可以無縫轉給revit。不會丟失數據。也可以單獨把模型轉換到revit族里面。同時完成了所有的相關此族的工作。同時通過內部erp轉換接口,直接上報到總部,集團方面就可以立即看到相關數據。

  在雅典娜的設計過程中,ERPlus用戶現在可以在選擇ATHENA部件時(例如)b.規范部分)在ERPlus物料數據庫中執行物料項目,并承擔物品編號。這樣,數據存量就會被核對,在雅典娜和ER普勒斯總是處于相同的水平。

  出圖:自動化出圖,下料圖,下料單。點擊后自動列出,切割端頭以及方向都在excel表格中明確標識。

  下料:數控機床相關耶魯elucad以及兼容nwc的設備。Sat文件格式對接其他普通數控機床設備。達到無紙化操作辦公。不會出幾千張,上萬張圖紙用卡車拉到設計院審圖的窘境。

  整個軟件是針對于幕墻設計的相關的軟件。

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專家介紹

 劉玉琦

鋁門窗幕墻委員會專家組

工作單位:天津奧福威工程管理咨詢有限公司

技術職稱:高級工程師

專業:*

專長:*

原文地址:http://www.52mqw.com/info/2019-7-4/46024-1.htm
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