1、 建 筑 技 术 Architecture Technology第 54 卷第 4 期 2023 年 2 月Vol.54 No.4 Feb.2023402基于 BIM 技术的旋转坡道双曲铝板设计与 安装方法研究徐子涵，黄 锟，李伟鹏，赵军学，张 腾，王少非（北京城建集团有限责任公司，101118，北京）摘要：随着近些年社会经济快速发展及科技的不断进步，建筑工程得以飞速发展，越来越多的大型公建在设计时，建筑师为追求视觉效果，采用曲面幕墙来增加外立面亮点。各种造型复杂的幕墙应运而生，这些异形结构的幕墙在给我们带来视觉美感的同时，也为施工增加了难度和挑战。本文从具体案例出发，通过分析潞城全民健身中心
2、这一实际项目，对旋转坡道双曲铝板设计与安装方法进行探讨。关键词：异形旋转；双曲铝板；BIM；Rhino+Grasshopper；参数化建模中图分类号：TU 398.9 文献标志码：A 文章编号：1000-4726(2023)04-0402-04rEsEArcH oN DEsiGN AND iNsTAllATioN METHoD oF HypErBolic AluMiNuM plATE iN roTATiNG rAMp BAsED oN BiMXU Zi-han,HUAnG Kun,LI Wei-peng,ZHAO Jun-xue,ZHAnG Teng,WAnG Shao-fei(Beijing
3、 Urban Construction Group Co.,Ltd.,100088,Beijing,China)Abstract:With the rapid development of social economy and the continuous progress of science and technology in recent years,architectural projects have developed rapidly,and more and more large-scale public buildings are designed by architects
4、to increase the highlights of the fa?ade in order to pursue visual effects.A variety of complex curtain walls came into being,and the curtain walls of these special-shaped structures not only bring us visual beauty,but also add difficulty and challenges to construction.Starting from specific cases,t
5、his paper analyzes the actual project of Lucheng National Fitness Center,and discusses the design and installation method of hyperbolic aluminum plate on rotating ramp.Keywords:special-shaped rotation；hyperbolic aluminum plate；BIM；Rhino+Grasshopper；parametric modeling异形铝板幕墙的应用，极大地提高了幕墙的装饰效果和艺术表现力，也进
6、一步地增强了幕墙的性能。在使用方面，异形铝板幕墙具有良好的质感，其外观可以丰富变化。各类的铝板材料有着结构稳定、效果多样、施工便捷等优势，同时随着设计多样化、多元化，整个饰面造型也更加复杂。为减少材料损耗，提高安装精度，控制施工质量，确保外立面效果，BIM 设计团队采用 Rhino+Grasshopper 进行参数化建模，加工厂家根据 BIM 模型进行生产加工。运送至现场后利用全站仪精准焊接龙骨和安装面板，实现最小的安装误差，从而确保高质量的外立面效果。1 工程概况潞城全民健身中心位于北京市通州区城市副中心，总用地面积 42 485 m2，总建筑面积 48 330 m2。地上 4 层，地下 1
7、 层，建筑高度 23.95 m。建筑主要功能包括全民健身馆、篮球馆、网球馆、游泳馆、滑冰馆等体育功能。潞城全民健身中心定位为组团级公共体育设施，以满足周边人员及半径 3 km 内群众（约 5 万人规模）日常健身休闲、文体活动需求为导向，功能丰富、设项齐全、硬件标准高，以优质的运动健身及配套服务满足群众一站式体育健身休闲需求，同时兼顾街区运动会及单位举办职工运动会的场地需求。项目的最终质量目标为“鲁班奖”。2 施工难点潞城全民健身中心旋转坡道由坡道和停机坪两部分组成，主体为钢结构，呈现有疏有密的自由螺旋，外层为龙骨加铝单板围护结构。外层铝单板造型随主体钢结构造型变化而变化，板面呈空间扭曲状态。双
8、曲铝板面板为 3 mm 氟碳喷涂铝单板，最 大 块 单 板 约 1 500 mm2 100 mm，基 层 龙 骨 为收稿日期：20221201作者简介：徐子涵（1994），女，河北张家口人，硕士，e-mai：.2023 年 2 月403徐子涵，等：基于 BIM 技术的旋转坡道双曲铝板设计与安装方法研究50 mm50 mm4 mm 热镀锌钢方管，焊接在主体钢框架结构上，然后将铝板与热镀锌钢方管龙骨用角码进行连接环向板缝密拼，径向留置约 30 mm 板缝，收口注胶处理。由于整个钢结构构件体量大，曲率变化不同给幕墙施工带来巨大难度：不同规格铝板数量多，环向角度多变，开模下料、编号等工作烦琐，易造成混
9、乱；部分铝板的横纵、高差均不在同一位置上，对测量控制、龙骨定位、板块安装要求更严格。为了解决复杂双曲幕墙铝板的下料加工以及施工安装问题，确保建筑外形的流畅性和美观性，保证建设任务的顺利完成和质量目标的实现，团队经过多次考察调研和讨论研究，最后确定了基于 BIM 技术的旋转坡道双曲铝板设计与安装方法。3 双曲铝板设计方法潞城全民健身中心工程的旋转坡道及停机坪设计采用双曲铝板幕墙，该异形旋转钢结构停机坪基本造型为有疏有密的自由螺旋，以强调健身中心的动感氛围。旋转楼梯停机坪铝板采用双曲铝板，加工及施工难度大。采用 Rhino+Grasshopper 进行参数化建模，加工厂家根据 BIM 模型进行生产
10、加工。现场利用全站仪精准焊接和安装面板，实现最小的安装误差，从而确保高品质的外立面效果。旋转坡道建筑效果如图1 所示，具体要点如下。图 1 旋转坡道建筑效果（计算机截图）（1）下料加工。采用 Rhino 软件与 Grasshopper相结合，提取模型的表面数据，直接生成模型面板的加工图；同时可以直接生成骨架、连接件等的相关数据，用于生产加工。（2）偏差校验。通过参数化的设计，使采用传统二维方式无法表达的复杂体块可以更加直观的表达。运用 BIM 建模将建旋转坡道和停机坪的实际情况如实地反映在计算机中，通过模拟安装效果，并与实际工程进行对比，可以及时发现存在的问题，便于对旋转坡道和停机坪的位置等信
11、息进行检查。（3）编号处理。通过 BIM 技术可以辅助双曲铝板幕墙施工安装。在安装铝板幕墙时，首先利用Rhino 软件对外立面铝板幕墙进行建模，对外立面的铝板幕墙进行深化设计，确定柱子、横梁、埋件等的空间定位，再将铝板分格处理，各个部分编号，最终定位在 BIM 模型上，指导施工。（4）坐标定位。使用 Rhino 软件对旋转坡道进行精准建模，该模型包含三维几何体的各坐标轴及点位坐标，利用这些坐标，在安装时使用全站仪对需要的控制点进行定位，以此指导铝板加工和现场安装。4 双曲铝板测量放线及建模过程4.1 全站仪现场测量放线在土建和钢结构的施工过程中难免会有误差，而幕墙双曲铝板对施工精度和外观质量要
12、求比较高，所以需要在现场对结构的基准线和水平点进行再次测量、多次检测校准，保证安装位置。通过轴线和原始标高，建立双曲铝板的标高和轴线控制网，并做好控制点和轴线的标记。现场利用全站仪测量放线，沿现场钢结构内外表皮间距 50 mm 分别打点，测量钢结构三维坐标。选取如下 8 个关键点位，其每个点位三维坐标测量如图 2、图 3 所示。ACDEFBGH图 2 需复测点位示意图 3 全站仪测量记录点（计算机截图）通过 BIM 软件（Rhino）确定双曲铝板的空间坐建 筑 技 术第 54 卷第 4 期404标，通过全站仪进行坐标放样，将测量的点位导出反馈给设计，设计根据现场复测结果进行表皮与结构的碰撞试验
13、，优化和修正调整模型，以满足施工和外观要求。4.2 重建钢结构模型利用全站仪导出的测量点，重新建立钢结构实际模型。根据复测得到的数据，找到碰撞点位，并对这些点位进行调整。为避免在此过程中产生新的碰撞点，检测和调整会进行多次循环，直至监测报告显示无碰撞点为止。采用 Rhino+Grasshopper 进行参数化建模。建模模型如图 4 所示。图 4 按复测点重建钢结构模型（计算机截图）4.3 旋转楼梯幕墙骨架及铝板表皮模型建立根据幕墙施工节点，建立幕墙骨架模型和表皮模型。运用 BIM 软件建立双曲铝板参数化模型，建模时通过大量的参数数据对各个结构构件进行约束，如构件的尺寸、型号和材料等，且每个模型
14、都是通过BIM 在可视化条件下进行反复优化调整的成果。因此利用 BIM 能有效地提高对材料、设备统计的效率和准确程度。设计把幕墙龙骨的点位提供给现场，施工人员按模型点位进行定位，再进行龙骨施工。设计把分缝后的铝板模型提供给加工厂，加工厂进行拆板加工。旋转楼梯节点深化示意如图 5 图 8 所示。泡沫棒+密封胶热镀锌钢方管3.0 氟碳喷涂铝单板主体钢结构热镀锌方钢管L50 热镀锌角钢3.0 氟碳喷涂铝单板灯管5 mm 厚钢板泡沫棒+密封胶热镀锌钢方管焊接铝板LED 灯带R3003.0 氟碳喷涂铝单板双曲铝板3.0 氟碳喷涂铝单板R23图 5 旋转楼梯节点深化示意图 6 铝板表皮模型（计算机截图）图
15、 7 Rhino+Grasshopper 进行参数化建模（计算机截图）图 8 模型铝板编号位置示意（计算机截图）4.4 停机坪幕墙骨架及铝板表皮模型建立根据幕墙施工节点，建立停机坪幕墙骨架模型和表皮模型。现场实际根据模型上的龙骨点位进行施工。如图 9 图 11 所示。R1 000图 9 停机坪节点示意5 双曲铝板安装方法5.1 龙骨安装双曲铝板的龙骨按照BIM模型进行下料、编号，2023 年 2 月405徐子涵，等：基于 BIM 技术的旋转坡道双曲铝板设计与安装方法研究图 10 停机坪钢骨架模型（计算机截图）图 11 停机坪表皮模型（计算机截图）并依照放线的尺寸和位置进行安装。由于铝板造型为螺
16、旋上升曲面，故幕墙横竖龙骨需加工成弧形，因此龙骨加工精度的高低直接影响外立面的整体效果。考虑弧形钢梁的自重较大，容易产生变形，从而影响铝板的安装精度，故采用液压数控弯弧机床对龙骨的弯弧进行加工。将每一个龙骨构件的三维空间坐标转换为弯弧加工厂尺寸，并据此进行制作。再分别对每一件钢龙骨进行喷涂防腐、分类和编号。根据放线确定的坐标点及标高确定龙骨在空间上的位置，再采用垂准仪将地面控制点引到空间，根据图纸的龙骨构件标高，将龙骨连接件与钢结构进行焊接。龙骨安装的标高误差不大于 3 mm，三维坐标偏差确保小于 2 mm。5.2 面板安装因为整个旋转坡道呈现螺旋上升、多圆心的形式，采用从中间向两端安装的方式，从而减少累计误差。在每条龙骨上都标出控制线，满足分缝宽度 12 mm，确保安装精度。参照模型上的铝板编号，用不锈钢螺栓将铝板临时固定在次龙骨上，调整横竖缝间隙，直至符合要求后，再进行固定，分格缝处采用与铝板颜色相同的硅酮密封胶进行密封。6 施工效果分析旋转坡道外围护结构整体为双曲铝板装饰，龙骨定位安装、铝板开模下料、现场安装均为控制的重难点。基于此种复杂情况，在前期采用 BIM 模型进行深化，通
