1 工程概况

商业综合体建筑幕墙改建工程位于北京市朝阳区，建筑面积约为53623m²，高度为159m，共35层。工程采用玻璃幕墙和铝板幕墙相结合的形式，玻璃幕墙面积为25532m²，铝板幕墙面积为10254m²。玻璃幕墙采用双层中空钢化玻璃，具有良好的隔热、隔音性能；铝板幕墙采用优质氟碳铝板，具有美观、耐久的特点。此次改建工程内容包括拆除原有老旧幕墙，重新设计并安装新的幕墙系统，同时进行防水、保温和防火处理。项目工期为12个月，为提高设计和施工的效率，本项目全面应用BIM技术，从方案设计、施工图绘制到施工管理全过程都进行BIM建模，通过三维可视化技术对幕墙结构进行详细的模拟分析，减少施工中的不确定因素，确保工程按期高质量完成^[1]。

2 建筑幕墙工程BIM技术难点

(1)精确的几何建模。

建筑幕墙设计通常涉及复杂的几何形态和多种材料的结合。在BIM建模过程中，如何准确地表达和实现这复杂的几何形态较为困难，尤其是对于曲面玻璃和不规则铝板幕墙，需要高精度的建模技术和大量的计算资源。

(2)多专业协同工作。

本次建筑幕墙工程涉及建筑、结构、机电等多个专业，如何在BIM平台上实现多专业的无缝协同工作是关键，以及各专业之间的模型如何整合、信息如何共享与更新等。

(3)碰撞检测与优化。

在BIM模型中进行碰撞检测是为提前发现并解决设计中的问题。对于复杂的幕墙系统，尤其是涉及内部结构和机电系统的安装位置，进行高效、准确的碰撞检测并提出合理的优化方案是一个技术难点。

(4)数据管理与集成。

BIM技术应用过程中会生成的大量数据，如何在整个工程生命周期中维护数据的一致性和完整性，以及如何利用这些数据进行施工管理和决策支持，是BIM技术应用的重要难点。

(5)施工模拟与进度管理。

在施工阶段，利用BIM进行施工模拟和进度管理，可提前发现潜在问题并优化施工方案。但如何在虚拟环境中准确模拟实际施工过程，并实时调整进度计划成为一项难点。此外，施工现场复杂环境和动态变化也增加模拟的难度^[2]。

3 BIM技术在建筑幕墙工程设计中的运用

3.1 模型建立

本次建筑幕墙改造工程中，为提高工期进度和工作效率，可以采用CAD+BIM技术进行模型建立^[3]。具体过程如下：

(1)初始数据收集与CAD建模。

全面、详细的收集初始数据，包括现有建筑的平面图、立面图和剖面图，以及现场的实际测量数据，通过激光扫描和无人机航拍技术，获取精确的三维点云数据，针对这部分数据主要通过CAD进行处理，绘制出二维建筑图纸，为后续BIM建模提供基础。

(2)基础模型创建。

在CAD图纸基础上，利用BIM软件创建基础模型。主要根据建筑的平面图和剖面图，建立建筑的基本结构模型，包括楼板、墙体、柱子和梁等，在此基础上，结合测量数据和设计图纸，逐步添加细节部分，如门窗、幕墙支撑结构等，确保模型的几何精度和数据的一致性，避免因数据误差导致后续施工中的问题。

(3)幕墙系统建模。

建立完基础模型后进入幕墙系统建模阶段。根据幕墙的设计图纸，建立玻璃幕墙和铝板幕墙的模型。玻璃幕墙采用双层中空钢化玻璃、铝板幕墙采用优质氟碳铝板。在建模过程中，详细表达每个幕墙单元的尺寸、形状和材料属性。同时，为确保幕墙的结构稳定性，还需建立幕墙的支撑系统模型，包括龙骨、支架和连接件等。其局部立面BIM模型如图1：

图1 局部立面BIM模型

(4)细部节点建模。

对细部节点建模包括玻璃幕墙与铝板幕墙的连接节点、幕墙与主体结构的连接节点、幕墙的排水系统、防火隔离带等。通过详细的节点建模，提前发现设计中存在的问题，优化节点设计，确保幕墙系统的整体性能和施工可行性。

(5)机电系统集成。

在幕墙系统建模的同时，还需集成机电系统模型。机电系统包括空调、通风、供水、排水、消防、电气等多个子系统，其需要与幕墙系统进行协调，确保在实际施工中不会发生冲突，通过BIM技术在虚拟环境中提前进行碰撞检测和协调，优化设计方案，减少现场施工中的问题^[4]。

3.2 成本报价

BIM技术在本次建筑幕墙工程设计成本报价中发挥重要作用^[5]。首先，建立的BIM模型中包含丰富的几何和非几何信息，如各幕墙构件的尺寸、材料、数量等，通过BIM模型可以将数据精确导入造价计算软件(如广联达、鲁班造价等)，实现自动化的工程量统计和成本计算，从根本上提高报价的准确性和效率，减少人工统计的误差。在成本报价过程中，BIM模型提供详细的材料清单和数量统计数据，通过其数量提取功能，可以快速生成玻璃幕墙、铝板幕墙、支撑结构、连接件等材料的具体数量和规格。造价计算软件则根据市场价格和项目需求，自动计算出各项材料和施工费用，生成详细的成本报价单。在此基础上，BIM技术还能实现建筑幕墙工程全生命周期的成本控制。具体而言，在工程项目设计阶段，通过BIM模型模拟分析，可以优化幕墙的设计方案，选择性价比更高的材料和施工工艺，从而降低初始成本。例如，通过模拟不同材料的使用情况，可以发现哪些材料在性能和成本之间达到最佳平衡，进而选用最优方案。在施工阶段，通过BIM模型精确计算材料需求，避免过量采购和库存积压，从而有效控制施工成本。通过BIM模型可以提前规划材料采购和运输，确保材料按需供应，减少现场存放时间，降低材料损耗和管理成本。此外，在运营维护阶段，通过BIM模型中的信息进行精准的维护计划和材料管理，降低长期的运维成本。而且通过BIM模型中的信息可以帮助管理人员了解幕墙的维护需求和材料使用寿命，制定科学的维护计划，避免过度维修和材料浪费。本次改造工程基于BIM技术的成本报价如表1：

如表1所示，该表通过BIM技术生成，详细列出了工程主要材料和构件的数量及其单价，提高了报价的准确性和效率，减少了人工统计的误差。

3.3 碰撞模拟

在本次建筑幕墙工程设计阶段，碰撞模拟是BIM技术的重要应用。首先，通过构建统一的BIM平台，如Revit或Navisworks，可以将各专业模型进行整合，以此形成完整的项目整体模型。以Navisworks为例，导入各专业的BIM模型后，通过其碰撞检测工具，设置检测规则和参数进行全面的碰撞分析。检测规则包括几何碰撞、空间距离、功能性冲突等，参数设置可以结合本次项目实际需求进行调整，以确保检测的全面性和准确性。其次，在碰撞检测过程中，软件会自动识别并标记各个碰撞点，生成详细的碰撞报告，其中包括碰撞点位置、涉及构件、碰撞类型及严重程度等信息。通过信息有助于设计团队迅速定位问题，并针对性地进行调整和优化。针对较为复杂的碰撞点，还可以通过BIM模型的三维可视化功能，直观地展示问题所在，便于多专业团队进行协同讨论和决策。为有效解决碰撞问题，还需项目各专业团队共同协作，进行设计调整。幕墙设计团队需要根据碰撞报告中的信息，对幕墙系统的设计进行优化，调整幕墙构件的尺寸、位置和连接方式；结构和机电团队需要根据新的幕墙设计，调整结构构件和机电设备的位置，确保各系统之间的协调与配合。碰撞模拟是BIM技术在建筑幕墙工程设计中的重要应用，通过对各专业系统的全面检测和优化，能有效减少设计和施工中的冲突，确保各系统的协调运行，提高工程质量和施工效率。此外，在项目全生命周期中，碰撞模拟不仅可以在设计阶段发现问题，还能在施工和运维阶段进行持续的管理和优化，实现项目的高效管理和控制。

4 BIM技术在建筑幕墙工程施工中的运用

4.1 施工材料方面

本次建筑幕墙改造工程中，通过在BIM模型中合理利用Recit软件，实现了对各类材料规格、颜色等属性的详细定义和深化设计，从而确保材料管理的精确性和高效性^[6]。在建立初始BIM模型时，幕墙系统的具体规格、颜色和其他属性被精确纳入模型。本项目采用双层中空钢化玻璃，厚度为6mm+12mm+6mm，颜色为浅绿色，铝板幕墙则采用3mm厚度的优质氟碳铝板，颜色按照RAL色卡指定。在模型中详细标注这些属性，确保每一块幕墙材料都能准确地反映设计要求。同时，通过Revit软件的明细表功能，可以生成详细的施工材料清单，包括每种材料的名称、规格、颜色、数量以及具体位置。如清单中详细列出玻璃幕墙所需的每块玻璃的尺寸、安装楼层和位置，以及铝板幕墙每块板材的详细信息，为材料采购提供翔实的数据支持，并且可以通过BIM模型实时更新，确保材料信息的准确性和及时性。在施工阶段，BIM模型的可视化功能，可以帮助施工团队直观了解每种材料的具体安装位置和组合方式，可以清晰地看到玻璃幕墙和铝板幕墙的布置情况，以及两者与建筑结构的连接方式，通过这种可视化管理方式，在提高施工准确性和效率的同时，可减少因材料规格或颜色不一致而导致的施工问题。在此基础上，为确保材料管理的动态性，施工过程中材料的使用情况会实时反馈到BIM模型中，以便更新材料清单。当每一批次的玻璃或铝板材料到场并安装完成后，现场管理人员会在BIM模型中进行标记和更新，确保施工材料使用情况的同步管理，便于项目管理团队实时掌握材料的使用进度和库存情况，及时进行材料的补充和调配，避免材料短缺或过剩。

4.2 施工定位方面

建筑幕墙对安装精度要求极高，为避免平面误差和三维空间误差，应充分发挥BIM技术的强大功能。在施工前期，利用BIM模型进行详细的施工定位模拟。通过Revit软件建立包含建筑物整体结构、幕墙系统及相关机电设备的精细三维模型。该模型中所有的几何数据和位置数据都有精确定义，确保幕墙构件在安装时的高精度定位。在施工阶段，利用BIM模型进行放线和定位。传统的放线方法依赖人工测量，容易出现误差，而通过BIM技术，结合全站仪、激光测距仪等高精度设备，将BIM模型中的幕墙构件定位数据导入全站仪，在现场标定出每个构件安装位置，确保每个构件的位置和高度与设计模型完全一致。为进一步减少误差，利用BIM技术进行施工过程中的动态监控和调整。在幕墙安装过程中，使用三维激光扫描仪对已安装的幕墙进行实时扫描，将扫描结果与BIM模型进行对比，检查是否存在偏差。若发现偏差及时调整和修正，确保每个构件安装到设计位置。此外，BIM模型还用于指导复杂节点的安装，幕墙系统中的节点连接复杂，涉及多种材料和构件，传统方法难以保证精度。通过BIM模型的三维可视化和详细节点展示，施工团队可以清晰了解每个节点的构造和安装顺序，确保节点连接的精准和稳固。对于特殊节点，可提前在模型中进行模拟和优化，以避免现场施工中出现问题。通过精细的模型建立、高精度的定位放线、动态监控和施工过程的管理，有效提高施工定位的精度，确保幕墙系统安装的高质量和稳定性。

4.3 施工制作方面

4.3.1 面板制作

在面板制作初期，利用BIM模型进行参数化设计，每块玻璃幕墙和铝板幕墙面板都在BIM模型中都被赋予独特的编码，包含楼层编号、横纵坐标位置、玻璃厚度、板材具体尺寸等信息，通过详细编码确保每一块面板的具体信息都可以在模型中精准定位。设计团队通过Revit软件对每一块面板进行详细的参数设置，如尺寸、形状、材料等。参数化设计不仅可以提高设计的效率，还能确保每一块面板的规格和属性完全符合设计要求。通过BIM模型的三维可视化，设计团队可以直观地展示面板的布局和安装情况，提前发现并解决设计中的问题。在面板制作过程中，利用BIM模型批量化提取加工数据，面板制作厂家可以直接根据清单进行精确加工，减少人工计算和输入的误差。在加工过程中，面板制作厂家根据BIM模型提供的数据进行加工，并在加工完成后将实际加工数据反馈到BIM模型中，通过这种反馈机制，设计团队可以实时了解面板的制作进度和质量，及时发现并解决加工中的问题，确保每一块面板的制作都符合设计要求^[7]。

4.3.2 骨架制作

钢结构是本次幕墙改造工程施工的主要构件。在BIM模型中，通过Revit软件确定每个钢构件的尺寸、形状、材料及连接节点等信息，确保设计的完整性和准确性。设计完成后，通过BIM模型生成详细的加工图纸和清单，并提取每个钢构件的长度、截面、数量和材料编码，导出后传输到数控加工设备，实现自动化切割和加工。加工过程中，BIM模型可以起到动态监控的作用，实际测量数据被反馈回BIM模型中进行比对和校核，通过这种闭环管理，可确保构件符合设计要求，避免传统加工方式中因手工测量和加工带来的误差。

4.4 施工进度方面

在本次建筑幕墙改造工程中，BIM技术的运用贯穿在整个现场施工流程中，具体如图2所示：

图2 现场施工流程示意图

如图2所示，在放样定位阶段，通过BIM模型提供的精确坐标和位置数据，结合全站仪和激光测距仪等高精度测量设备，在现场进行放样定位，先确定每个幕墙构件的安装位置和标高，确保放样定位的误差控制在±2mm以内；在安装支座阶段，根据BIM模型中的详细设计，施工人员将预先加工好的支座安装到指定位置，本次工程共安装约1500个支座，每个支座的位置、角度和高度，严格按照BIM模型进行安装，确保每个支座的安装符合设计要求，为后续的立柱安装提供坚实基础；在安装立柱阶段，需要安装约800根立柱，每根立柱通过预定的连接节点与支座固定，安装误差控制在±3mm以内，BIM技术支持现场实时校正和调整，确保立柱的垂直度和稳定性；在安装横梁阶段，共安装约1600根横梁，每根横梁的具体位置和安装方式在BIM模型中均有详细说明。施工人员根据模型数据，将横梁固定在立柱上，通过螺栓或焊接方式进行连接，确保连接节点的牢固和可靠；安装玻璃阶段，通过BIM模型中数据，施工团队可以准确地将玻璃面板安装到预定位置，且每块玻璃的尺寸、形状和安装顺序都在模型中明确标示，安装误差控制在±1mm以内；打胶是玻璃安装后的重要环节，通过BIM模型，施工人员可以精确确定每个接缝的位置和宽度，总接缝长度约为5000m，由BIM模型提供详细的接缝设计，指导施工人员按设计要求进行打胶，确保幕墙的密封性和防水性能；清理阶段，根据BIM技术三维可视化功能，帮助施工人员检查每个细节，确保所有构件安装到位，接缝打胶完好，玻璃表面无污渍。

5 结语

综上所述，通过对建筑幕墙改造工程中BIM技术应用的详细探讨，可以清晰地看到BIM技术在优化设计、提升施工精度、降低成本和减少返工方面的巨大潜力。总体来说，BIM技术不仅为幕墙设计和施工提供全面的数字化支持，还显著改善了各环节的协调性和效率。在未来的建筑工程中，BIM技术的深化应用将进一步推动行业的技术进步和管理创新，为工程质量和效率提供有力保障。同时，BIM技术的普及也有助于培养专业人才，提高行业整体技术水平。