本文摘自：《建筑幕墻 創新與發展》未經許可不得轉載
引言
阿布扎比國際機場項目是現有阿布扎比機場的擴建項目，新建的航站樓定位為阿布扎比的門 （詞條“門”由行業大百科提供） 戶項目，從道路地平線上拔地而起，如同矗立于高原之上。在這種環境中，建筑物的輪廓映襯在天空之中，成為地平線上最為宏偉壯觀的建筑。夜間建筑室內空間燈火通明，打造了通透的結構形象，1500米以外清晰可見。通往航站樓的路網系統和景觀工程共同打造了一系列活動空間，最終以航站樓內宏偉的市民空間結束。室內出發大廳尺度宏大，高達50米的空間采用大跨斜拱結構，實現了大部分區域的無立柱 設計，使得建筑物如同戶外開放空間般寬敞通透;拱形支撐結構視覺上與屋面分離，提升了輕盈感。X形的平面 設計最大化功能布置的利用率，使得擴建后的航站樓能夠覆蓋49個登機口，在任何時間都可容納59架飛機。
如何保證這一建筑與藝術完美結合的作品的結構安全、高效控制和施工精度 等一系列的超級難題，從一開始就擺在了工程建造者們的面前。
采用傳統實施手段解決這些問題是非常困難的，不僅花費高、周期長，而且風險是巨大的，所以必須在風險可控的基礎上進行適度創新。
BIM 技術的引入為系統性地，合理地解決這些難題提供了可行性。
1 項目簡介
阿布扎比國際機場項目室內的建筑面積為32.5萬平方米，建筑高度為30米，幕墻 面積為17.36萬平方米。由4個Pier，49個登機Gatehouses、Center Pier、2個Car Park Link Bridge、Main Pier和Main Processor組成。
由于項目地處中東，質量要求高、造型復雜，而且單元板 塊為尺寸各異的異形板塊，共約22000塊，因此施工圖、加工圖和安裝難度大。
2 BIM全生命周期在幕墻實施階段的應用
隨著BIM的不斷發展，全生命周期在建筑行業的應用被越來越多的人熟知。全生命周期是建筑項目從規劃設計到施工設計，再到運維管理甚至到拆除的一個全過程。
BIM的信息是透明化，共享化和有根據可尋化的貫穿整個生命周期，使之成為一個智能化的管理平臺。BIM的用途決定了模型的精細化程度，同時模型的精細程度也決定了BIM應用的深度。
根據阿布扎比國際機場項目的BIM實施要求，每個分包 都需要成立專業的BIM團隊，完成BIM模型并且有責任與其他分包溝通協調。而BIM技術在阿布扎比國際機場項目中的成功運用，是保證該項目順利實施至今的重要原因之一。同時也讓參與在其中的江河創建公司在該項目中真正的體會到了BIM技術的優勢，更加堅定了BIM技術的發展趨勢和必然性。
在阿布扎比國際機場項目中，BIM技術成功應用于: 精確定位;深化設計;碰撞檢查，在設計階段解決潛在問題;三維模型直接出圖輔助加工;配合現場施工，提供定位;工程進度的管理和最終的竣工模型。
2.1 精確定位
整體幾何造型定位
由于阿布扎比國際機場項目的放樣原理極其復雜，為了能夠得到最精確的基準定位模型，我們首先根據IFC圖紙所提供的放樣原理和公式信息，獨立創建理論模型，然后與建筑師提供的參照模型進行比對和分析，逐一確認定位細節，修改和調整有分歧的幾何位置，有建筑師最終確認完整模型。經過這樣“驗證-分析-調整”的過程后便可以更加準確的理解和呈現設計師的設計原理和理念，如圖2。
整個過程我們采用的是Rhino 的grasshopper 插件來做的，準確模擬定位幾何外觀之外，還解決了數據龐大和風險高的問題。
這個定位模型也就是BIM等級中LOD100模型，通過最簡單的幾何形體/概念體量來定義建筑物的基本形狀。
局部幾何造型定位
a) 阿布扎比國際機場項目的外飾面主要部分是由4個Pier和中央區(Central Pier)的標準PT, PC 系統組成，而單位PT、PC系統是在圓錐體的曲面 之上，由不同的sin函數曲線切割 而成，所得幾何定位面為雙曲面造型。水平和垂直劃分幕墻分割得到的理論單元板塊大小和形狀都不相同，如圖3.4。
圖3 PT&PC 定位曲線
圖4PT &PC 幕墻線模
b) Car Park Link Bridge部分的造型是由逐漸變化的橢圓截面 組合而成，整個的幾何形體都是曲面的造型，然后在橢圓界面線之上取等分點一一相連，形成三角形的平面幕墻板 （詞條“墻板”由行業大百科提供） 塊，意味著每個三角形的單元板塊大小和拼合角度都不相同，并且在每個關鍵控制點處同時有六個板塊相交，每個板塊的傾斜角度和方向也各不相同，所以無論是定位還是創建實體模型難度系數都非常高，如圖05。
圖5 Car Park幕墻定位原理
Main Processor部分中的PRD系統中，轉角 位置的造型很特殊，也很有難度。首先它是由傾斜的75.25°幕墻轉變為90°的垂直幕墻的過渡階段;其次是成面方式：首先定位了頂部和底部的兩條不同半徑的空間圓弧線，然后由這兩條曲線創建成面;分隔的劃分在規范中明確說明：將兩條基準曲線9等分，然后一一對應連接，水平方向延續大面的水平分割線。
由此便可知，轉角位置的所有單元體板塊的是形狀尺寸都不相同，不僅每層半徑均不一致，每塊玻璃 （詞條“玻璃”由行業大百科提供） 單元體頂部與底部半徑也不一致，由于角度變換，橫梁 （詞條“橫梁”由行業大百科提供） 也并非常規的標準狀態。
在阿布扎比國際機場項目中，為了打造建筑本身整體的流線造型，設計師使用獨特的設計原理，創建各種雙曲面造型，所有基準控制點都來源于樣條曲線組合的雙曲切割 曲面之上，以至于外幕墻的面板 （詞條“面板”由行業大百科提供） 的尺寸和形狀漸變化，多樣化，也導致用傳統二維的方式無法捕捉和定義位置。如圖6.7
圖6 PRD轉接位置線模
圖7 PRD玻璃面展開圖
【解決方案】
經過我司工程師的多次研究和嘗試，根據項目特征和不同軟件的優勢特點，最終選用 Rhino 創建線模定位，Revit 創建實體模型相結合的方法，準確且高效的完成了阿布扎比國際機場項目的 BIM 建模工作。
以線模為基礎，按照建模方式要求，從中直接導出關鍵控制點的族定位點模型，然后輸入到做定位參考。
Revit作為新興的BIM平臺軟件，緊跟主流建筑設計的步伐，在創建異性建筑上展現出明顯的優勢。Revit中，自適應族類型可以通過捕捉控制點而繪制幾何圖形并產生自適應的構件 。它可以靈活適應許多獨特概念條件的構件。它的存在讓曲面和異性模型的創建更加便捷和智能。 在阿布扎比國際機場項目中，由于建筑幾何造型導致的幕墻板塊的特殊性，我司大量使用了自適應族類型來創建各種異型的幕墻板塊，以最高效的方式完成了相關的建模任務，如圖09。
圖9 自適應族類型
2.2 深化設計
模型的深化部分在BIM的全生命周期中占有很大的比例。以確認好的定位模型為基礎進行進一步的深化，添加相應的節點 和構件形成初版的BIM深化設計模型，就是LOD200 模型。針對外幕墻分包而言，LOD200模型是指為外幕墻面劃分基礎的單元構件，例如立柱、橫梁和面板，確認外觀效果。此模型可以被用來創建較詳細的工程量清單，也可以被共享給相關分包商，用于交接和協調的初步檢查，但僅作參考。
具體模型的深化我司選用Revit Architecture來實現。
由于單元體板塊的尺寸和結構不同，形成了多種單元體類型，因此對 Revit 的族文件的可適應性提出了很高的要求。經過我司 BIM 工程師的仔細斟酌和測試，創建了多個多參數共同控制的高適應性的族文件，可以同時適應于不同位置的單元體結構。并且添加足夠詳細的節點細節，已達到模型的精細程度要求，如圖10.11.12.。
圖10 橫梁自適應族
圖11T型板自適應族
圖12 三角形嵌板自適應族
這些參數的設定不僅為前期模型的創建和修改提供了方便，而且在后期可以通過 Revit的明細表提取各個單元板塊的不同參數數據，真正的實現了參數化建模。族庫就是把大量Revit族按照特性、參數等屬性分類歸檔而成的數據庫。在以后的工作中，可直接調用族庫數據，并根據實際情況修改參數，便可提高工作效率。 如圖13
圖13 族參數設置
Revit族庫已經被公認為一種無形的知識生產力。相關行業企業或組織隨著項目的開展和深入，都會積累到一套自己獨有的族庫。族庫的質量，是相關行業、企業或組織的核心競爭力的一種體現，在未來的行業競爭中也將起到決定性的作用。
圖14 Car Park族
圖紙的深化設計貫穿整個生命周期，與模型同步進行。兩者是相輔相成的關系，隨著圖紙的不斷更新模型也實時的進行修改，而模型中發現的問題也會及時解決并更新記錄在最新版本的圖紙之上。
圖15Piers族
阿布扎比國際機場項目中，圖紙提交時要求，必須有相對應的BIM模型同時提交，而且模型必須是與相關分包協調之后的無碰撞模型，同時具備模型和圖紙才可以進入到圖紙的審批過程。這一要求大大的提高了圖紙審批的效率，不僅因為三維模型的配合加快了看圖、審圖的速度，而且經過模型協調后提交的圖紙中的錯誤和問題更少，所以審批過程的反復次數也就越少，通過率也越高。
2.3 多專業交接協調-碰撞檢查
隨著模型的不斷深化，細節不斷的增加，局部不斷的完善，模型的等級可以升級到LOD300，這時的模型可以用于碰撞檢查，協調溝通，分包參照，4D施工模擬，漫游及確認效果等。
對于傳統建設項目設計模式，各專業包括建筑、結構、暖通、機械、電氣、通信、消防等設計之間的矛盾沖突極易出現且難以解決。
阿布扎比國際機場項目有過之而無不及，結構復雜，分包眾多，不僅設備 管線的布置系統繁多，布局復雜，而且還要滿足消防通道的凈高要求和現場預留洞口的位置不變，所以常常出現管線之間或者管線與構件之間發生碰撞，加之有效利用空間極度緊張，所以設計難度大，施工要求高，如圖16&17。
圖16 登機橋設備管線模型
圖17short crossing設備管線模型
鑒于如上情況，我司使用Autodesk Navisworks Manage進行多專業模型的碰撞檢查。Autodesk Navisworks Manage軟件是設計和施工管理專業人員使用的一款全面審閱解決方案，支持項目設計與建筑專業人士將各自的模型成果集成至同一個同步的建筑信息模型中，用于輔助項目管理。它可以將精確的錯誤查找功能與基于硬沖突、軟沖突、凈空沖突與時間沖突的管理相結合。也可以將精確的錯誤查找和沖突管理功能與動態的四維項目進度仿真和照片級可視化功能完美結合，如圖18&圖19。
圖18碰撞檢查模型
圖19碰撞報告細節
Autodesk Navisworks Manage軟件的碰撞檢查功能，可以直接用于我司范圍內不同系統的碰撞檢查，也可以用于與其它各系統分包的模型進行空間的碰撞檢查，碰撞檢查可以真實查找和報告建筑模型中的不同沖突。而硬碰撞和軟碰撞(間隙碰撞)兩個方式又分別解決了實體之間的碰撞和空間間距無法滿足施工相關要求這兩種情況，全面的驗證和檢查了圖紙方案的可實施性與準確性，隨之將碰撞結果形成報告反饋給設計組或者相關分包公司，及時的溝通，然后完善設計方案并修改模型，最終達到模型跟蹤修改的目的。
圖20 CG頂部鋼件碰撞報告
阿布扎比國際機場項目中，通過創建BIM模型實踐提前檢查和協調的工作方法，在設計階段解決了很多潛在碰撞問題，比如混凝土 與MEP管道系統，MEP管道系統與幕墻結構支撐，消防通道位置吊頂 與消防管道等;優化了很多設計方案，比如登機橋與Pier系統交接位置的各系統的安裝順序，short crossing位置的后補埋件 方案等。在這些情況復雜的位置，避免了施工現場大量的返工和資源浪費，同時縮短了工期，大大提高了整個項 目的工程建造效率。
2.4 添加項目建筑信息
只有三維實體，沒有相關的BIM建筑信息的模型不能稱之為BIM模型。所以添加信息是BIM生命周期中不可缺少的一部分。信息的完整添加也標志等級進入了LOD4 00模型。
阿布扎比國際機場項目中。Revit作為專業的BIM軟件，可以很方便的為每一個構件添加特征性建筑信息參數，其中包括：唯一的編號，位置信息，工程量數據，構件描述，施工計劃時間，現場完成時間，構件的變更記錄，相關的圖紙信息等，如圖21。
圖21 CG頂部鋼件碰撞報告
運用Revit自帶的明細表功能創建指定參數信息內容的清單，并且可以便捷的導出為Excel 表格，不僅方便于數據的統計，也為后期的4D和5D管理提供了基礎依據，如圖20。
計劃部門的時間信息也是不斷的定時更新的，準確顯示現場的安裝情況。模型提取的工程量清單數據與原始工程量清單數據相互鏈接，提供給商務部核算實際用量數據，也提供給總包相關部門審批，用于實際的工程請款事宜，如圖23。
圖22 工程量清單
圖23進度控制表
2.5 輔助出圖及加工
阿布扎比國際機場項目的模型已經達到了LOD400的等級時，被作為加工參照，直接用來統計數量、提料、提取重量、輸出施工圖、輸出加工圖、提供給其他分包定義開孔或者焊接 位置等。
首先可出圖性是BIM的五大特點之一，通過對BIM模型設定剖切位置得到構件精度的節點圖 ，而且這些節點圖紙與三維模型相關聯，只要模型發生變化二維圖紙就會自動修改了，大大的減少了重復修改圖紙的工作量，如圖22&23&24。同時，可出圖性不僅僅指通過模型創建圖紙的作用，更重要的是此時的模型經過了碰撞檢查和設計修改優化的過程，出錯率低，需要修改的就少，通過這樣高效的工作方式便達到減少設計人員的投入的效果。
圖24 Elevation
圖25 Section
圖26 Detail
其次在阿布扎比國際機場項目中，輔助加工有很多方面的應用，以Short Crossing為例，此位置遍布各種消防管道、空調換氣設備、電路、燈、無線接收設備等，再加上混凝土梁結構密集排布，同時我們所做的吊頂位置由于位于消防路線范圍有凈高要求，因此復雜的結構交接和有效的利用空間為吊頂設計和安裝造成了很大的困難的同時，碰撞打架問題 眾多，如圖27。
圖27 Short crossing合并模型
由上可知，僅憑圖紙的表達和溝通已無法滿足此時復雜的協調情況，擁有直觀的可視性和模擬性的BIM模型此時充分體現了它的優勢。并且協調后無碰撞沖突的BIM模型直接用于提料和加工，BIM實體模型可直接用于加工參照和位置定義，同時模型中的每個構件都擁有自身的特征信息參數，包括長度、數量、重量、材質等，可以批量導出數據表便于統計或提供給其他部門參考使用。
所以最終short crossing位置的吊頂和龍骨 的模型直接用于加工，在阿布扎比國際機場項目中很多類似這樣復雜的位置都采用了“模型協調溝通-輔助提料加工”的運營模式，不僅加快了溝通協調、修改優化、確認最終可行方案的速度，還有效的避免了人工的誤差，從而也有效的減少了材料的浪費與缺失情況。
2.6 配合施工
LOD400的模型也可以用于復核現場偏差和指導現場安裝。
阿布扎比國際機場項目中，通常會從模型中提取所有構件的定位坐標數據給現場測量人員復核主體結構 偏差，為準確安裝提供基礎保障，如圖14。
以Gatehouse為例，協調后最終確認的Revit實體模型提供給鋼結構 分包，用于定義鋼件焊接位置，以便于鋼件可以在工廠完成焊接。當帶有鋼件的鋼結構在現場完成安裝后，項目測量人員會根據BIM提供的坐標信息復查所用鋼件的現場坐標點信息，以此來判斷主體結構的偏差值并分析對幕墻面板的安裝影響。
對比理論坐標數據和現場實際測量數據表便可以得到偏差值報告，以此確認安裝的調節方案，以保證幕墻始終安裝在精確的理論位置，如圖15。
同樣以Gatehouse為例，由于主體鋼結構分包的加工誤差和現場安裝偏差，導致整體的鋼結構定位側偏20mm。因此根據偏差報告分析，我們不得不通過調整掛接方案，加大調節范圍，來保證了幕墻實際安裝位置不變，達到精確安裝的效果。
圖28 坐標數據報告
圖29偏差值報告
在Autodesk Navisworks Manage中我們運用BIM三維可視化功能創建漫游動畫，將施工方案模型化、動漫化，與現場管理人員進行施工交底、利用動畫指導現場施工人員安裝，無論安裝位置，還是安裝順序，都清晰可見，無形中加快施工進度。
2.7 工程進度管理
工程進度管理是在BIM的三維模型的基礎上添加時間信息，用來安排施工計劃、優化同級任務及確認下級分包商的工作順序，實時地掌握現場的施工安裝情況，從而控制整個工程的時間維度。
阿布扎比國際機場項目中，所有的 BIM模型構件都被賦予了相應的建筑信息，如圖22&圖23為直接從模型中導出的數據表，Table C的便是時間信息，包括計劃時間和實際安裝時間，用于工程進度管理。
將時間數據與模型一起導入工程管理軟件Autodesk Navisworks Manage便可以實現工程進度的可視化效果，也就是4D化模擬，如圖30。不僅直觀地展現項目的安裝情況，同時可以評測設計、施工時間安排的合理性。
圖30 PT系統4D管理
在Autodesk Navisworks Manage中我們還可以根據工程進度的時間數據，運用BIM三維可視化功能創建漫游動畫虛擬施工進度，讓管理人員、甚至非工程行業出身的業主領導都對施工進度的各種問題和情況了如指掌。
在虛擬建筑中解決所有需要現場才能解決的問題，避免現場返工;提前協調好，合理安排工作順序，沒有停頓和等待，完全把控工程進度。因此，業界評價4D管理的價值為“做沒有意外的施工”。
2.8 竣工模型交付
竣工模型創建于項目后期，即LOD500模型。竣工模型相對于竣工圖紙更加的直觀和便捷。
它體現了現場安裝完成后的項目的真實情況，包括設計階段的變更，施工階段的修改調整等，而且其中應包含項目生命周期的所有信息，是一個完整的數據庫。
在阿布扎比國際機場項目中，客戶要求BIM模型必須與竣工圖紙保持完全一致，也就是要求模型真實體現建筑完成的情況。同時竣工圖紙中也要注明相關模型信息，實現模型與圖紙的相互關聯。如此BIM竣工模型、竣工圖紙、實際工程三部分的完全統一。
竣工模型的信息集成將為后期管理提供基礎，同時也會為未來建筑的翻新和改造提供便捷的查詢途徑。
3 總結與展望
在阿布扎比國際機場項目BIM全生命周期的應用實踐中，BIM團隊遇到了很多問題，比如多種不同弧度的曲線怎樣擬合;碰撞檢查怎樣形成更明確的報告反饋予設計;項目信息怎么樣在模型中體現才能合理提供給后期管理使用等。但是隨著問題的逐一解決，使整個阿布扎比國際機場項目團隊人員更深刻的體會到了BIM的價值和優勢，更深刻的體會到了BIM的未來發展趨勢。同時在BIM技術的支撐下，各個階段工作的數據信息不斷完善、經驗與教訓不斷積累，都將為后續的項目提供了寶貴的經驗。
現階段的BIM是在不斷的發展和完善中的，BIM模型中信息資料的保存與傳遞的完整性決定后期BIM運維系統的深入程度。BIM絕不僅僅用于模型查看階段，BIM作為在建筑信息管理平臺最重要的新型工具，將會越來越多的應用到不同的項目中，更加廣泛的領域中。比如阿布扎比國際機場項目在后期管理中計劃實現自動識別以實現休息室是否有空余位置;根據客流量的分析可以節省照明設備，電梯的使用情況;遇到突發情況時可以根據位置可以快速的找到最近的疏散通道等。這些都將在未來的BIM發展中被實踐和實現。
專家介紹 陶偉
鋁門窗幕墻委員會專家組
工作單位： 江河創建集團股份有限公司
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