解读：建筑幕墙三维参数设计_技术热点_幕墙网

一、前言 　　我们以前用CAD画图是计算机辅助建筑设计(computer-Aided Architectural Design,CAAD)，是计算机辅助设计(Computer-Aided Design，CAD)的重要分支。1960年代起，CAAD在信息领域不断发展创新，最开始的复杂计算、二维制图、以及参数化设计、三维设计应用、以及有限元分析受力、到有限元热工分析、以及最新的建筑BIM全生命周期，基本上都是颠覆式的革命。科技改变了生产形式，改变了人为单位的项目构架形式。 　　与此同时，计算机与建筑设计结合已从“辅助设计”转向三维参数化设计了，我们现在所应用的三维参数化设计软件主流是rhino+grasshoper以及revit 以及 catia，以及现在幕墙专用的三维参数化设计软件athena。 　　二、三维参数化设计是什么： 　　我们要了解三位参数化设计首先得了解bim： 　　BIM-首先是信息化模型，在建筑信息模型(BIM)过程中，项目团队提供信息和关于共享数字空间中建议的建造资产的数据，称为公共数据。提供的数字信息可以包括规格、时间表、性能要求、计划、成本计划等当然还有一些图纸。然后将它门组合成一个3D模型，以检查它们是否在协调之前与更广泛的项目团队分享。我们之前提供的信息(非图形信息)链接到图形3D模型。当你探索并单击3D表示的不同部分时，你将能访问有关它的信息。例如：点击门可能为您提供有关相关其建造商、成本、性能水平、交付时间和时间信息。这个事物被称为信息模型。所以等您听到人们说建筑时，信息模型或BIM模型-这就是他们的意思了。 　　三维参数化设计是通过三维建模手段，和相关计算软件，碰撞分析，施工模拟等辅助设计师，达到快速简便直观的设计师设计节点结构。并同时完成其三维模型以及二维图纸出图以及其他下料工作，是一站式的解决设计、计算、下料、对接生产的技术形式，同时生成bim模型，其可以达到无纸化操作。 　　三、三维参数化设计步骤： 　　第一步建筑幕墙参数化设计 　　首先，我们需要，从设计师那拿到模型资料以及二维图纸。 　　第二步，我们需要选择适合的节点，设计节点图（词条“节点图”由行业大百科提供）。 　　第三步，依照材质和设计师要求，以及材质和缝隙结构形式，和形状进行表皮三维分格，并且优化。 　　第四步，依照节点图确定杆件以及连接方式以及加强肋等细部事项，将模型或参数导入结构计算软件进行受力分析。来确定最终节点图。以及模型完成结构。 　　第五步，完成模型。 　　第六步，依照模型，出建筑图，如若进行展板，出下料图以及下料单。 　　四、三位参数化设计深度 　　BIM模型在不断阶段的发展以及该阶段构件所应该包含的信息定义为五个级别，分别为LOD100、LOD200、LOD300、LOD400和LOD500。 　　LOD100：一般为规划、概念设计阶段。包含建筑项目基本的体量信息(例如长、宽、高、体积、位置等)。可以帮助项目参与方尤其是设计与业主方进行总体分析(如容量、建设方向、每单位面积的成本等)。 　　LOD200：也是在设计阶段。一般为设计开发及初步设计上。包括建筑物近似的数量、大小、形状、位置和方向。同时还可以进行一般性能化的分析。 　　LOD300：一般为细部设计。这里建立的BIM模型构件中包含了精确数据(例如尺寸、位置、方向等信息)。可以进行较为详细的分析及模拟(例如碰撞检查、施工模拟等)。补充一下，我们常说的LOD350的概念，就是在LOD300基础之上再加上建筑系统(或组件)间组装所需之接口(interfaces)信息细节。 　　LOD400：一般为施工及加工制造、组装。BIM模型包含了完整制造、组装、细部施工所需的信息。 　　LOD500：一般为竣工后的模型。包含了建筑项目在竣工后的数据信息，包括实际尺寸、数量、位置、方向等。该模型可以直接交给运维方作为运营维护的依据。 　　五、常用的三维设计软件优略。 　　下面是现在最流行的三维参数化设计软件： 　　1、rhino+grasshoper 　　很多人都不知道grasshoper是什么，但应该很了解rhino。Rhino是异形设计软件，有它的优势以及缺点。首先rhino是基于参得的实现rhino设计，虽然GH(grasshoper简称)号称自己是图形化编程，你在使用的时候其实就是在编程了，只不过你只能做简单的事情，而且效率会很低。比如循环，迭代，递归等等算法，使用起来非常不方便，这个时候你就用到代码了。 　　如下可以看到一个简单的GH编程的逻辑关系。 　　优点：能够快速建立异形曲面模型，适用于前期方案探讨。LOD300之前的建筑外表皮优化。 　　缺点：第一点，从建模上来讲，rhino要实现整个大楼从头到脚到细部的螺丝钉也就是LOD400-LOD500是庞大而不现实的。 　　第二点，rhino不像revit和catia和athena有详尽的建筑生产信息，只能作为一个3d模型制作，而作为三维参数化设计bim模型来讲，信息量是不充分的。就更不用说出图了。 　　第三点，rhino制作复杂的曲面，分格拆板时，并不如catia有钣金展开的模块。可以输入金属（词条“金属”由行业大百科提供）延展率直接出图。 　　第四点，rhino也不能自动精细化下料，毕竟rhino只是一个建模软件而已，相关于很多bim功能是没有的。 　　2、Catia 　　catia是美国达索公司出品的三维参数化设计软件，适用于机械加工、飞机制造、建筑等多个领域。Catia不同于rhino，是以零件为单位组成的一个庞大模型结构。可以建模，出图并且可以和数控机床链接。其缺点就是上手比较难，制作模型相对复杂。所以从建模上来讲，catia要实现整个大楼从头到脚到细部的螺丝钉是庞大而复杂的。也不能一键自动下料。 　　3、Revit 　　Autodesk Revit是上述三个产品中，操作最为简单的一个产品。其产品线也是最为全面的。Autodesk Navisworks可以实现模型展示以及施工预演。也是广受市场认可的一个产品。但是它的局限性在于不适用于曲面设计。也不能自动精细化出下料单。出来的清单只能统计个数。 　　Revit出图： 　　4、Athena 　　Athena是德国卡普兰公司出品的建筑幕墙设计软件。 　　模型库强大：拥有十万个幕墙产品相关的标准件库。 　　打通产业链：拥有一键自动出下料清单，精细到每个杆件切割的每一刀的细致截面以及铣孔设置，下料图自动生成。可以导入自动化机床（词条“机床”由行业大百科提供），直接生产。是打通了整条产业链的bim幕墙设计生产软件。模型可以在直接联通数控机床，自动化生产，无纸化操作。耶鲁的设备可以直接导入，数控机床则需要导出成sat格式，而被数控机床识别。并且联通了企业erp系统。 　　Athena的钣金加工也是数一数二的，可以考虑到折弯（词条“折弯”由行业大百科提供）工艺，进行自动展板，出来的展板图准确有效。 　　还集成有结构计算、型材的静力计算，玻璃等板材的挠度计算，热工计算，噪音计算，以及二维画图辅助功能，以及二维三维一键互换功能。并且和autodesk合作，可以一键导入revit实现零损失的信息调用。 　　六、案例分享 　　1、中国尊金属屋面工程(LOD500) 　　这个工程江河委托我们设计，辅助康盛伟业进行加工制造。使用了最先进的三维参数化设计进行进行下料展板。这是我通过catia操作的。 　　以下是工程量： 　　首先，刚拿到图纸。先不着急建整个模型。我们先建立单个单元体，对其中的安装的合理性，以及制作的难度进行把控。细化图纸，并且根据单个单元体的结构设计（词条“结构设计”由行业大百科提供）其加强肋，每个分板面的背面加强肋，然后设计龙骨。然后开会探讨其施工图工艺，哪里是焊接，哪里用螺钉锚固。由于其板块全是密拼，所以难度相当的大。而且三维扭曲结构，安装工艺也相当精准才能保证施工质量。 　　经过了长期艰苦的工作做了好几十个版本的模型，设计出了最终版本的节点，并且工厂做出了成品样板。 　　然后就是大批量的模型建立。我们首先先建立出一个理想中的模型。但是由于土建施工误差非常大已经突破了我们节点中给予土建误差量，所以必须测量出土建误差范围才能讲模型精准的安装上去。这是我们需要的仪器，其他卷尺就不写明了。需要测出所有突破理想模型的位置，然后核准模型数据，根据生产情况做释放的放量。 　由于工期紧任务重，土建完成一点，我们根据其中的尺寸调整。随着土建的完成，我们的模型最终完成了。然后就是大批量的面材下料，面材展板由于折弯有延展量，以及折弯工艺需要对图纸再修改。图纸数量达到6000多张，龙骨图纸更多。这就是相当大的工作量。由于catia不能对接工程的型材切割的数控机床，所以仍然需要图纸进行修改施工，最后完成甲方要求。 　　2、athena设计分享。 　　设计：Athena可以自动化设计幕墙三维二维模型。通过输入相关参数可以得到一个大致的分格图，也可以导入自己的幕墙分格图。可以选择分格变成门或者窗（词条“窗”由行业大百科提供）。 　　可以选择库内型材，或者自定义型材，盖板，立柱螺栓等。最后附加到型材而变成一个三维型材版面。选择玻璃版面附加到分格的版面上形成玻璃。并选择门和窗的样式以及型材和玻璃样式，最后成为一个整体。非常简单，容易。出来的既可以是三维形体也可以二维图纸(平、立、剖)。 　　分享：如果需要分享给revit，做后期施工预演或者上平台。内部有端口可以无缝转给revit。不会丢失数据。也可以单独把模型转换到revit族里面。同时完成了所有的相关此族的工作。同时通过内部erp转换接口，直接上报到总部，集团方面就可以立即看到相关数据。 　　在雅典娜的设计过程中，ERPlus用户现在可以在选择ATHENA部件时(例如)b.规范部分)在ERPlus物料数据库中执行物料项目，并承担物品编号。这样，数据存量就会被核对，在雅典娜和ER普勒斯总是处于相同的水平。 　　出图：自动化出图，下料图，下料单。点击后自动列出，切割端头以及方向都在excel表格中明确标识。 　　下料：数控机床相关耶鲁elucad以及兼容nwc的设备。Sat文件格式对接其他普通数控机床设备。达到无纸化操作办公。不会出几千张，上万张图纸用卡车拉到设计院审图的窘境。 　　整个软件是针对于幕墙设计的相关的软件。