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犀牛+Grasshopper参数化在青岛东方影都万达城项目应用

时间:2017-11-03    来源:科利达装饰     BIM编辑:wanghe

  Grasshopper(简称GH)是一款在Rhino环境下运行的采用程序算法生成模型的插件,是目前设计类专业参数化设计方向的入门软件。与传统建模工具相比,GH的最大的特点是可以向计算机下达更加高级复杂的逻辑建模指令,使计算机根据拟定的算法自动生成模型结果。通过编写建模逻辑算法,机械性的重复操作可被计算机的循环运算取代;同时设计师可以向设计模型植入更加丰富的生成逻辑。无论在建模速度还是在水平上较传统的工作模式,都有较大幅度的提升。本工程全面应用GH,充分体现了参数化的高效性、精确性、全面性等优势。

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  工程概况

  青岛东方影都万达城是特大文化旅游商业综合体,全部为室内项目。室内主题公园引进世界最先进的各种室内游乐设施,拥有世界唯一定制的飞行过山车极具刺激。室内水公园建设有世界首台室内水上过山车、大水环等最新水上游乐设备,给游客带来水中乐园。万达城商业面积10万平方米,是万达的主轴线,集购物、娱乐、美食等近二百家提供一流的消费环境。总建筑面积:35.05万平米,其中地上27.77万平米,地下7.28万平米,幕墙面积约8万多平米。幕墙主要形式:玻璃幕墙、铝板幕墙、铝合金格栅、金属屋面、玻璃天窗、穿孔铝板等。

  本工程的难点

  1.设计难点

  本工程外立面多数是复杂的三维造型,且项目体量大,这对土建、钢结构、幕墙等的施工定位要求特别高,且不同分项工程之间的交接以及碰撞检测也异常繁琐,唯独采用二维CAD制图很难精确表示到位,因此本工程全面采用BIM技术,对整个工程进行1:1的建模,这对整个项目外立面造型的把控、碰撞检测等起到关键性的作用,充分体现了BIM技术的优势。前期多次跟设计院进行沟通,在理解设计意图的基础上,对设计院提供的原始犀牛表皮模型进一步的剖析,达到空间1:1的程度,并将最终模型提交设计院进行碰撞检测,确保幕墙和主体零碰撞,且与金属屋面能完美衔接,实现BIM技术协同CAD二维幕墙图纸的深化。

  2.施工难点

  施工的难点主要是造型复杂,体量大,空间定位难,在合理误差范围内下料难度大,每根骨架都是空间不一样的尺寸,每个板块都是不一样的规格,且量大,按照常规的下料方式很难保证下料的精度与速度,就算能保证速度,也需花费大量的人力,人工成本太高。针对此类难点,通过应用犀牛+Grasshopper参数化,从模型优化到龙骨面板的下料,所有材料批量统计、批量编号、批量生成加工数据,一切都交由软件运算得出,大大节省时间,且精度高,充分体现BIM技术应用的优势,提升质量的同时大大节约人工成本。另外整个工程都是大体量的钢结构部分,且都是三维空间定位,现场安装难度大,在立面上一根根的拼装,龙骨整体的精度很难保证,且不宜操作。为此,我们根据相关定位数据,在地面进行龙骨拼装,组成单元式的钢架,然后运用400吨履带式吊机,整体吊装至立面,复核定位准确无误后和预埋件进行焊接固定。

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  门头单元式钢结构吊装

  BIM的实际应用

  本工程三维异形部分主要是:弧形铝板、屋顶穿孔铝板、大门头彩釉玻璃。

  这里每个部分都是空间三维定位,所以前期最关键的工作就是对表皮模型的优化,确保模型和轴网是空间1:1的位置关系且幕墙分格精确无误,后续的工作都是基于原始表皮来实现。

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  青岛万达茂深化后的1:1模型

  1.弧形铝板幕墙

  弧形铝板幕墙主要是幕墙龙骨的定位和面板下料,铝板整体造型是不规则弧面,必然导致每一块铝板都是不规则弧面,这样铝板成本比较高,此处通过参数化对每一个板块进行模拟分析,得出左右两边的小板块第四点与其余3点所在平面的高差都在10mm以内(以后统称为翘起值),完全可以用平板代替。

  而中间长条形的铝板翘起值在10~30mm,此处虽然翘起值较大,但板块长度都是4-5米,运用平面铝板自身的可微扭曲的性能,采用四点不共面的固定方式,也能达到整体弧面的效果,这样大大节省材料成本,同时缩短铝板的加工周期,保证了施工进度。

  此处大多数的定位点、线,龙骨的下料规格尺寸数量以及所有铝板1:1模型及编号都是通过犀牛和Grasshopper参数化生成,且精确无误。后续直接导出定位线、点、坐标指导现场施工定位,铝板1:1模型及编号发送铝板厂家进行铝板加工,每块面板都不同,此处参数化技术的应用,无论是龙骨定位还是面板的下料,正确率都达到100%。施工过程中的龙骨安装、面板安装,现场都根据定位点的坐标数据,对每一个定位点进行实时监控,确保万无一失。

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  弧形铝板1:1模型及编号(部分)

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  弧形铝板龙骨定位(部分)

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  弧形铝板Grasshopper程序电池组

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  弧形铝板实际完成(部分)

  2.屋顶穿孔铝板

  此处最大的难点是异形板块体量大,约2万多平米,共七千多块铝板,其中一大半都是空间三维定位,且每块铝板都不同,都是不规则四边形。我们应用犀牛+Grasshopper对基础表皮和分格,批量进行板块划分、平板优化、铝板归类排序编号,导出加工数据,配合少量CAD加工图,发送厂家进行铝板的加工。另外批量生成龙骨规格尺寸及数量,龙骨定位线、点、坐标,供龙骨精确下料及指导龙骨安装定位。(插图7-11)

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  屋顶穿孔铝板表皮及分格

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  屋顶穿孔铝板Grasshopper程序电池组

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  屋顶穿孔铝板1:1模型及编号(部分)

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  屋顶穿孔铝板料单数据(部分)

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  屋顶穿孔铝板龙骨定位数据(部分)

  3. 大门头彩釉玻璃

  大门头三角玻璃部分也是运用类似的方法,对面板进行分析优化,批量统一生成1:1模型,同时编号并导出每块玻璃的加工尺寸,供下料使用,批量生成定位线、点、坐标指导龙骨定位安装,应用参数化不仅速度快且精度高。另外大门头雨篷玻璃整体为扭曲面造型,且局部过度部分扭曲大,这就导致部分四边形也是扭曲面。在满足整体效果的同时尽量经济化,我们要找出部分扭曲较大的板块做曲面玻璃,扭曲较小的做成平板玻璃,我们对这几百个板块统一进行参数化分析,发现板块的翘起值最大的有80mm,显然翘起太大的玻璃必须做曲面玻璃,我们定义了一个参数区间,自动筛选出相应板块,哪些做平板玻璃哪些做曲面玻璃,一目了然,且后续根据需要,再次调整参数就自动完成运算得出结果,灵活高效,大大节省时间。

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  钢龙骨安装实景图

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  门头雨篷面板分析图

  青岛东方影都万达城幕墙工程是一个相对复杂的异形幕墙工程,设计和施工难度不言而喻,此次设计与施工全面采用BIM参数化技术,从最初的犀牛表皮到后续的龙骨定位与安装、材料的下料加工等,无不体现参数化设计的高效性与精确性。近些年异形幕墙的设计与施工越来越多,伴随着更多的异形建筑的出现,参数化设计优势突显优势。人类历史上,发生过三次浪潮,第一次是度量衡的确定,第二次是用图纸来进行设计,第三次是软件工具的应用,那BIM参数化必将是第三次浪潮的升华。

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关键字:Grasshopper Rhino 青岛东方影都万达城
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