建筑黑科技 | 参数化技术在异形曲面幕墙中的应用实践

参数化技术在异形曲面幕墙中的应用实践

当今城市高速发展，建筑形态越来越多样化，建筑外立面也越来越新颖独特，那么这些造型复杂的幕墙又是如何从设计师的纸上创意逐渐变成可建造的产品的呢？接下来，本文将以武汉市轨道交通8号线徐家棚站配套综合开发项目的异形曲面幕墙为背景，介绍E.D.T.C的团队是如何利用参数化技术来开展工作的。

武汉市轨道交通8号线徐家棚站配套综合开发项目

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 项目概况 

项目位置

武汉市轨道交通8号线徐家棚站配套综合开发项目位于徐东大街与和平大道交汇处，地铁8号线在此站可与地铁5号线、7号线进行换乘。该项目由CSADI桂学文建筑工作室负责方案创作，创作方案以“城市山水”为设计主题，建筑立面蜿蜒变化、光滑流畅，充满韵律和动感，蓝灰色的金属幕墙与周边环境和谐自然的融为一体。

项目效果图

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 异形曲面参数化建模 

2.1建立参数化模型

为了更好的控制曲面效果、更高效的划分幕墙板块，更精准的控制幕墙系统加工与定位精度，在幕墙深化设计阶段，参数化技术团队运用参数化的设计方法来构建幕墙三维模型。

参数化构建的幕墙曲面

Grasshopper曲面参数化建模程序

2.2模型调整与优化

复杂的幕墙板块必然会增大加工安装难度以及增加造价，因而本项目在深化设计时，在保证建筑效果的前提下对建筑曲面进行了优化调整，尽量减少双曲幕墙板的占比。

如该项目中庭处原玻璃幕墙为一复杂曲面，曲面曲率杂乱无规律。技术团队编写程序重建该曲面，应用遗传算法，经过多次迭代优化后得到了曲率均匀的新曲面，最终实现玻璃平面化率达到95%以上，且无双曲玻璃。

原玻璃曲面（曲率云图无规律分布）

优化后玻璃曲面（曲率云图横向均匀分布）

曲面优化过程

优化后玻璃分格与分类

幕墙表皮优化调整时可能会与主体结构发生碰撞，为方便检查碰撞情况，技术团队编写了碰撞分析程序。该程序可直观、精确、实时的显示任意剖切位置的碰撞结果，量化评估碰撞情况。

碰撞分析

Grasshopper碰撞分析程序

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 曲面分割与优化 

本项目幕墙分为金属幕墙和玻璃幕墙，根据建筑效果和加工工艺，金属幕墙板宽度需控制在960mm以内，采用通缝布置，玻璃与金属板分格数按照2:3关系布置。

幕墙板分割示意

设计要求金属板块最大宽度为960mm，并尽量控制在960mm左右以减少板块数量，但采用常规分割方式很难达到这一要求，不是板块超尺寸便是板块宽度太小，浪费材料不经济。

对此，技术团队的解决思路是采用多条曲线联合控制分割平面的方式来处理，即保证任意幕墙金属板的最大宽度约为960mm，并根据该思路开发了相应程序用于幕墙分割。

多控制曲线分割示意

Grasshopper多控制曲线分割程序

优化前后幕墙分格效果对比

经过上述曲面优化与分割后得到最终的幕墙分格模型。

幕墙板块分格效果

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板块分析与数据输出

利用参数化技术，还可对幕墙板块进行曲率分析，对所有板块进行自动编号，将幕墙板块进行平面展开后自动排版出图以及获取面板长宽尺寸，计算面板面积等，同时也可将相应数据输出至Excel表格中，为后续造价估算与加工分析提供精确数据。

金属幕墙板块分析

玻璃幕墙板块分析

面板自动编号

面板分析数据输出

面板展开图自动排版与边长尺寸自动标注

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幕墙龙骨系统参数化精确定位

确定好幕墙板块分格后，根据幕墙节点构造，运用参数化设计方法，编制相应程序可快速布置幕墙龙骨系统三维模型。

金属幕墙节点构造

幕墙系统三维模型局部

布置好主次龙骨后，还可根据节点构造，在主次龙骨间、次龙骨与幕墙面板间参数化布置节点组件模型。

金属幕墙节点三维模型

同样也可对幕墙龙骨进行自动编号并将其定位坐标和尺寸输出到Excel表格中。

幕墙龙骨数据输出

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 结语

随着经济与科技的发展，非线性元素越来越多的出现在建筑设计中，与此同时，传统二维设计方法的不足之处明显显露出来，参数化技术则凭借其三维可视、参数化建模、精确定位、算法优化、快速出图与数据输出等特点，越来越多的被应用到各类复杂建筑设计以及加工、建造中。

幕墙全参数化设计流程

幕墙BIM模型

参数化设计团队

张慎、胡文进、尹鹏飞、辜文飞、王杰、刘武

顾问团队

葛亮（建筑）、王书华（幕墙）、金晃（商务）

 

中南建筑设计院 工程数字技术中心

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策划 ┃ 工程数字技术中心

文字 ┃ 尹鹏飞     编辑 ┃ 工程数字技术中心

校对 ┃ 张慎

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