数字技术与逆向设计理论在幕墙工程中的运用

现状研究

现在随着三维设计逐渐普及，复杂形体的建筑越来越多，异形、曲面等复杂造型层出不穷，这些异型建筑外墙多采用幕墙系统。在华丽又富有现代感的外观下，随之而来的幕墙的安装质量问题却在一些实际工程中屡见不鲜。比如加工完的玻璃安装不上、幕墙漏雨、幕墙自爆率高等等问题。目前，玻璃幕墙从设计到加工到最后安装最容易产生问题的环节有以下几个方面：

首先是钢龙骨与玻璃的深化、安装有时并不是由一家公司负责。钢龙骨安装时必然存在误差与调整，这部分误差没有反馈给玻璃深化设计，导致玻璃深化设计依据的龙骨与实际不一致。

其次，目前对曲面或双曲玻璃的深化方法是一种二维的简化加拟合的过程。在钢龙骨安装完毕后，通过人工现场测量双曲玻璃所属的每根龙骨的弦长、拱高、以及对角线焦点的位置等数据，在深化模型中拟合出每块双曲玻璃。这些数据其实是将一块双曲玻璃简化成一个“曲面金字塔”，整个建筑曲面则由这些小的“曲面金字塔”拼接起来，严格来说，建筑外表是不光滑的。这种目前最普遍的曲面玻璃深化设计方法不仅测量费时费力，而且数据准确度不高。

同时，在玻璃加工环节，处于成本的考虑，并未直接利用玻璃深化模型进行加工，而是由玻璃深化方将模型展开成平面进行玻璃下料，然后利用数控钢化炉，自动拱起一个合适的弧度，平板玻璃受热就会两边下垂，贴合模具，做出弯钢玻璃。这种方法用于单曲面玻璃加工时精度较高，但用于双曲玻璃时，由于玻璃各条边也为曲线，因此加工难度较大，玻璃的贴合度仅在80%左右，这是造成幕墙渗漏的主要原因。

现场安装时，时常会有双曲玻璃安装不上的情况发生。尤其是现在龙骨与玻璃分别由不同公司承担，各自的误差叠加而造成返工，扯皮，延误工期等情况不可避免。一些安装完成的玻璃往往存在缝隙较大的情况，建筑使用时会有漏风、漏雨，降低保温性能，影响使用。有些工人在安装有误差的玻璃时，若大量采用扳、撬龙骨或加热玻璃一角的方法来强行安装，则会埋下玻璃自爆的安全隐患。

技术理论

传统检测监管与控制手段对改善幕墙安装质量作用有限，且效率较低。鉴于这些存在的问题和现状。提出了技术理论和手段：

一是引入逆向设计的思路。传统的正向设计强调各工序“按图施工”，忽视了过程中的叠加误差。而逆向设计则强调先正向设计，在前工序完成后随即逆向检查其符合程度，如无大的偏差，即以此改善设计，下一工序是“将错就错”的顺应性施工。用这种“一正一逆，前后交替”不断纠偏的方法来控制质量。

二是BIM加扫描，虚实对比。根据“控制论”的理论，质量的控制必须具备五大元素：“标准、传感、比较仪、决策、受感器”。双曲幕墙施工中“标准”可以由BIM模型来完成，BIM模型是人为主观意识的创意，是虚拟信息的载体。将BIM模型的应用贯穿整个流程，以BIM模型作为校核、评估的标准，每道工序都有一个对应的BIM模型。因此，评判一道工序是否合格的标准就是前一道工序的BIM模型。

然而“传感器”、“比较仪”一直缺少手段。现在我们有了三维激光扫描技术，可以作为现实世界客观实际的记录手段。利用高速激光三维扫描测量的方法获取被测对象表面的三维坐标数据，可以快速、大量地采集空间点位信息，而且具有很高的分辨率，为现场传感快速建立现状的三维影像模型提供了一种全新的技术手段。将该技术用作现场真实状况的记录，不仅速度快，准确度高，而且几乎不存在漏测的情况，扫描一次即可在计算机中得到设计所需的全部数据，为现场测量费时费力提供了终极解决手段。

把扫描的点云模型导入进REVIT模型中，与原设计叠合，可以作为一个“比较仪”供设计“决策”，并向后工序“受感器”发出指令。这正好又为前述的正逆设计提供了一种技术手段，这样就真正完成了控制论的全过程。而且这种控制是在信息处理的虚拟环境及现场实体环境不断转换之间进行的，虚实一体，充分发挥了BIM模拟的优势，避免了实体世界返工的损失，所以具有很大的实际意义。