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提要：多年來，筆者一直在思考如何能夠輕松、快捷地完成建筑幕墻的設計，包括施工圖設計、計算書及下料工藝等。本文提出了一種新型的幕墻設計理念，探討如何利用VCB技術(shù)來高效實現(xiàn)幕墻的設計工作。
關鍵詞：VCB技術(shù)，幕墻設計系統(tǒng)
1 前言
幕墻設計是基礎，也是核心，前期一般包括方案設計、施工圖設計、施工深化設計以及幕墻結(jié)構(gòu)計算等，后期一般包括提出訂購表、下料清單、加工及組裝圖、竣工圖等，涉及到項目的整個過程，設計人員的工作量較大、任務較繁重。但是，近幾年，幕墻行業(yè)里設計人員流失到其它行業(yè)，特別是地產(chǎn)行業(yè)的情況較普遍，愿意沉下心做幕墻設計的畢業(yè)生越來越少，很多企業(yè)設計人員出現(xiàn)斷層、青黃不接等現(xiàn)象，已影響到企業(yè)的正常運營和發(fā)展。
如何減輕設計人員的工作強度，最大限度地提高幕墻設計的效率，一直是筆者的一大心愿。經(jīng)過近幾年的探索，VCB技術(shù)應該是解決這一問題的答案之一。
2 VCB技術(shù)簡介
何為VCB技術(shù)?這是筆者自創(chuàng)的一個詞，V代表可視化，C代表云平臺，B代表BIM，簡單地說，VCB技術(shù)就是可視化技術(shù)+云平臺技術(shù)+BIM技術(shù)。這三大技術(shù)如何與幕墻設計相結(jié)合呢，下面先分別簡述一下這三項技術(shù)。
可視化技術(shù)就是利用三維建模軟件，將傳統(tǒng)的平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供）圖形轉(zhuǎn)化為三維模型，形成三維的虛擬建筑模型，真實、直觀地將幕墻工程展示給使用者，使用者通過三維圖形化的界面，可輕松掌握幕墻設計進度、下料情況等。但是，如果直接采用三維模型數(shù)據(jù)交換、中性幾何文件格式數(shù)據(jù)交換或者中性顯示模型數(shù)據(jù)交換，都存在各自無可避免的缺點，要么要求必須具有相同的三維建模平臺，要么要求使用通用的三維瀏覽軟件，要么所傳輸?shù)娜S模型文件打開時需要花費極長的時間，要么沒有幾何信息且不能精確地測量幾何位置關系等等，所以，必須采用三維模型輕量化技術(shù)，在保證模型層高、分格尺寸、精確度等完整參數(shù)的前提下，將原始的三維模型原始文件進行最高上百倍的壓縮，實現(xiàn)百兆級以上數(shù)據(jù)的流暢瀏覽與操作，使三維模型的可視化與三維軟件無關聯(lián)，實現(xiàn)產(chǎn)品數(shù)據(jù)的快速瀏覽和精確的幾何信息查閱，從而確保幕墻三維模型能夠在網(wǎng)速一般且配置較低的電腦、手機上輕松實現(xiàn)全方位的幕墻工程展示。
云平臺技術(shù)的定義是基于硬件資源(服務器、存儲器和CPU等)和軟件資源(應用軟件等)的服務，來提供網(wǎng)絡、存儲和計算的能力。本文采用的云平臺技術(shù)主要是利用云平臺的數(shù)據(jù)傳輸、存儲和計算等功能組成的云服務器，將幕墻工程中所需的應用軟件完全或部分放在遠程的云數(shù)據(jù)中心完成，面向使用者提供方便、快捷的云平臺服務。對于使用者來說，只需使用瀏覽器這樣簡單的客戶端上網(wǎng)，按預先設定的使用者權(quán)限，便可全部或部分使用定制化的云平臺系統(tǒng)進行幕墻設計。當然，云平臺的安全、服務器的穩(wěn)定性等問題不容忽視，應優(yōu)先使用主流的商業(yè)化云平臺，目前，主要的商業(yè)化云平臺有：亞馬遜、甲骨文、微軟、IBM、阿里巴巴、谷歌等。
BIM技術(shù)就是基于BIM技術(shù)，研發(fā)標準化、系列化的幕墻標準產(chǎn)品的設計系統(tǒng)，或者根據(jù)使用者需要，定制研發(fā)針對企業(yè)、具體幕墻工程的設計系統(tǒng)，整個設計系統(tǒng)包括前期的幕墻設計圖紙以及后期的下料等，其中，BIM技術(shù)的核心就是幕墻設計后期的下料工作。真正做過全過程設計的幕墻設計師應該深有體會，相對于前期的圖紙來說，后期的下料工作往往更加麻煩，更容易出錯。為加強管理、控制成本，一定規(guī)模的公司通常都要求設計師設計幕墻中所有的材料及加工圖，除立柱、橫梁、面板（詞條“面板”由行業(yè)大百科提供）或板塊等加工圖外，還包括各種螺絲、螺栓等緊固件，以及硅酮膠、密封膠條用量等附件，工作量大，任務繁重;另外，大量的異形幕墻工程不斷涌現(xiàn)，對下料人員的要求也很高。而這些對BIM技術(shù)來說就輕而易舉，手到擒來了。
3 基本思路
幕墻行業(yè)里歷年來通常都是采用AutoCAD（詞條“CAD”由行業(yè)大百科提供）二維平面設計軟件進行全過程設計，包括設標階段的方案圖、施工階段的施工圖設計、設計下料階段的零部件加工等。四四方方的標準幕墻工程對普通設計師來說一般都不會有問題，一旦遇到非標準的、異形的幕墻工程，設計的難度就直線上升，對設計師的要求也非常高，如果再采用傳統(tǒng)的二維CAD平面設計方法，往往無法應付，設計效率低，容易設計失誤，甚至可能影響幕墻工程進度甚至成本控制。而基于VCB技術(shù)的幕墻設計系統(tǒng)可以改變這種傳統(tǒng)的設計做法，使設計變得更加簡單、快捷和準確。
3.1 技術(shù)路線
基于VCB技術(shù)的幕墻設計系統(tǒng)就是將可視化、云平臺和BIM三大技術(shù)進行整合，形成一整套的幕墻設計系統(tǒng)，具體架構(gòu)詳見圖1�？梢暬夹g(shù)作為幕墻設計系統(tǒng)的三維模型可視化展示手段，云平臺技術(shù)作為幕墻設計用相關數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和計算系統(tǒng)的載體，BIM技術(shù)作為幕墻設計和下料系統(tǒng)的核心，使用者可直觀、快捷、準確地完成所需的幕墻設計絕大部分工作。當然，不光是幕墻設計，建筑門窗設計也同樣完全適用于該系統(tǒng)。
圖1 幕墻設計系統(tǒng)架構(gòu)
3.2 設計流程
基于VCB技術(shù)的幕墻設計系統(tǒng)可直觀、輕松地實現(xiàn)設計、計算、下料和材料優(yōu)化等主要設計工作，主要設計流程如下：
1) 建立幕墻設計系統(tǒng)需首先搭建幕墻設計系統(tǒng)平臺。系統(tǒng)平臺集成了可視化系統(tǒng)、云平臺系統(tǒng)和BIM技術(shù)系統(tǒng)三大系統(tǒng)，可用于企業(yè)局域網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng)站下掛或?qū)Ｓ迷O計網(wǎng)站等。不同崗位、不同級別的人員應設置相應的查看和管理權(quán)限;
2) 建立幕墻工程三維可視化模型。根據(jù)建筑結(jié)構(gòu)要求，按幕墻系統(tǒng)或工程的層高、分格、幕墻類型、截面尺寸和規(guī)格等具體設計參數(shù)建立三維模型，可采用犀牛、Revit、SkethchUp等軟件進行三維建模，再經(jīng)過輕量化處理后放入到幕墻設計系統(tǒng)中，形成可視化的三維模型，登錄平臺后可直觀展示三維模型。另外，通過附帶的功能工具，可對三維模型進行尺寸測量、任意面剖切視圖以及模游模式等操作;
3) 連接云平臺參數(shù)接口。可通過人機交互式界面，將三維可視化模型中的相關設計參數(shù)和計算參數(shù)與云平臺中對應的參數(shù)接口進行連接，確保可視化三維模型中的參數(shù)與云平臺及服務器中相關程序模塊中的參數(shù)一一對應;
4) 驅(qū)動BIM系統(tǒng)生成幕墻設計成果。通過云平臺傳輸過來的設計和計算參數(shù)，驅(qū)動云平臺服務器中的相關軟件，按預先編制的程序模塊自動生成設計圖紙、計算書、下料清單、加工圖以及材料優(yōu)化等相關設計工作。同時，已完成設計的部分在三維可視化模型采用不同的顏色標注出來，且不可重復，避免出現(xiàn)二次設計下料;
5) 下載完成的設計文件。所有的設計工作完成后，平臺系統(tǒng)將所有設計文件上傳至指定位置，供使用者下載，其中，零件加工圖可直接轉(zhuǎn)化為加工中心的CAM格式，以方便工廠加工使用。同時，服務器自動備份全套上傳的文件，確保資料安全。
4 系統(tǒng)應用示例
基于VCB技術(shù)的幕墻設計系統(tǒng)所采用的可視化、云平臺及BIM技術(shù)目前都比較成熟，總體技術(shù)方案可行，只需要將現(xiàn)有的三大技術(shù)進行整合，從而研發(fā)出適合幕墻行業(yè)使用的設計系統(tǒng)。
通過與多家專業(yè)公司反復溝通、測試，目前基本上已能夠?qū)⒒赩CB技術(shù)的幕墻設計系統(tǒng)中所要求的大部分功能得以實現(xiàn)，但仍有一小部分設計工作還未完成，還需進一步研究和探討�，F(xiàn)將已基本完成的兩個幕墻工程示例與大家分享，通過這些示例，也從側(cè)面驗證了基于VCB技術(shù)的幕墻設計系統(tǒng)的可行性和實操性。
首先來看看幕墻單元窗設計系統(tǒng)示例。
4.1 幕墻單元窗設計系統(tǒng)示例
幕墻單元窗設計系統(tǒng)是按照深圳某實際幕墻窗工程進行全過程測試項目，該工程為超高層住宅，采用了比較新穎的幕墻單元窗系統(tǒng)，共有十多種窗型，由于幕墻窗大量采用了單元式幕墻的防水和構(gòu)造設計理念，同時，不僅有凸窗，而且單元窗下端還懸挑，與傳統(tǒng)的窗系統(tǒng)有很大的差別，所以窗系統(tǒng)工藝復雜、加工難度大，如采用傳統(tǒng)的二維設計，對設計人員的三維加工設計要求較高，而采用基于VCB技術(shù)的設計系統(tǒng)就非常直觀、快捷。
首先，根據(jù)建筑和結(jié)構(gòu)的要求，按實際工程建立幕墻單元窗的三維可視化模型(詳見圖2)，可360º全方位展示該幕墻窗工程的全貌和局部細節(jié)，其中左圖為整個幕墻窗工程的全景圖，右圖為左圖的局部放大圖，通過右圖下側(cè)工具欄，可實現(xiàn)測量、剖切和漫游等實用功能。
圖2 單元式幕墻窗可視化模型示例
隨意點擊可視化模型中的幕墻窗，相應的設計參數(shù)和計算參數(shù)就直接顯示出來，這些參數(shù)是在建模過程中已明確的參數(shù)化數(shù)據(jù)，讓使用者再次復核參數(shù)是否正確，是否需要修改，通過這個界面，使用者就可以直接生成施工圖、計算書、加工圖以及下料清單，簡單、方便。另外，為區(qū)分設計完成情況，幕墻窗采用不同的顏色進行標識，如灰色代表尚未設計部分，藍色代表正在設計部分，黃色代表已完成設計部分，詳見圖3，再打開參數(shù)下方對應的任務鍵按鈕，即可完成程序模塊所設定好的設計工作，如下料清單、加工圖以及計算書等。如需輸出相應的施工圖，僅需在預先設定的程序模塊中添加相應的模塊即可。
圖3 藍色標識的幕墻窗設計參數(shù)示例
從示例可以看出，只有簡單的幾個步驟，就能完成幕墻單元窗的設計下料工作，由于在施工圖設計過程中，所有型材、面板、連接件、緊固件、與建筑結(jié)構(gòu)的關系等完全確定，所建立的三維模型與實際工程完全相符，可通過已固化的程序模塊自動生成施工圖紙，如大樣圖、節(jié)點圖（詞條“節(jié)點圖”由行業(yè)大百科提供）等。
當然，大量的設計工作仍需在系統(tǒng)的后臺完成，但通過BIM技術(shù)的參數(shù)化設計，重復的設計工作量急劇減少，轉(zhuǎn)由計算機根據(jù)參數(shù)變化進行傻瓜式的重復計算生成，設計人員只需要集中精力，做好幾個關鍵點的設計工作，如系統(tǒng)設計的合理性、可操作性，極大地減輕了設計師的勞動強度。
4.2 異形幕墻設計系統(tǒng)示例
同樣道理，異形幕墻也一樣可以采用相同的設計系統(tǒng)，眾所周知，異形幕墻的設計和下料難度相對來說較大，特別是異形幕墻中各空間型材尺寸以及面板各邊尺寸等，但對于VCB技術(shù)來說，只要保證三維可視化模型是按照異形幕墻工程的實際參數(shù)建模，幕墻設計平臺系統(tǒng)就能通過云平臺自動地、精確地讀取相關信息參數(shù)，從而驅(qū)動BIM系統(tǒng)進行相關設計。下面以一個異形幕墻的測試模型為例。
異形幕墻的測試模型為三角形分格的玻璃板塊，玻璃（詞條“玻璃”由行業(yè)大百科提供）為平面玻璃，三邊玻璃框鋁型材組框，采用結(jié)構(gòu)膠進行粘接，共有180塊三角形玻璃組框，具體可視化模型詳見圖4。同樣，可采用圖下方的工具欄實現(xiàn)相關測量、剖切模型等功能。
圖4 異形玻璃三維可視化模型
玻璃組框板塊的顏色與上述規(guī)則基本相同(詳見圖5)，深藍色是正在設計部分，選取藍色板塊后，該板塊相應的設計參數(shù)自動導入，包括三個玻璃框的長度和兩端加工角度、玻璃三條邊的長度和三個夾角等參數(shù)。同樣，點擊相應的設計任務鍵，即可獲取所需的設計成果，最后只需下載自動上傳的設計文件。
圖5 深藍色部分玻璃組框板塊參數(shù)
當然，異形玻璃組框只是一個簡單的測試示例，但通過這個測試示例可以看出，通過對精確建模的三維可視化模型中相關參數(shù)信息的讀取，所有異形幕墻設計參數(shù)自動傳輸?shù)胶笈_的幕墻設計系統(tǒng)中，并通過接口聯(lián)動，自動生成設計成果，中間生成過程可以不需要設計人員任何介入，使異形幕墻的設計變得簡單、快捷、方便、準確。所以，基于VCB技術(shù)的幕墻設計系統(tǒng)在異形幕墻的設計方面具有得天獨厚的技術(shù)優(yōu)勢，VCB技術(shù)與異形幕墻設計的完美結(jié)合，能夠極大地提高異形幕墻的設計質(zhì)量和加快設計進度，同時，有效地提升異形幕墻設計的管理水平。
5 結(jié)束語
從技術(shù)實現(xiàn)的基本構(gòu)思，到三大技術(shù)的系統(tǒng)平臺整合，再到幕墻工程的示例展示可以看出，基于VCB技術(shù)的幕墻設計系統(tǒng)技術(shù)上可行，實操中可落地，絕大部分的建筑幕墻及門窗（詞條“門窗”由行業(yè)大百科提供）的設計工作都可以實現(xiàn)，也為將來的幕墻設計探索出一條新路。
可視化、云平臺和BIM這些技術(shù)相對傳統(tǒng)的幕墻行業(yè)來說還是一個新事物，而基于VCB技術(shù)的幕墻設計系統(tǒng)更是如此，還需要不斷去總結(jié)和完善，甚至可能推倒重來。所以，該幕墻設計系統(tǒng)還需要用較長的時間內(nèi)去驗證是否滿足幕墻行業(yè)的發(fā)展需要，是否具有不斷創(chuàng)新的生命力，是否具有持續(xù)發(fā)展的前途。本人希望，這種新的幕墻設計系統(tǒng)能夠改變幕墻以及門窗企業(yè)原有的設計規(guī)則和流程，能夠提供一種新的幕墻設計管理方案，甚至發(fā)展成為一種新的幕墻工程管理系統(tǒng)。當然，目前這些暫時還只是設想，要實現(xiàn)這些設想，還有相當長的路要走。
[參考文獻]
[1] 曹德君等. 基于輕量化三維產(chǎn)品模型的裝配建模技術(shù)研究. 機床與液壓，2009(11).
[2] 陸嘉恒主編. 分布式系統(tǒng)及云計算概論. 北京：清華大學出版社，2011.
作者單位：深圳市建筑門窗幕墻學會
