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摘要：建筑是一門綜合學科，既是一件商品 ,也是一件藝術品。隨著建筑技術的發(fā)展，理念的更新，建筑設計的藝術造型趨于復雜，形式各異；復雜外立面的設計往往不是單純的平面（詞條“平面”由行業(yè)大百科提供）形式，如扭轉、雙曲等類型。常見的如各類場館的設計，此種項目的表達或系統(tǒng)的選型不是僅憑設計經(jīng)驗能夠解決的，更多的要借助于空間幾何模型的確立，對設計疑難問題進行評定，找到項目的特征規(guī)律，提煉設計要點，以達到減少非標設計的數(shù)量，提高工效的目的；現(xiàn)在市場上流行的各類場館的設計，三維放樣后，都可以找出系統(tǒng)共同點，貌似復雜，其實簡單，所采用的系統(tǒng)也僅是消化空間點的最大高差，或將雙曲面采用單曲面或折線擬合。幕墻設計領域內應用最廣泛的繪圖軟件為 Autodesk公司開發(fā)的 CAD(電腦輔助繪圖系統(tǒng))，借助于 CAD強大的三維功能，通過幾何模型分析，模擬實際，發(fā)現(xiàn)問題，改進系統(tǒng)，解決設計疑難問題。
關鍵詞：幾何模型 幕墻設計 空間框作法 排水設計 模擬 等
一．前言
設計軟件 CAD也就是電腦輔助設計。在工程和產(chǎn)品設計中，電腦可以幫助設計人員擔負計算、信息存儲和制圖等項工作。在設計中通常要用電腦對不同方案進行大量的模擬、分析和比較，以決定最優(yōu)方案；各種設計信息，以 DWG格式的圖形存放在電腦的內存或外存里，并能快速地檢索；設計人員通常用草圖開始設計，將草圖變?yōu)楣ぷ鲌D的繁重工作可以交給電腦完成；由電腦自動產(chǎn)生的設計結果，可以快速作出圖形顯示出來，使設計人員及時對設計尺寸作出精確判斷和修改，極大的壓縮設計師的繪圖時間，使得設計師可以有更多精力投入到設計作品、系統(tǒng)解決方案當中去。
CAD的平面設計出眾，但隨著軟件的不斷升級換代，近期推出的高版本其三維功能越來越強大，雖然還沒有達到 3DMAX或犀牛這種專業(yè)的建模軟件功能，但對于幕墻設計師來說，由于天天與 CAD設計軟件打交道，上手最快且操對相對簡單，可以方便快速的解決方案投標、施工下料中的疑難問題，如：三維表達、系統(tǒng)分析模擬、復雜加工圖處理等。當項目愈加復雜時，諸如此類問題僅僅靠大腦的空間想象能力已經(jīng)遠遠無法達到，甚至會以偏概全導致錯誤的發(fā)生，學會 CAD三維設計，配合專業(yè)知識可以讓我們快速而經(jīng)濟的對一套系統(tǒng)進行評判,由此對設計師的基本技能提出了更高的要求。CAD三維設計在幕墻行業(yè)的主要應用如下：
二．在系統(tǒng)模擬定型中的應用
對一些建筑設計形式復雜的項目，沒有成型的案例可詢，這就需要對外立面的設計進行 CAD模擬分析，找到規(guī)律性，提練系統(tǒng)設計的同性，同時找到細節(jié)上存在的問題，予與解決，諸如此類的非標特異性的項目，CAD三維模擬分析可以大展拳腳；本節(jié)以俄羅斯聯(lián)邦的 “ WeddingPlaza”項目此為案例，講述 CAD三維在系統(tǒng)模擬定型中的應用。該項目(圖一、二、三、四)采用大角度扭轉單元幕墻設計，難度很高，通過系統(tǒng)初選、確定分格、細部設計才能解決一系列問題，從而為后期的施工設計提供基礎。
1.系統(tǒng)初選：扭轉項目的設計思路有三種，A：有應力安裝法(也有稱冷彎法)；
B：空間框作法。C：魚鱗板作法。以上幾種作法各有優(yōu)缺點，采用哪種作法更適合，取決于翹起距離(h)這類扭轉項目的共性為：板塊的第四點(指平面外的點)，與板塊另三點不共面，進而實現(xiàn)外立面的整體扭轉效果。在 CAD模型空間建立模型，對以上 27個板塊的放樣分析，經(jīng)統(tǒng)計數(shù)據(jù)(表略)得出，翹起距離(h)為一定值 78.6mm，此值較大,如采用冷變作法，則面材及骨架要在強制外力作用下達到如此大的變形才能實現(xiàn)建筑效果；由于玻璃為脆性材料，顯然對材料的要求過高，且項目本身要求高造價不菲；如系統(tǒng)選用不當，導致板塊破損，則會造成昂貴的后期維修成本，得不償失，故系統(tǒng)初定采用空間框作法，到此第一步，系統(tǒng)初選基本完成。
2.分格確定：圖五 a、b、c、d在一個平面內，實際上就是面材的分格中心
線，按節(jié)點（詞條“節(jié)點”由行業(yè)大百科提供）的構造寬度，可以算出面材的實際大小，也就是施工圖中的玻璃提料尺寸。a′、 b、c′、d中只有三點在一個平面內，如果以 d,b兩條邊確定的平面為基準，則 a′、c′不在此平面內，對空間單元板塊來說，a′相當于單元母豎框的分格高、c′單元上橫框的分格寬；采用 CAD三維設計對 27個板塊進行精確的放樣，可以確定龍骨的分格中心線尺寸。到此第二步，可以斷定，如果采用空間框作法，剛 a、c兩條邊(也就是單元公豎料、單元上橫料)室內外兩側要作梯形補償條設計。對初期節(jié)點進行三維放樣(此部位略)，調整不合理設計，再次放樣，得出如下細節(jié)設計要點。
3.細節(jié)設計
a.扭轉單元排水坡度參數(shù)的設計，從圖四的三維放樣可以看出，板塊分為內傾及外傾兩類，與水平面最大夾角實測為 14度，則單元系統(tǒng)設計要大于或等于此夾角，才能保證水的順利外排(圖七)。
b.室外側扣板及室內側梯形補償條設計
圖五的示意圖也表明 a′、c′單元母豎框及單元上橫框存在三角形空隙，如果采用明框幕墻結構，這兩條邊要補償，才能使平面玻璃與空間框更好的夾持固定，CAD三維放樣銑加工后的形狀如圖九、圖十示。
c.扭轉后單元橫豎框交接面的三角形空隙的設計
扭轉單元橫豎框交接面為非垂直關系，故當各個面交界時,框料外輪廓間會產(chǎn)生三角形,對性能有影響的主要有如下幾處：外立面橫豎向裝飾扣板，室內側橫豎龍骨交界處空隙的設計，插接位置空隙的設計，以上幾處細節(jié)設計，僅有通過三維放樣確定尺寸，才能解決幕墻系統(tǒng)上的關鍵問題，據(jù)此可以確定系統(tǒng)的選擇是否可行。關于此部分的詳細設計，本人在“大角度扭轉(面)單元幕墻模擬設計”中有詳細的闡述,本文不作過多說明。由此可見，此類問題如不借助于三維的設計，解決起來，難上加難。
d.扭轉單元豎框的室內“甩尾“現(xiàn)象CAD三維放樣后發(fā)現(xiàn)，本層單元與上層單元有錯位，如下圖示：
從圖十一、二可以看出，四個單元的插接豎逢不在同一直線上，上下層之間會形成一個階差，這點是與正常平直單元幕墻不同的如圖十六所示,但由于此部位位于室內裝飾面以內，被樓板隔開，盡管實際會存在這一現(xiàn)象，但不會對內飾效果造成影響；從圖五的正投影上也可以確定，這個值為 4mm。左右板塊橫框不在一個標高上，這也是所說空間框作法缺點之一：室內橫龍骨不在同一標高，如以外立面中間板塊 A點為基準，會出現(xiàn)不同板塊的室內橫框上頂點出現(xiàn)左高右底或右高左底的現(xiàn)象，如果房間柱間距較大則對室內效果有影響.但通過內裝飾的設計，此問題可以彌補。
以上放樣后，將細節(jié)設計中的問題進行消化，可以得到如圖最后的圖紙7從標準節(jié)點可以看出，此類項目的水密、氣密線，與常規(guī)單元存在階差，當橫豎框扭轉后，空間幾何關系變得復雜，交線不再是是垂直等長的關系，只有通過在豎框上對水密、氣密線位置的尺寸作后退或加長處理后，才能保證水密、氣密效果不受影響,諸如此類的細節(jié)設計，僅有在空間幾何模型中才能清楚的表現(xiàn)。CAD三維在系統(tǒng)模擬定型中的應用，因其尺寸的極端精確，是其它軟件所不能取帶的。
三．在項目招投標中的應用
工程建設招標投標，是建設單位和施工企業(yè)進入建筑市場進行公平交易、平等競爭，達到控制建設工期、確保工程質量和提高投資效益的目的。由于幕墻行業(yè)門檻低，入圍容易，所以招標過程其實比拼的就是實力。一份完整的投標文件可以增色不少，因業(yè)主不懂圖紙、專家或評委在評定的時候要在規(guī)定的時間完成5-8家的審查內容，時間很短，所以如果哪個廠家能夠以通俗易懂的方式簡潔明快的方式進行表達，就可以獲得較高的技術分，從而為整體勝出增加籌碼。如圖示的結構表達：
四．在施工下料中的應用
對一些復雜的加工圖紙，CAD三維可以充分發(fā)揮其切、銑相關的圖形數(shù)據(jù)加工工作，大幅提高工作效率，以單元幕墻龍骨加工圖為例詳述 CAD三維在施工下料中的應用。
1 CAD工作界面中建立不同材料的圖層，作圖時要注意圖層與三維圖形中的材料對應，方便操作，這點尤為關鍵，在三維建模中，因為不同的材料會相互遮擋，造成操作困難，當對某一圖層進行操作時，關閉其它圖層，可以高效完成對某桿件的切、銑操作。
2 上述工作完成后，按系統(tǒng)節(jié)點建標準分格寬、高的模型(如圖)也就是實際加工車間要用的組框圖。
3.當上述工作完成后，將桿件從三維轉成二維，以單元左豎框為例，按如下步驟操作：將其它圖層關閉，轉入圖紙空間得到圖示的操作界面。
在圖紙空間里,輸入solprof后選所要轉換的實體，雙擊進入視口編輯模式，調到自己想要的角度和大小，輸入 solprof，選擇物體，按回車，然后就會發(fā)現(xiàn)一個想要的圖形塊覆蓋在原模型上，然后回去模型空間，把那塊移出來，注意有兩個塊，一個是消隱的部分，一個是可見的部分，如圖打勾圖即為所需圖紙(圖二十五)根據(jù)自己需要，最后用 ucs空格 v空格，調成 xy平面坐標系，把想要的圖形復制，新建一個圖形，拷進去就行了，得到圖二十五。在 CAD模型空間下，用”Explode”命令將圖炸開，刪去多余的線條，得到單元左豎框的平面加工圖。
將得到的單元左豎框的平面加工圖(圖二十六)，標注尺寸，增加剖面及技術說明，則單元左豎框加工圖就完成了，這里面有一點要注意，當豎框的兩個面都有打孔或銑加工的情形，轉成平面圖時，應按剖視方向將看不見的一面的孔位或銑加工線畫成慮線。同理，單元右豎框、上橫框、下橫框等都可以按此出圖，尤其是對于一些復雜的單元項目，僅僅通過空間想象來搞清哪里干涉，哪里不干涉，已經(jīng)非常困難，此時 CAD三維設計應用則可以大展手腳，讓我們全方位的觀察桿件的交接情況，加工圖完成后，跟據(jù)節(jié)點的構造尺寸（詞條“構造尺寸”由行業(yè)大百科提供），在 EXCEL單元細目表格中生成相應的公式，得到的料長，再與三維放樣的料長對比，是否有出入，如一致，則說明完全正確，如不一致，則說明公式或三維放樣有誤，重新查找錯誤，樣驗一致后方可出圖。由此可見，CAD三維不僅具有直觀的表達功能，還具有糾錯樣驗的作用，在幕墻設計中，真正有難度的其實就是單元幕墻的加工圖設計，如日本的“Cocoon”大廈，幾乎所有的設計下料工作都是三維放樣完成的。經(jīng)過此操作步驟可以得以下的加工圖紙。
五．在培養(yǎng)設計師中的應用
幕墻是一個快速發(fā)展的行業(yè)，設計人員總處于短缺之中，新人的培訓便成為重中之重。如何使設計人員快速的成長，這當然需要多方面的支撐，不過 CAD三維應用在設計人員的培養(yǎng)方面還是有可取之處，以前本人曾任職沈陽一家一級企業(yè)技術負責人，從新招聘的幾人中選出二人專攻 CAD三維設計，公司所有的圖集讓其畫了一遍，一是投標之用，二是培養(yǎng)新人。三個月后，明顯感覺有三維設計經(jīng)驗的設計師對系統(tǒng)的理解能力更強，這是因為 CAD三維具有直觀的表達功能，對新入門的設計師能夠更快的理解設計意圖，幕墻設計圖往往是平面表達，且不符合機械制圖視圖在一張圖中布局的習慣。有的設計節(jié)點僅僅是平剖或豎剖，需要有一定的經(jīng)驗才能看懂。因此可以適當擴大 CAD三維設計在培養(yǎng)設計師中的應用,編制合適的培訓教材。
CAD的應用，只有結合專業(yè)人才的專業(yè)知識才能發(fā)揮其功效，并在此基礎上進行二次開發(fā)，有針對性的對不同方向進行深入研究，成倍甚至幾何級數(shù)提高工作效率。一些小的 lisp程序對提高制圖效率也有極大的幫助，如畫焊逢、角碼、巖棉、批打印等。
六．CAD技術的不良影響
雖然 CAD技術有上述強大功能，但也有人士認為 CAD技術的濫用會使建筑設計工作從一種藝術創(chuàng)作變?yōu)橐环N工業(yè)化生產(chǎn)，CAD引以為榮的復制、套用的高效率手段,使得設計過程本身就傷害了這一學科，而 CAD的標準化、工業(yè)化使得建筑作品千篇一律,缺乏靈氣、缺乏個性和人情味,建筑已經(jīng)變?yōu)榧兇獾纳唐贰６钣兴囆g氣息的手繪建筑效果圖,也將要被電腦效果圖取代,電腦效果圖雖然正式可信,快捷方便,但它缺少手繪圖所體現(xiàn)的個性,以及設計師筆下流露的特有的感覺。
其實任何事物都具有二面性，客觀的看待 CAD技術的應用，當我們被它從手工描圖的桎梏中解放出來的時候，不要只是歡呼，將節(jié)約的時間更多的投入到外立面的方案創(chuàng)意、幕墻系統(tǒng)的開發(fā)、藝術氣息濃郁的手繪圖，揚長避短，將此項目技術發(fā)揮極致。
幕墻行業(yè)是介于建筑與機械之間的一個行業(yè)，對手繪圖要求不高也不多，有很大一部分時間是用來繪制平立面圖紙、節(jié)點圖或加工圖，其中有相當一部分工作是通用的，CAD可以進行圖形的編輯、放大、縮小、平移、拷貝、陳列和旋轉等有關的圖形數(shù)據(jù)加工工作，確切的說，CAD技術更適用于幕墻行業(yè)。
七．結束語
有的專業(yè)設計師、或走上領導崗位的技術管理者，由于日常行政工作過多，往往不能適應幕墻行業(yè)快速發(fā)展的形勢，有的人動手能力很強，表達能力很弱，對自己想要表達的設計意圖無法準確描述；有的技術管理者嘴上功夫一流，但實際操作技能卻日漸荒廢，只能靠經(jīng)驗或大腦想象，當遇到無先例可詢的案例，則往往無計可施。當各個行業(yè)都在費盡心思尋找復合型人才時，幕墻行業(yè)也不例外。希望廣大的設計從業(yè)者，能耐下心來，專注于設計，作到眼高、手高，只有這樣才能成為一個設計行業(yè)的高手，當基本技能提高以后，對復雜項目的設計感受更深刻，自信心相應提高，與業(yè)主、設計院談判，都能作到游刃有余；所以當我們再次回過頭來看自己，發(fā)現(xiàn)作為技術管理者不要被那些注了水的職位所迷惑，只有技術水平才是真真正正可以服眾的東西。
