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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技術來高效實現幕墻的設計工作。
關鍵詞：VCB技術，幕墻設計系統
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構計算等，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，幕墻行業里設計人員流失到其它行業，特別是地產行業的情況較普遍，愿意沉下心做幕墻設計的畢業生越來越少，很多企業設計人員出現斷層、青黃不接等現象，已影響到企業的正常運營和發展。
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。經過近幾年的探索，VCB技術應該是解決這一問題的答案之一。
2 VCB技術簡介
何為VCB技術?這是筆者自創的一個詞，V代表可視化，C代表云平臺，B代表BIM，簡單地說，VCB技術就是可視化技術+云平臺技術+BIM技術。這三大技術如何與幕墻設計相結合呢，下面先分別簡述一下這三項技術。
可視化技術就是利用三維建模軟件，將傳統的平面（詞條“平面”由行業大百科提供）圖形轉化為三維模型，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據交換、中性幾何文件格式數據交換或者中性顯示模型數據交換，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，要么所傳輸的三維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，在保證模型層高、分格尺寸、精確度等完整參數的前提下，將原始的三維模型原始文件進行最高上百倍的壓縮，實現百兆級以上數據的流暢瀏覽與操作，使三維模型的可視化與三維軟件無關聯，實現產品數據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速一般且配置較低的電腦、手機上輕松實現全方位的幕墻工程展示。
云平臺技術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，來提供網絡、存儲和計算的能力。本文采用的云平臺技術主要是利用云平臺的數據傳輸、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據中心完成，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，按預先設定的使用者權限，便可全部或部分使用定制化的云平臺系統進行幕墻設計。當然，云平臺的安全、服務器的穩定性等問題不容忽視，應優先使用主流的商業化云平臺，目前，主要的商業化云平臺有：亞馬遜、甲骨文、微軟、IBM、阿里巴巴、谷歌等。
BIM技術就是基于BIM技術，研發標準化、系列化的幕墻標準產品的設計系統，或者根據使用者需要，定制研發針對企業、具體幕墻工程的設計系統，整個設計系統包括前期的幕墻設計圖紙以及后期的下料等，其中，BIM技術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，對下料人員的要求也很高。而這些對BIM技術來說就輕而易舉，手到擒來了。
3 基本思路
幕墻行業里歷年來通常都是采用AutoCAD（詞條“CAD”由行業大百科提供）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技術的幕墻設計系統可以改變這種傳統的設計做法，使設計變得更加簡單、快捷和準確。
3.1 技術路線
基于VCB技術的幕墻設計系統就是將可視化、云平臺和BIM三大技術進行整合，形成一整套的幕墻設計系統，具體架構詳見圖1。可視化技術作為幕墻設計系統的三維模型可視化展示手段，云平臺技術作為幕墻設計用相關數據的傳輸、存儲和計算系統的載體，BIM技術作為幕墻設計和下料系統的核心，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。
圖1 幕墻設計系統架構
3.2 設計流程
基于VCB技術的幕墻設計系統可直觀、輕松地實現設計、計算、下料和材料優化等主要設計工作，主要設計流程如下：
1) 建立幕墻設計系統需首先搭建幕墻設計系統平臺。系統平臺集成了可視化系統、云平臺系統和BIM技術系統三大系統，可用于企業局域網、企業網站下掛或專用設計網站等。不同崗位、不同級別的人員應設置相應的查看和管理權限;
2) 建立幕墻工程三維可視化模型。根據建筑結構要求，按幕墻系統或工程的層高、分格、幕墻類型、截面尺寸和規格等具體設計參數建立三維模型，可采用犀牛、Revit、SkethchUp等軟件進行三維建模，再經過輕量化處理后放入到幕墻設計系統中，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和計算參數與云平臺中對應的參數接口進行連接，確保可視化三維模型中的參數與云平臺及服務器中相關程序模塊中的參數一一對應;
4) 驅動BIM系統生成幕墻設計成果。通過云平臺傳輸過來的設計和計算參數，驅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 系統應用示例
基于VCB技術的幕墻設計系統所采用的可視化、云平臺及BIM技術目前都比較成熟，總體技術方案可行，只需要將現有的三大技術進行整合，從而研發出適合幕墻行業使用的設計系統。
通過與多家專業公司反復溝通、測試，目前基本上已能夠將基于VCB技術的幕墻設計系統中所要求的大部分功能得以實現，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。現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，也從側面驗證了基于VCB技術的幕墻設計系統的可行性和實操性。
首先來看看幕墻單元窗設計系統示例。
4.1 幕墻單元窗設計系統示例
幕墻單元窗設計系統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，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，與傳統的窗系統有很大的差別，所以窗系統工藝復雜、加工難度大，如采用傳統的二維設計，對設計人員的三維加工設計要求較高，而采用基于VCB技術的設計系統就非常直觀、快捷。
首先，根據建筑和結構的要求，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，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，通過右圖下側工具欄，可實現測量、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，相應的設計參數和計算參數就直接顯示出來，這些參數是在建模過程中已明確的參數化數據，讓使用者再次復核參數是否正確，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、與建筑結構的關系等完全確定，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、節點圖（詞條“節點圖”由行業大百科提供）等。
當然，大量的設計工作仍需在系統的后臺完成，但通過BIM技術的參數化設計，重復的設計工作量急劇減少，轉由計算機根據參數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 異形幕墻設計系統示例
同樣道理，異形幕墻也一樣可以采用相同的設計系統，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建模，幕墻設計平臺系統就能通過云平臺自動地、精確地讀取相關信息參數，從而驅動BIM系統進行相關設計。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”由行業大百科提供）為平面玻璃，三邊玻璃框鋁型材組框，采用結構膠進行粘接，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。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
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信息的讀取，所有異形幕墻設計參數自動傳輸到后臺的幕墻設計系統中，并通過接口聯動，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技術的幕墻設計系統在異形幕墻的設計方面具有得天獨厚的技術優勢，VCB技術與異形幕墻設計的完美結合，能夠極大地提高異形幕墻的設計質量和加快設計進度，同時，有效地提升異形幕墻設計的管理水平。
5 結束語
從技術實現的基本構思，到三大技術的系統平臺整合，再到幕墻工程的示例展示可以看出，基于VCB技術的幕墻設計系統技術上可行，實操中可落地，絕大部分的建筑幕墻及門窗（詞條“門窗”由行業大百科提供）的設計工作都可以實現，也為將來的幕墻設計探索出一條新路。
可視化、云平臺和BIM這些技術相對傳統的幕墻行業來說還是一個新事物，而基于VCB技術的幕墻設計系統更是如此，還需要不斷去總結和完善，甚至可能推倒重來。所以，該幕墻設計系統還需要用較長的時間內去驗證是否滿足幕墻行業的發展需要，是否具有不斷創新的生命力，是否具有持續發展的前途。本人希望，這種新的幕墻設計系統能夠改變幕墻以及門窗企業原有的設計規則和流程，能夠提供一種新的幕墻設計管理方案，甚至發展成為一種新的幕墻工程管理系統。當然，目前這些暫時還只是設想，要實現這些設想，還有相當長的路要走。
[參考文獻]
[1] 曹德君等. 基于輕量化三維產品模型的裝配建模技術研究. 機床與液壓，2009(11).
[2] 陸嘉恒主編. 分布式系統及云計算概論. 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
