本文僅從BIM軟體(以Revit為例),探討如何按照作者對帷幕牆的組成分析來建置帷幕牆BIM模型,這樣的建置方法雖可適用現今多數的帷幕牆,但於此不探討曲面或非垂直角度的帷幕牆做法。

帷幕牆的定義

根據建築技術規則,建築設計施工篇,第一章第一條第二十二款指出帷幕牆:
「構架構造建築物之外牆,除承載本身重量及其所受之地震、風力外,不再承載或傳導其他載重之牆壁。即:1.支撐於主結構體上,但不承載或傳導主結構之載重。2.僅承受本身之重量,風力及地震力。3.工廠生產為主之預製外牆。」
因此帷幕牆既不需要負擔結構體載重,又可以構造於結構體上,這就代表帷幕牆自身的結構設計可以更加的簡潔、有變化、可塑型,更可以被規則化,這也難怪近數十年以來國內外知名的建築師,在建築外觀設計上均採用帷幕牆系統,廣泛的使用於商辦,甚至住宅也有其應用。
帷幕牆的設計、製造、施工是塊專業領域,作者雖非該領域出身,但在歷經數個營造專案後,本文將從作者使用BIM技術結合帷幕牆領域的經驗,提供「帷幕牆BIM模型化」(作者稱以BIM技術進行帷幕牆模型建置過程)的執行與操作方式。但在探討帷幕牆BIM模型化之前,需先了解帷幕牆的執行範圍、帷幕牆的種類、帷幕牆使用的材料特性等,才能進一步分析帷幕牆BIM模型化時的條件與應用。

帷幕牆的專業領域知識

  • 帷幕牆範圍及界面
  • 帷幕牆範圍的界定有助於釐清帷幕牆BIM模型化時執行的實際內容,並明確切割隸屬範圍。而帷幕牆其實就是主體結構的外牆,因此帷幕牆範圍即是建構於主體結構時所有產生的界面,若細分界面應可包含「帷幕牆與建築主體結構的界面」、「帷幕牆本身組成構件間的界面」兩種。
    I. 帷幕牆與建築主體結構之間的界面:應探討帷幕牆系統與主體結構系統的整合,如一次繫件、層間塞、內飾板…等帷幕牆構件與主體結構的整合。
    II. 帷幕牆本身組成構件之間的界面:因應各種構法所設計之骨架、外飾板、桿件、二次繫件、嵌板、蓋板、填縫、防水板…等構件間的整合。
    若將此部分的討論應用在帷幕牆BIM模型化過程,於建模時則是解構出哪些「重要元件」需要被團隊與建模者進行深化,並且被靈活運用;於實務上,必須為重要元件放置的定位點或施工性進行「工程探討」。

  • 帷幕牆種類
  • 帷幕牆的構造方式按照AAMA出版的帷幕牆設計手冊(CW-DG-1-96),其種類有五種:直橫料式(Stick System)、單元式(Unit System)、複合式或半單元式(Unit and Mullion System)、格版式(Panel System)、窗間牆式(Column Cover & Spandrel System),各種帷幕牆基本組成如下。
    I. 直橫料式(Stick System):繫件、直料、橫料、窗間板、可透玻璃、內裝飾條。
    II. 單元式(Unit System):繫件、預組單元。
    III. 複合式或半單元式(Unit and Mullion System):繫件、直料、預組單元。
    IV. 格版式(Panel System):繫件、格版單元。
    V. 窗間牆式(Column Cover & Spandrel System):柱覆板、窗間板、玻璃窗。

    CW-DG-1-96
    資料來源: AAMA

     

    就以目前台灣最常用的分類方式,就屬「單元式」、「框架式」、「半單元式」這三種即可涵蓋帷幕牆工程的種類。因此在探討帷幕牆BIM模型化過程之前,建模者必須清楚的了解自身專案的帷幕牆種類,系統化的分析建置帷幕牆BIM模型所需要的「元件組成」,例如有的構件可以用BIM元件完整呈現(一次繫件)、有的構件卻有不一定需要用BIM元件建置(層間塞),這一切得由團隊與建模者一同討論了。

  • 帷幕牆材料
  • 建物外觀材質選擇性高是帷幕牆的最大優點,材料搭配更是千百種。帷幕牆材料普遍說法就是以帷幕牆的外皮材料當成命名,如玻璃帷幕牆(大面積的玻璃嵌板或玻璃窗)、金屬幕牆、預鑄混凝土帷幕牆、石材或結晶化玻璃帷幕牆…等,這些材料的選用將會影響的是前期設計帷幕牆時的帷幕牆外皮分割、厚度、定位等因素,從BIM的角度來看,材料僅是BIM的「參數設定與材質套用」,所以材料在執行帷幕牆BIM模型化的過程中影響不大。

帷幕牆BIM模型化

小結作者對於帷幕牆範圍、總類、材料等內容見解,針對帷幕牆BIM模型化的流程,提出以下見解:

總歸納上述,原則上帷幕牆其組成與建模順序大致可分為:(1)骨架結構、(2)帷幕牆外皮、(3)門窗、(4)一二次繫件、(5)收邊與特殊造型。(以上分類為作者自行定義,或許不僅限於此)

  • 骨架結構
  • 在Revit中製作骨架,應使用「牆」類型中的「帷幕牆」指令。

    建模者應先讀圖並分析帷幕牆骨架的位置,使用「帷幕牆」來建置骨架結構需先考慮兩項關鍵:牆體繪製長度、骨架位置(使用「帷幕網格」指令分割)。

    因骨架結構的主要構材為鋼鐵、不鏽鋼、鋁合金等,這些都有其特定的「斷面」,因此需要替帷幕牆製作各類型的「豎框」來取代「帷幕網格」。

    製作骨架結構的「帷幕板」族群,需自行新建空的「公制幕牆嵌板.rfa」族,用來套入幕牆中使用。

    以上說明的骨架結構做法,適合金屬帷幕、石材帷幕…等「實體」帷幕牆(再搭配外皮依附作法即可);而「虛體」帷幕牆,則是將骨架結構的嵌板換成玻璃,骨架斷面換成鋁擠型,就成了最常見的玻璃帷幕。

  • 帷幕牆外皮
  • 帷幕牆的外皮材質有很多,分割方式更是設計建物外觀時的重點,這邊探討的外皮如同帷幕牆的外衣,需要依附在骨架結構外,因此在建模過程就必須額外新建一道帷幕牆,並且賦予與設計相符的切割樣式。分兩道帷幕牆的處理方式,優點是外皮分割方式通常與骨架不同,執行帷幕牆外皮分割時不會受骨架結構影響。

    在面對同一道帷幕牆中具有不同材質的情況,此法依舊適用。

  • 門窗
  • 帷幕牆的門窗必須以「帷幕嵌板」來做替換,因此必須從「公制門-帷幕牆.rfa」、「公制窗-帷幕牆.rfa」族中重新建立屬於該專案的門、窗元件,如此一來才能夠更換某片帷幕嵌板為門或窗。除非其他專案可以沿用,否則以此法製作的門、窗,缺點就是門窗斷面僅符合該專案。

  • 一二次繫件
  • 帷幕牆的一次繫件、二次繫件,在Revit的世界裡,適合用「公制面型通用模型.rfa」族來建立,建模時就可以放置在面上任意調整位置,相當方便。缺點就是必須一個一個花時間來放置。

  • 收邊與特殊造型
  • 帷幕牆在主結構體屋頂女兒牆的收邊、與地板的收邊…等多處不同界面收邊,作者建議可使用「內建量體」來執行,一來提供製作的可塑性,二來修整便利。

    當然,若遇到大量重複型的構件時,依舊可以製作特殊元件,執行起來會更加順手。

結論

  • 帷幕牆BIM執行方法
  • 要如何使用BIM軟體提供的帷幕牆指令,製作出與真實世界帷幕牆相符、且能提供施工過程中檢討的模型,作者相信方法不只有一種,但重點是如何在有限時程與成本的控制下交出具品質的有效內容,並藉由良好的規劃流程、執行效率來達到屬於符合業主需求的作業,這都是我們一直以來的目標與做法。

  • 帷幕牆BIM數量
  • BIM模型一直以來,在算量上必須是「有建才能算」,因此帷幕牆BIM模型若要深化發展到拆料,或許還有其他更經濟的方法。

本文為作者的心得分享,若有資料上的錯誤還請不吝提醒。