BIM技术可使设计可视化，BIM可视化的需求主要是节点研究和施工工序模拟，几乎所有的节点设计都可以通过三维模型进行协调，施工过程可以通过仿真模拟工序，从而减少了设计返工带来的经济损失和工期损失。
2.1 BIM技术设计参数化
(1)外形曲面分析及建立参数方程表达式
为了在施工图中准确反映方案设计的意图，体现立面变化曲面的设计效果，经过方案模型分析可知，建筑物立面的渐变曲面看成由竖直平面yOz上的曲线为基线，沿x方向旋转移动而成的双曲面；或者可以解释为曲面是水平面xOy上的一条曲线，在沿着轴z方向移动一定距离的同时旋转一定角度而形成的双曲面。根据标高和幕墙完成面的距离、每一层平面之间的变化角度已有的数据，采用后者，选择水平面xOy上的基线，在沿着z轴方向移动一定距离的同时旋转一定角度而形成旋转曲面，从而建立曲面方程，方程表达式如下：
以曲面方程为建模基准进行BIM模型构建，可精确表现出建筑物的形体及其变化规律，同时也忠实还原了建筑师的设计意图，给幕墙系统方案设计提供有效的依据。
(2)现场钢结构扫描
因整体建筑的造型不规则，球形外罩钢结构加工和安装的精度存在一定的误差。为保证建筑效果，采用三维激光扫描仪对现场钢结构进行扫描分析，判定现场结构是否与理论模型有较大冲突，以便在设计阶段进行调整。
经现场实测，实际钢结构整体安装精度控制较好，偏差大部分在50mm以内，且基本都是往内侧偏移，并在幕墙安装偏差可接受范围内，不致影响钛金属板、玻璃飘带和骨架的安装。
(3)利用方程进行参数化建模
①在建筑、结构表皮建模的基础上进一步建立屋面的分格及其各种构件模型。屋面系统模型主要包括金属板、支撑龙骨、直立锁边板、固定支座、次檩、主檩及檩托等构件内容。
②利用BIM专业软件开展建模，核心的建模软件为Rhino(犀牛)、Autodesk Revit Architecture、Solidworks。其中犀牛用于建筑整体幕墙分格的生成以及曲率分析；Revit用于幕墙工程施工BIM模型的建立及应用；Solidworks用于幕墙单元加工板块的参数化建模，并指导材料的统计、下料与加工生产。三者之间的关键数据、信息传递，利用软件自身功能或自行编制的软件程序进行。
③江苏大剧院的屋面为双曲面水珠造型，平面曲线和立面高度均不规则，CAD无法表示平、立面清楚的关系。用BIM软件建成模型，直观生成双曲面造型，生成二维等高线，自动生成平面、立面、剖面图，并提供3D数据给厂家加工。
④根据建筑整体模型在BIM软件中完成建筑外壳、定位结构形式和位置、划分幕墙，以及确定经度、纬度总长度和划分数等的可调参数，由参数控制的建筑形体便于设计师依据专业分析结果完成调整，高效直观。
⑤在深化设计阶段，使用Rhino软件建立外立面模型，通过Rhino软件将其导入Revit模型，与建筑结构模型整合为一体。Rhino软件具有强大的曲面建模功能，可以在Windows系统中建立、编辑、分析和转换NURBS曲线、曲面和实体，不受复杂度、阶数以及尺寸的限制。Rhino软件跟AutoCAD、Revit等软件有对接接口，可以互相导入，进行无缝链接，具有良好的兼容性。配合Grasshopper插件，可以实现参数化建模，使修改模型变得容易、快捷，通过链接功能，在Rhino里面的修改内容能够马上反映到Revit软件里面，便于与设计方协调。
⑥直立锁边板排板设计、排板方式是否合理对整个屋面工程的施工质量、工期有重要影响。屋面造型、屋面曲率分析、等高线分析、屋面坡度分析直接影响到屋面板的排板及屋面排水。采用Rhino参数化软件将屋面划分单元进行曲率分析，并进行屋面板空间三维排板，见图6-20。同时对每单元划分的板块进行三维量化分析和优化，确保每个单元板块能满足生产加工和现场安装的要求。
图6-20 空间三维排板
图6-21 幕墙表皮的Rhinoceros模型
⑦钛金属板即金属板外表皮设计，根据对原建筑模型的综合分析，屋面表皮为三维空间曲面，且左右不对称，见图6-21。将双曲面转换成平面网格，利用Revit将表皮划分成许多网格，对应于屋面板块的分格简化为平面板块。表皮模型板块纬度方向上下边弧长1 000mm，端点间连线测量拱高值小于1mm，故初步确定纬度方向拼板可采用直线逼近弧线的方式。同时将经度方向板块进行纬度划分，共22个纬度。对经度板块进行曲率分析：上半球1～12纬度和下半球16～22纬度弧长2 600mm，端点间连线测量拱高值小于1mm，也可采用直线成弧方式；13、14、15纬度采用单方向曲面板块。
⑧导入Revit软件并利用其信息统计功能，对逐个金属屋面系统、玻璃飘带系统的构件、嵌板进行编号，并对定位坐标、颜色、材质、加工尺寸和到场时间等信息进行统计梳理，可以方便快捷地导出板块清单和材料清单。
2.2 直立锁边铝镁锰板BIM技术应用
(1)根据球形屋面外形的特点，针对双曲面单元幕墙，直立锁边层最高点大圆顶向屋面四周方向扩散，屋面80%面积的铝镁锰板采用ALL-ZiP S65-300直板排板布置，在屋面下部位置存在特殊造型曲面，是整个直立锁边设计及制作安装的重难点部分。
对于整体或局部带有特殊造型曲面的金属屋面构造，传统的二维设计无法准确、全面地保证项目设计阶段与加工安装环节形成良好的衔接。BIM模型的应用能够进行可视化三维建模、参数化曲面分析、构件尺寸精确控制，使所设计完成的内容能够满足构件加工制作及现场安装的要求。
(2)屋面工程设计阶段采用Tekla软件建立屋面主钢结构及次檩条三维模型，完成主结构及次檩条构件深化设计；其次将Tekla钢结构模型导入Rhinoceros软件，结合Grasshopper插件进行特殊曲面部位的参数化分析，形成精确的外表皮三维模型，并在外表皮模型上完成排板布置。通过BIM系统三维建模设计得出的数据，屋面铝镁锰直立锁边层局部曲面位置，通过ALL-ZiP扇形屋面板、反向弯弧加扭曲的加工工艺得以实现。
(3)在直立锁边层的Rhinoceros模型中进行钛金属板的建模和分割排板设计，随后在AutoCAD中完成初步加工图，待现场铝镁锰直立锁边层施工完毕，复测返回数据后进行最终的钛金属板加工图调整。通过BIM模型系统设计的应用，可以获取钛金属板的加工数据，包括定位坐标、尺寸大小、弯弧加工所需数据及各块板不同的构件编号。有了这一系列数据，可以缩短众多不同尺寸板材的加工时间，提高加工精度，保证外装饰层施工完成后的表面平整、顺滑。(www.xing528.com)
2.3 玻璃设计BIM技术应用
玻璃板块的设计、加工，通过Rhino软件曲线命令生成规则线条，与原建筑曲面比对，在误差允许范围即可采用，克服了以往采用CAD模拟线段的人工操作繁琐及随意性大的缺点。
(1)对玻璃进行曲率分析发现如下特征：1～12纬度和16～22纬度区域，曲率范围r=30 000mm；按玻璃经度方向分格2 700mm模拟直线与原建筑外观对比，误差值为3mm，在加工容许范围内，故经度方向采用直板玻璃代替，达到成弧的效果，见图6-22。
(2)经度方向最小半径为r=1 500mm，对13～15纬度这三纬度分析，采用人工模拟曲线确定半径。在经度方向玻璃板块间拼接成角度为178度，理论拱高与实际放样拱高相差4mm，满足构造调节要求。模拟线段后将其在Rhino软件运用曲线命令进行空间绘线再通过所成弧线，生成纬度方向面板，见图6-23。
(3)在模型中切割出每一块玻璃并编好号（见图6-24），有的排布成平板玻璃，有的排布成弯弧玻璃。用这种方式去复合原先的模型，达到最优化的幕墙表皮。根据每一块玻璃的独立编号，按照现场的施工分区进行材料的下单进场，保证了材料尺寸的准确，确保幕墙工程的精确施工。
图6-22 玻璃板块曲率分析
图6-23 13、14、15纬 度模拟线段
图6-24 每一块玻璃都具有唯一编号
2.4 钛金属板设计BIM技术应用
(1)直接在Revit中建立异形曲面有一定难度，异形曲面的建模需采用多种软件结合的方法。首先在CAD中确定三维线模型，然后将CAD文件导入到犀牛软件中，利用该软件的参数化找形功能，根据模型生成金属屋面的曲面，输出为sat格式文件，导入AutoCAD软件，存为dwg格式，在Revit软件中新建体量，读入dwg文件，生成金属屋面模型。
(2)通过幕墙单元系统内的可调节插接构件，调整板块之间在15mm范围内错位拼接的阶差(显示相邻2个板块之间进出位置有偏差)，并利用该数字化模型中单元板块的三点控制定位技术，解决曲面形成的板块之间微小的角度，以达到矩形平板单元拼接成曲面的效果。
(3)根据检测任务的需要，在选定的碰撞检测软件平台中导入完整的参数化幕墙BIM模型，选择幕墙系统内不同的模型构件、类型或范围，对模型进行内部碰撞检测。通过Revit软件建立模型，完成整个工程的碰撞检测，以碰撞检测报告的方式报设计方解决问题。
(4)钛金属板立面分格优化设计是异形金属幕墙、玻璃幕墙设计的关键步骤，结合目前双曲金属面板的加工生产能力，划分适宜的面板分格，既能保证建筑的整体效果，同时也为项目的可操作性奠定基础。在江苏大剧院项目中考虑到双曲钛金属板加工安装的特殊性，将曲率较小部位竖向分格线采用平面，确保钛金属板的分格线在同一平面内，如此降低了双曲钛金属板的加工难度，幕墙龙骨定位及校核也较为方便可控，而且不影响建筑的整体形态。
(5)对钛金属板进行曲率分析，结果与玻璃板块一致，见图6-25、图6-26。
(6)在经度方向，钛金属板间直板拼接成角度为178°，理论拱高与实际放样拱高相差4mm，满足构造调节要求，见图6-27、图6-28。
图6-25 曲线绘线
图6-26 曲线生成面
图6-27 钛金属板区域曲率分析
图6-28 参数化成弧板块分区图
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