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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的選型不是僅憑設計經驗能夠解決的，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，找到項目的特征規律，提煉設計要點，以達到減少非標設計的數量，提高工效的目的；現在市場上流行的各類場館的設計，三維放樣后，都可以找出系統共同點，貌似復雜，其實簡單，所采用的系統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公司開發的 CAD(電腦輔助繪圖系統)，借助于 CAD強大的三維功能，通過幾何模型分析，模擬實際，發現問題，改進系統，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，將草圖變為工作圖的繁重工作可以交給電腦完成；由電腦自動產生的設計結果，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遠遠無法達到，甚至會以偏概全導致錯誤的發生，學會 CAD三維設計，配合專業知識可以讓我們快速而經濟的對一套系統進行評判,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的主要應用如下：
二．在系統模擬定型中的應用
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，找到規律性，提練系統設計的同性，同時找到細節上存在的問題，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；本節以俄羅斯聯邦的 “ WeddingPlaza”項目此為案例，講述 CAD三維在系統模擬定型中的應用。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，經統計數據(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，故系統初定采用空間框作法，到此第一步，系統初選基本完成。
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，按節點（詞條“節點”由行業大百科提供）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，得出如下細節設計要點。
3.細節設計
a.扭轉單元排水坡度參數的設計，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，以上幾處細節設計，僅有通過三維放樣確定尺寸，才能解決幕墻系統上的關鍵問題，據此可以確定系統的選擇是否可行。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“現象CAD三維放樣后發現，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，會出現不同板塊的室內橫框上頂點出現左高右底或右高左底的現象，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從標準節點可以看出，此類項目的水密、氣密線，與常規單元存在階差，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,諸如此類的細節設計，僅有在空間幾何模型中才能清楚的表現。CAD三維在系統模擬定型中的應用，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，因業主不懂圖紙、專家或評委在評定的時候要在規定的時間完成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三維可以充分發揮其切、銑相關的圖形數據加工工作，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，按系統節點建標準分格寬、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，然后就會發現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，跟據節點的構造尺寸（詞條“構造尺寸”由行業大百科提供），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。經過此操作步驟可以得以下的加工圖紙。
五．在培養設計師中的應用
幕墻是一個快速發展的行業，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方面還是有可取之處，以前本人曾任職沈陽一家一級企業技術負責人，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，二是培養新人。三個月后，明顯感覺有三維設計經驗的設計師對系統的理解能力更強，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。有的設計節點僅僅是平剖或豎剖，需要有一定的經驗才能看懂。因此可以適當擴大 CAD三維設計在培養設計師中的應用,編制合適的培訓教材。
CAD的應用，只有結合專業人才的專業知識才能發揮其功效，并在此基礎上進行二次開發，有針對性的對不同方向進行深入研究，成倍甚至幾何級數提高工作效率。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作變為一種工業化生產，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,建筑已經變為純粹的商品。而最有藝術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，將節約的時間更多的投入到外立面的方案創意、幕墻系統的開發、藝術氣息濃郁的手繪圖，揚長避短，將此項目技術發揮極致。
幕墻行業是介于建筑與機械之間的一個行業，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據加工工作，確切的說，CAD技術更適用于幕墻行業。
七．結束語
有的專業設計師、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快速發展的形勢，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。當各個行業都在費盡心思尋找復合型人才時，幕墻行業也不例外。希望廣大的設計從業者，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，發現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。
