达索系统3DEXPERIENCE平台脱胎于航空、汽车先进的制造业行业，自带工业化基因，其先进的PLM全生命周期管理理念和强大的造型设计能力，帮助幕墙行业通过数字化方式模拟设计、加工和建造全过程。本文从外观和造型设计、幕墙三维设计、幕墙单元优化、图纸和报表输出、基于模型的拓展应用方面阐述达索系统3DEXPERIENCE平台幕墙全生命周期解决方案。

图1. 北京凤凰国际传媒中心幕墙造型

幕墙设计概述

达索系统与幕墙业务的工业化逻辑高度契合，借助BIM模型这一建筑信息载体，不但可以进行幕墙的可视化设计、多专业整合纠错、板块优化分析、型材算量，而且可以突破传统建筑业以蓝图作为设计交付的模式，直接由设计模型生成面板加工图纸和提取构件加工数据，使得幕墙单元无纸化设计、工厂化加工成为可能。

图2. 参数化的幕墙设计流程

基于不同阶段对模型精度的要求，幕墙模型由近似的概念模型逐步演变到建成后的精确模型，依次为LOD100概念化模型、LOD 200近似构件（方案及扩初）、LOD 300精确构件（施工图及深化施工图）、LOD400加工模型 LOD 500竣工模型。达索系统3DEXPERIENCE平台可通过基于部件设计、参数化设计、“自顶而下”设计等方法学，实现幕墙数据从概念到深化阶段“渐进式”设计。

“自顶而下”的设计

幕墙从概念设计、深化设计、工厂加工到最后的安装，涉及的环节非常多，跨越了建筑和机械加工两个领域，数据往往不能顺利衔接，数据链条断裂。基于达索系统3DEXPERIENCE平台的深化设计强调数据链条的可继承性，以幕墙模型为载体，采用“自顶而下”的设计思想，不但可以精准获取上游的曲面造型数据，而且可以精准的配合加工生产。

“自顶而下”的幕墙设计，首先在设计的顶层构筑一个“顶层基本骨架”（Top Basic Skeleton），随后的设计过程基本在该“顶层基本骨架”的基础上进行复制、修改、细化，最终完成深化设计的过程。各个“顶层基本骨架”能够表现该部位幕墙的几何形状和空间位置，能够反映同其他“顶层基本骨架”的几何约束关系。由此，幕墙“自顶而下”深化设计展开的核心是“顶层基本骨架”，也是多个幕墙构件之间相互联系的中间桥梁和纽带。

参数化设计

参数化建模能力是“自顶而下”深化设计得以顺利实现的基础。基于达索系统3DEXPERIENCE平台知识工程模块，实现幕墙构件的参数化建模，可通过改变参数，驱动设计结果的自动修改。参数与模型的控制尺寸有明显的对应关系，并且具有全局相关性，从而使得模型数据的改变在不同层次之间的传递变得唯一并即时。

基于部件的设计

基于部件的设计是一种模块化设计方法，它将整个设计过程分解成一系列独立的部件或模块，每个部件都具有特定的功能和特征。设计师使用平台上的部件库，选择并组合不同的部件来构建产品。这些部件可以是标准化的零件，也可以是自定义的部件，可以根据需要进行修改和优化。这种设计方法高效、灵活、可靠，帮助设计师更好地管理和维护设计数据，更好地进行仿真和分析，提高设计效率、降低设计成本、提高产品质量和可靠性。

达索系统创成式设计的前身可谓是CATIA最负盛名的知识工程，经历了从CATIA V5、V6到集成于达索系统3DEXPERIENCE平台的发展历程。在继承了CATIA参数驱动和关联设计的基础上，借助于达索系统3DEXPERIENCE平台强大的协同工作环境，CATIA 创成式设计形成了独有的特色和领先的创成式建模优势。

• 完全基于单一数据源：所有设计均基于同一数据，实现“一个平台、一套数据、统一的协同工作环境”。

• 参数驱动和关联设计：继承CATIA参数化设计优势，关联参数相互约束和驱动，快速重用和变更模型。

• 3D可视化编程式建模：支持可视化编程建模窗口，像编程一样完成建模，建模窗口完全同步。

• 数据高效传递：数据可与CATIA客户端无缝协同，便于深层次精细化设计。

• 支持使用EKL编写自定义运算符：EKL是CATIA知识工程的高级编程语言。用户可以通过使用EKL来自由创建高效算法，以扩展解决方案的能力。

  
  

达索系统CATIA创成式设计为设计师和模型师提供了与传统方式截然不同的制作工具和设计思路，让以往看似天马行空的想象有机会真正落实下来。配合先进的增材制造技术，达到的不仅是造型的突破，同时伴随着材料、加工、结构、经济性等诸多方面的革命，是对设计和技术的双重挑战；创成式设计的优势和赋能，相信能让造型设计师如虎添翼，探索出更多令人惊叹的建筑幕墙造型。

幕墙方案设计

达索系统Buildings Space Planning模块提供了创意建筑设计行业解决方案，将简单的3D形状转换为具有立面和内部布局的建筑对象。在方案设计中，应用“概念建筑设计师”角色的强大功能，在立面和建筑布局建筑创建后，使用专业化的幕墙设计功能，快速创建幕墙，并完成对幕墙进行划分。软件提供多种幕墙样式，支持修改图案、颜色和竖框规格，能快速完成方案阶段幕墙设计。随着建筑空间调整，立面的幕墙布局可同步更新，符合方案阶段大量变更的需求。

此外，达索系统的Generative Shape Design模块，也是幕墙方案设计的一个不错选择。从草图塑造建筑表面，进行面板划分，制作单一面板UDF，到应用知识工程阵列实例化面板，面板与草图曲线完全关联。随着建筑形状改变，面板随时更新。框架及面板的模型信息可随时导出，用于方案阶段的初步估算。

通过获取的幕墙信息，可以完成异形曲面面板的优化，通过优化以满足复杂曲面的可加工、运输、安装以及成本的要求。幕墙设计师通过参数驱动修改曲面面板的形状，在视觉误差允许的情况下，通过用单曲面代替双曲面、用平板代替单曲，尽量生成标准规格的、简单形状幕墙等方式，同时综合考虑建造成本、施工难易、物理性能、美观（例如需考虑板材规格的供应情况、数控机床加工参数以计算面板规格最大尺寸），逐步优化并达到美观和经济的平衡。

图3. 幕墙面板类型

由于幕墙模型中包括面板、龙骨、连接件、支座、预埋件几何信息、材料信息以及管理信息。每次幕墙形体的改变，都会及时快速地生成相应的料单和造价信息。曲面异形幕墙造价存在更多的不确定性，幕墙形体的调整必然影响到构件成本、加工要求等一系列因素的变化，关联这些因素，形成一个动态更新的数据模型。对原有的幕墙曲面进行持续的改进优化，通过表格化输出的量单实时对比不同设计方案的造价指标。一步步进行迭代循环，最终达到美观和成本的平衡。

随着建筑幕墙工程复杂性的增加，跨学科的合作成为建筑幕墙设计的趋势。幕墙工程的工序是在具备完整的主体结构后开始施工的，可与机电工程并行施工，幕墙与其他各专业在空间占位上联系紧密。建筑信息模型可以改变建筑师、结构工程师、幕墙工程师传统的工作协调模式，将不同专业的BIM模型整合在一起进行专业间的碰撞检查，提前发现专业间的几何位置冲突。例如，通过专业碰撞检查检测幕墙龙骨与混凝土结构之间的预留空间，确认结构是否给予了建筑幕墙充分的空间，预埋件的位置是否准确，同精装和机电是否有占位冲突。再如，通过检查大型建筑装饰件以及LOGO的位置是否有幕墙结构来匹配，确认建筑与幕墙结构之间是否有冲突等等。

图4. 干涉分析检查

达索系统提供面向行业专业的“一键式”出图解决方案，可基于预定义的出图模板，实现批量投图、尺寸文字自动标注、工程报表自动生成。出图模板支持客制化，出图规则可随时更改，现有注释同步更新。图纸完全与3D模型关联，随三维模型和定义的剖切视图同步更新。相比传统出图模式，极大的提高出图效率，减小企业出图定制和开发的工作量。

图5. 幕墙加工图纸

幕墙模板将建筑幕墙构件的各种真实属性通过参数的形式进行模拟和计算，并进行相关数据统计。让设计师能够直观地获取幕墙面板的相关参数，通过分析幕墙面板的设计参数，设计师可以获取更多的信息。

• 9.1 施工进度仿真

在幕墙正式施工前，可以在达索系统3DEXPERIENCE平台内，通过可视化方式，把模型根据施工工序进行分解，定义各个工序结点的时间进度和资源，并生成甘特图和 4D 模拟动画，对整个施工过程进行仿真，进而优化施工组织计划，节约施工周期。

• 9.2 云端数据共享

完成概念设计和深化设计后，基于网页端与下游共享数字模型，实现幕墙设计的协作和数据整合。在云端采集供应商的建筑构件信息，例如门窗等，根据这些数据生成准确的制造模型。借助云端提供的扩展能力和协作功能，我们可以把概念设计数据扩展到加工生产阶段，在建模完成后，直接把模型分解为能够体现设计意图的各类装配，转化为制造图纸和物料清单，实现设计和施工的有效衔接，减少传统设计与施工过程中的浪费和返工。

• 9.3 虚拟数字孪生

达索系统的城市数字孪生是指将城市的物理实体与数字模型相结合，通过传感器、数据采集和分析等技术，实时获取城市的各种数据，并将其映射到数字模型中，以实现对城市的全面监测、分析和仿真。城市数字孪生的主要目的是为了帮助城市规划者、政府和利益相关者做出更科学、更高效的决策，优化城市的运营和管理。

基于虚拟孪生城市实现城市转型是一个复杂而富有挑战性的过程，但它对于创建更可持续、宜居和公平的城市发挥越来越重要的作用。

达索系统3DEXPERIENCE平台提供了全面的幕墙设计解决方案，参数化设计、基于知识的可视化能力、自顶向下的设计方法、统一的协作平台，从概念设计直到下料加工和现场安装，让设计数据精准地贯穿项目全过程。随着建筑行业和信息技术的发展，幕墙设计技术也将不断创新。相信未来达索系统3DEXPERIENCE平台可以进一步提高幕墙设计的质量和效率。