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BIM技术在中国企业联合馆设计中的应用

2015-11-17 00:00| 发布者: ccbuild| 查看: 511| 评论: 0|来自: 网络

摘要: 摘要: 以2015年米兰世博会中国企业馆为主线,全面回顾了BIM技术在中国企业馆中的应用,分享了该项目的设计理念、设计难点,总结了该项目中的BIM应用亮点。 2015年,“互联 ...

摘要:以2015年米兰世博会中国企业馆为主线,全面回顾了BIM技术在中国企业馆中的应用,分享了该项目的设计理念、设计难点,总结了该项目中的BIM应用亮点。

2015年,“互联网+”写入李克强总理的政府工作报告,这意味着“互联网+”正式被纳入顶层设计,成为国家经济社会发展的重要战略,在这种时代背景下,很多传统行业都发生了翻天覆地的变化,建筑行业作为技术密集型的传统行业,自然要顺应潮流,寻求新的突破与发展。BIM(BuildingInformationModeling)概念,其核心就是建筑行业信息的创建与传递,这些信息是建筑行业并入“互联网+”的数据基础,是引领建筑行业微笑转型的引擎。

本文以2015年米兰世博会中国企业馆为主线,全面回顾了BIM技术在中国企业馆中的应用,分享了该项目的设计理念、设计难点,总结了该项目中的BIM应用亮点;最后,笔者总结了目前BIM技术在建筑设计领域中的存在的一些问题。

项目设计理念

2015年意大利米兰世博会的主题为:“滋养地球,生命能源;为食品安全、食品保障和健康生活而携手”。中企馆在呼应世博会主题的同时,选择“中国种子”作为展馆主题意象,来反映中国企业的发展与成长(图1,2)。

图1中国企业联合馆

图2中国企业联合馆中意花园

建筑设计的灵感也来源于“种子”,并在多方面回应自然和生命的主题。建筑表皮卷裹的动势是对种子萌芽和生长过程的模拟;双重环形坡道则是对DNA分子结构的隐喻;建筑核心的垂直绿化直接将生机引入建筑内部。同时,建筑设计构建了“方圆”、“内外”、“虚实”、“刚柔”、“动静”等一系列空间形态的二元关系,与“道法自然”、“有无相生”的思想相通。从建筑的任何角度都可以看到内外空间的自然衔接,空气和光线完全可以进入建筑最深处。

项目设计难点

>>非线性设计

为了营造出“道法自然”、“有无相生”的思想意境,从外部轮廓到环形中庭,均有大量的非线性设计元素。建筑轮廓为一方形体量,在当中嵌入树状柱筒、环形中庭及其内部的绿核,这些设计都不是常规的“横平竖直”,而是一些灵动的曲面,以保证观展流线在内外之间不断转换,并让游客在不知不觉中到达屋顶花园(图3-5)。

图3建筑外表皮

图4环形旋转坡道

图5树状柱

>>建筑空间紧张

米兰世博会提供给每个展馆的用地相对较小,周边道路用地紧张。国家馆之外的所有展馆建筑高度严格控制在12m以内;而且主要室内空间要满足至少3m净高的舒适度要求。而企业馆是一个由多家企业联合集资建设的场馆,各企业都要求有尽量多的展示面积,以在世博会实现其宣传的目标。我们需在930m2的净用地面积中设计约2000m2的使用面积。在局促的空间里做足业主需要的面积,并满足内部的净空要求,这对建筑、结构以及设备工程师都是巨大的挑战(图6,7)。

图6总平面图

图7BIM设计模型

BIM设计流程

基于以上两点,设计团队在方案初期就引入BIM技术,直接用三维来进行设计,各专业协同工作,有问题及时反馈,在最短的时间内,完成一个高品质的设计作品(图8,9)。

图8BIM设计流程

图9剖面图

前期设计阶段,土建专业直接在BIM模型中协同工作,最先确定建筑的形体、边界、结构形式等大方向,找出各专业在该项目设计中可能遇到的瓶颈问题,并逐一解决,避免后期出现颠覆性的改动。确定之后,各专业继续深化模型,为下一步专业间配合作准备。

中期各专业配合阶段,建筑与结构专业的BIM模型已逐步完善,力求达到施工图建模深度,建筑专业需要确认在现有的结构布置之下,建筑功能与空间能得到满足,此外,设备专业的主管线与大型设备也体现在BIM模型之中,对于现有的碰撞问题,设备专业与结构专业共同协商,得到最佳的解决方案,并对后期的工作重点进行总体安排。

后期管综优化阶段,建筑与结构专业不断完善模型,并根据项目需要进行局部微调,设备专业全面介入,所有的支管与设备均反映在BIM模型中。结构专业根据前期的工作计划,在设备专业管线确定的基础上,直接在BIM模型中根据实际尺寸开预留孔洞,这项工作对日后的深化设计与施工安装具有极强的指导意义。

BIM设计亮点

>>立面桁架

由于建筑体量较小,方案设计策略是简化外立面元素,用纯净的材料、简约的细部使建筑充满力量感。建筑入口处,外表皮向上掀起,划出一道与地面相切、直至屋面的大弧线造型(图10,11)。结构师选用适应建筑轮廓的立面桁架形式,高效地实现了力流的转化和落地,实现了“帘幕掀起”的效果。同时,采用大悬挑取消了立柱,模糊了建筑内外空间的边界,从而实现了建筑出入口的开敞效果(图12)。

图10入口大悬挑结构

图11外表皮设计

图12建筑内外中介空间

设计师均以BIM设计为依托,首先用犀牛搭建出建筑外轮廓,然后结构设计师用REVIT软件在建筑外轮廓中进行结构布置,并导入结构分析软件。这种设计方法,改变了传统设计中,依靠二维定位指导三维建模的“逆向”设计,直接利用BIM三维可视化的特点,让设计从抽象变得现实,空间关系一目了然,另一方面,由于BIM设计的思路是协同工作,通过建立REVIT中心文件,建筑的改动可以立即反映给结构,结构可以对该建筑造型的可实施性进行及时反馈,这大大提高了双专业配合的质量与效率。(图13)

图13外立面桁架BIM模型

>>树状柱设计

为了给中企馆的结构构件赋予美学含义,我们在建筑核心设置了树状柱,它们相互交叉支撑,整体形成一个椭圆形柱筒。结构师依照不规则造型布置钢结构折形柱,使树状柱成为建筑设计的亮点。绿核影厅由树状柱筒吊挂,可取消影厅下部立柱,-2m展厅的边界得以无碍地延伸到枝状柱,环形光井被纳入展厅空间。此外,树状柱还承担环形坡道的重量,是结构设计中的关键部位。在枝状柱的生产和安装方案中,柱筒整体被分成内、外两个展开面以及若干小的侧面来拼装,实现了很好的表面平整度。

树状柱作为整个建筑内核的竖向受力构件,它的设计完全无法按照常规的设计思路进行,二维设计甚至连柱定位这一项工作都无法实现,因为柱之间是相互交错的。对于这种罕见的结构形式,BIM设计发挥出巨大的优势。首先,建筑师与结构师可以同时在REVIT中心文件中工作,建筑设计师给出建筑想要的柱的定位与形态,结构设计师直接根据建筑师的模型进行结构分析,最大程度的满足了建筑师的设计意图,保留了整体建筑的设计精髓;此外,因为树状柱的设计,树状柱区域的管线综合完全依赖于BIM模型,设备专业的工程师,在已经确定的树状柱模型之上进行布管工作,避免了后期的大量修改(图14,15)。

图14树状柱的BIM模型与现场施工

图15内部核心垂直绿化

>>管线综合出图

企业馆的总高度限制在12m以内,而且主要室内空间要满足至少3m净高的舒适度要求,再加之本项目对通风、照明的要求极高,因此如何在有限的空间内实现管线的最优排布,成了后期设计关注的重点。对此,结构工程师与设备工程师配合,直接在钢梁上开洞,这最大限度的发挥了设备工程师的自由度,同时也节省了专业之间相互协调的时间,所有的专业都是同时进行工作,一次性排定所有管线,然后结构工程师重新进行结构分析,对于受力不足的位置进行局部微调。当结构专业与设备专业设计完成之后,用BIM模型一次出钢梁开洞图与管线综合图,并将BIM开洞模型传递给施工单位,为施工单位下料、安装等提供可视化参考(图16)。

图16中企馆局部BIM管综模型

结语

BIM发展的路途可能是崎岖的,它需要建筑行业内各个参与方的全力支持,共同发力,但BIM发展的趋势已然不可逆转,业主、设计单位、施工单位、软件公司等都在自己的岗位上努力从传统思维向BIM思维转变,只有当我们所有人的努力联合在一起之后,我们才能看到BIM给整个建筑行业带来的深刻变化。让我们一起微笑着面对这场变革,我们也坚信这场变革最终会给我们一个微笑的结果。

(作者:李莉国家一级注册建造师,张峥国家一级注册结构工程师,吴杰国家一级注册建筑师、高级工程师, 本文有删减改动)

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