鳳凰國(guó)際傳媒中心的數(shù)字化設(shè)計(jì)與建造

周澤渥

(北京市建筑設(shè)計(jì)研究院方案創(chuàng)作工作室，北京 100045)

1 設(shè)計(jì)創(chuàng)意:“莫比烏斯”

位于北京朝陽公園西南角的鳳凰國(guó)際傳媒中心的建設(shè)近來獲得了各界關(guān)注。鳳凰國(guó)際傳媒中心項(xiàng)目由北京市建筑設(shè)計(jì)研究院方案創(chuàng)作工作室進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)，項(xiàng)目大量運(yùn)用了數(shù)字化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了本土團(tuán)隊(duì)在國(guó)內(nèi)地標(biāo)性建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐的突破，也開拓了一條全息的數(shù)字化設(shè)計(jì)之路。

圖1 鳳凰國(guó)際傳媒中心

圖2 “莫比烏斯”的設(shè)計(jì)構(gòu)想

鳳凰國(guó)際傳媒中心位于朝陽公園西南角，是面向都市中心的橋頭堡，它占地面積1．8公頃，總建筑面積約7．5萬m2。南側(cè)眺望北京CBD核心區(qū)，東側(cè)與北側(cè)緊鄰朝陽公園大片湖面，具有開闊優(yōu)美的景觀價(jià)值和極為難得的商業(yè)價(jià)值。方案設(shè)計(jì)以鳳凰傳媒“開放、創(chuàng)新、融合”的精神為宗旨，取意“莫比烏斯環(huán)”，其正反相接，上下相承，內(nèi)外相連的形態(tài)，體現(xiàn)了陰陽相生，中西文化、古今文化融合理念。這一造型與不規(guī)則的道路方向、轉(zhuǎn)角以及和朝陽公園形成和諧的關(guān)系。同時(shí)也詮釋著鳳凰傳媒的文化精神。無限循環(huán)的開放式環(huán)狀造型，將建筑的高低起伏自然融合。

建筑由兩座單體建筑和一個(gè)極富表現(xiàn)力的外殼組成，兩座單體建筑分別為媒體辦公主樓和演播樓。流線型的外殼帶給了建筑流暢動(dòng)人的空間，被莫比烏斯環(huán)所環(huán)繞的鳳凰廣場(chǎng)是建筑體量的核心，它被巨大而飛舞的鋼結(jié)構(gòu)圍合，連接著西側(cè)的城市主干路與東側(cè)的朝陽公園湖濱綠地，是一處可向公眾開放的公共空間。而一條由地面至空中，環(huán)繞貫穿于建筑內(nèi)部的公眾體驗(yàn)流線，實(shí)現(xiàn)了鳳凰國(guó)際傳媒中心在建筑空間上的豐富與開放。公眾可從拱橋拾級(jí)而上，到達(dá)演播樓二層的開放平臺(tái)，由開放平臺(tái)回望西中庭，它被流暢交錯(cuò)的鋼結(jié)構(gòu)包裹，形成了既恢弘的共享大廳，它同時(shí)緊鄰城市干道，使通透、高大、變幻的室內(nèi)空間展現(xiàn)在城市人群面前。沿二層平臺(tái)向東，參觀1 200 m2演播制作大廳之后，公眾可到達(dá)演播樓樓頂?shù)男蓓臻g，巨大的平臺(tái)被鋼結(jié)構(gòu)和坡起的體量環(huán)繞，創(chuàng)造出寬敞的休閑空間。隨后沿平臺(tái)走向緊鄰朝陽公園湖面的東中庭，它既是兩座主樓重要的交通聯(lián)系、極佳的觀景點(diǎn)，更是鳳凰開放的公共體驗(yàn)空間中建筑藝術(shù)表現(xiàn)力的高潮。盤桓蜿蜒的環(huán)形坡道連接著入口大廳，而通天扶梯則直達(dá)辦公樓頂層。辦公樓頂層是建筑的制高點(diǎn)，也是一處風(fēng)景絕佳的眺望場(chǎng)所，向南可遙望CBD壯闊的城市景觀，向北可俯瞰朝陽公園的開闊湖面與成蔭綠林。貫穿建筑的整條公共流線上下穿行在莫比烏斯的環(huán)狀空間中，展現(xiàn)了一個(gè)“創(chuàng)新、開放、融合”的媒體所應(yīng)具有的建筑精神。

圖3 西中庭效果圖

2 三維數(shù)字技術(shù)支持下的深化設(shè)計(jì)

由于獨(dú)特的創(chuàng)意構(gòu)思，鳳凰國(guó)際傳媒中心具有了復(fù)雜的三維形體，這為建筑的深化設(shè)計(jì)和施工提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。隨著大量前所未有技術(shù)難題的涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)工具已經(jīng)不足以應(yīng)對(duì)復(fù)雜形體的深化控制。因此，鳳凰國(guó)際傳媒中心開創(chuàng)性的大量運(yùn)用了三維數(shù)字化技術(shù)，是國(guó)內(nèi)首次運(yùn)用該技術(shù)進(jìn)行全面的、大規(guī)模建筑實(shí)踐的案例。三維技術(shù)應(yīng)用在概念方案深化，建筑體型邏輯加工，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，表皮構(gòu)造設(shè)計(jì)等方面，同時(shí)利用建筑信息模型以及參數(shù)化編程控制技術(shù)生成了無法逐一繪制的技術(shù)信息，完成了常規(guī)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)成果。三維數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)成果的矢量化與精確化，并且進(jìn)行智能化的調(diào)整和修正，優(yōu)化了工程的生產(chǎn)、建造與運(yùn)行工序。

2．1 幾何邏輯構(gòu)建與參數(shù)化設(shè)計(jì)

與規(guī)則體型設(shè)計(jì)所不同的是，復(fù)雜型體的設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)許多無法用以往工程設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)直接套用的軸線、網(wǎng)格系統(tǒng)。為了進(jìn)行技術(shù)深化，建筑師構(gòu)建了一個(gè)與創(chuàng)意相適應(yīng)的幾何控制邏輯體系，這一體系成為了鳳凰國(guó)際傳媒中心進(jìn)行后續(xù)技術(shù)深化的基礎(chǔ)，也成為了鳳凰后續(xù)項(xiàng)目工作的主要控制規(guī)則。在既定的概念模型基礎(chǔ)下，依據(jù)結(jié)構(gòu)安全和材料的合理尺度、人體活動(dòng)的尺度以及視覺美學(xué)尺度，落實(shí)建筑的水平和垂直及一些特定形態(tài)的三維控制線。鳳凰的三維控制線包括;基準(zhǔn)模型表皮的基本版塊劃分線;平面形態(tài)控制軸線;豎向樓層板及幕墻水平控制線等。正是由于這些基準(zhǔn)線的確立，為整個(gè)項(xiàng)目的順利推進(jìn)發(fā)揮了重要的控制作用。幾何控制線成為了一些復(fù)雜建筑部件參數(shù)化的基礎(chǔ)。

圖4 形體的幾何控制邏輯體系中的三維基準(zhǔn)線

2．2 鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與加工

鳳凰國(guó)際傳媒中心的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)將會(huì)成為最為矚目的成就之一。鋼結(jié)構(gòu)極強(qiáng)的可塑性使它實(shí)現(xiàn)了其他建筑材料難以實(shí)現(xiàn)的三維曲面形體，同時(shí)體現(xiàn)了建筑整體的美學(xué)表現(xiàn)力。在功能上，鋼結(jié)構(gòu)外殼將辦公樓與演播樓兩種不同的功能形態(tài)融合為一個(gè)整體，并創(chuàng)造出豐富的公共空間，在生態(tài)效應(yīng)上，它也提供了一層外衣，實(shí)現(xiàn)了建筑全生命周期的綠色節(jié)能。

建筑師與結(jié)構(gòu)師進(jìn)行密切的配合，構(gòu)想了一種三維立體網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)，由主肋、次肋兩層交叉的曲面結(jié)構(gòu)肋組成，其間形成的空隙用來設(shè)置外幕墻系統(tǒng)。而三類三維控制軸線，分別控制了主肋、次肋與幕墻水平控制線。由于其不規(guī)則的復(fù)雜形體，結(jié)構(gòu)的加工難度巨大，整個(gè)建筑幾乎沒有一個(gè)結(jié)構(gòu)構(gòu)件是標(biāo)準(zhǔn)的。為了滿足結(jié)構(gòu)的合理性以及近距離體驗(yàn)建筑的效果，建筑師對(duì)細(xì)部的控制精度要求也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過以往的工程。建筑師幾乎直接參與了建筑每一項(xiàng)細(xì)節(jié)控制，特別是在外殼和主樓結(jié)構(gòu)方面，與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)師開展了密切的配合，對(duì)結(jié)構(gòu)的交接方式與節(jié)點(diǎn)控制進(jìn)行了多輪的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，為此，建筑師第一次全面采用三維建筑信息模型技術(shù)(BIM)，大部分設(shè)計(jì)成果不是通過二維圖紙來表現(xiàn)的，而是通過全息化三維數(shù)據(jù)模型來進(jìn)行表達(dá)和控制的。

優(yōu)美的雙曲鋼結(jié)構(gòu)肋似一座巨大的藝術(shù)品，揮舞著展現(xiàn)了形體的美感，目前其建設(shè)成果已經(jīng)獲得中國(guó)鋼協(xié)專家的充分肯定。經(jīng)測(cè)算，外殼鋼結(jié)構(gòu)的施工最大誤差僅為6 mm，從設(shè)計(jì)建造、施工工藝等各個(gè)方面而言，均已經(jīng)達(dá)到國(guó)際頂尖水平。

圖7 外殼鋼結(jié)構(gòu)建設(shè)成果

2．3 表皮鱗片玻璃幕墻

由于外部形體的復(fù)雜性，外幕墻的技術(shù)處理成為了關(guān)鍵，也成為了體現(xiàn)業(yè)主獨(dú)特的文化性、成本控制以及技術(shù)優(yōu)化的關(guān)鍵。建筑采用了3 000多塊完全不同的幕墻單元，沒有采用一塊曲面幕墻。建筑在每?jī)筛饫咧虚g涉及了一系列單元式的鱗片式組合幕墻，從而使得莫比烏斯環(huán)的形體被舞動(dòng)的鋼結(jié)構(gòu)外肋和自然的鱗片肌理所包裹，形成了以鳳凰羽翼為意向的建筑表皮效果。由于幕墻的復(fù)雜性，三千余塊幕墻的技術(shù)信息很難逐一繪制，此時(shí)三維建筑信息模型以及參數(shù)化編程控制技術(shù)解決了異型構(gòu)件的設(shè)計(jì)文件輸出問題，將幕墻信息輸出稱為一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)，以此為基礎(chǔ)上進(jìn)行深化加工與生產(chǎn)，從而完成了常規(guī)技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)成果。

圖8 利用三維建筑信息模型以及參數(shù)化編程技術(shù)實(shí)現(xiàn)信息輸出

圖9 3180片平面鱗片幕墻彌合曲面

3 三維數(shù)字建造技術(shù)在工程中的運(yùn)用

鳳凰國(guó)際傳媒中心項(xiàng)目采用了許多與國(guó)際同步的建造技術(shù)，將三維數(shù)字建造技術(shù)全面的運(yùn)用在了工程建造中。比如它的鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、外表皮幕墻的設(shè)計(jì)等，設(shè)計(jì)成果均很難用傳統(tǒng)的圖紙來表達(dá)，因而建筑師首次將建筑三維信息模型與加工廠家設(shè)備對(duì)接，利用數(shù)字成果去指導(dǎo)生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)了在大型工程中復(fù)雜非標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)件數(shù)字智能加工。它完全打破了傳統(tǒng)的建造模式，是一次前所未有的工程實(shí)踐。鳳凰國(guó)際傳媒中心所采用的數(shù)字加工技術(shù)與數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)的對(duì)接策略，極大地提高了設(shè)計(jì)產(chǎn)品的精度和對(duì)生產(chǎn)復(fù)雜異型產(chǎn)品的控制。

3．1 鋼結(jié)構(gòu)數(shù)字化加工

鳳凰的鋼結(jié)構(gòu)立體網(wǎng)殼結(jié)構(gòu)由50根梯形截面蜿蜒環(huán)繞的主鋼結(jié)構(gòu)肋和50根圓形截面的次鋼結(jié)構(gòu)肋交織而成，每一根鋼結(jié)構(gòu)的肋的造型都是完全不同的三維曲面，在加工生產(chǎn)中，結(jié)構(gòu)肋的扭曲各不相同，并且精確相接，因此每一個(gè)構(gòu)件的生產(chǎn)都是環(huán)環(huán)相扣，一旦產(chǎn)生明顯的誤差，將會(huì)造成整個(gè)鋼結(jié)構(gòu)無法閉合，結(jié)構(gòu)體系則不能成立。這位鋼結(jié)構(gòu)的加工提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。建筑師在Catia平臺(tái)中建立了精確的BIM模型，并且通過計(jì)算機(jī)編程為每一個(gè)構(gòu)件建立了詳細(xì)的數(shù)據(jù)庫(kù)，包含長(zhǎng)度、曲率、定位點(diǎn)等等。這些信息最終以數(shù)據(jù)庫(kù)和控制模型的方式直接提供給廠家用于深化設(shè)計(jì)。當(dāng)建筑模型改變時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)信息會(huì)自動(dòng)更新，充分發(fā)揮了數(shù)字技術(shù)的智能化優(yōu)勢(shì)。根據(jù)建筑師所提供的數(shù)字模型，廠家同樣充分運(yùn)用了數(shù)字技術(shù)進(jìn)行構(gòu)件的二次深化，計(jì)算出每塊鋼板的幾何信息，并制作了1:1的“樣箱”對(duì)鋼板彎曲進(jìn)行反復(fù)的校核定位，以確保模型中的信息能夠準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)，從而符合真實(shí)的建造要求。

圖10 在Catia平臺(tái)中建立了精確的三維BIM模型

3．2 外幕墻數(shù)字化控制與加工

在鳳凰國(guó)際傳媒中心項(xiàng)目中，外幕墻也實(shí)現(xiàn)了非標(biāo)準(zhǔn)化的加工建造。外幕墻含有3180個(gè)不同的幕墻單元，他們?cè)谌S控制線的規(guī)則為劃分依據(jù)和參數(shù)化基礎(chǔ)，以平面幕墻板塊的形式彌合了三維曲面。每個(gè)幕墻單元都由30多個(gè)不同尺寸的鋁合金構(gòu)件組成，所有的幕墻單元構(gòu)件數(shù)量超過了9萬。大量的技術(shù)信息，以及非標(biāo)準(zhǔn)化的單元板塊為加工建造帶來了困難。建筑師采用了數(shù)字化手段來應(yīng)對(duì)這一難題，通過通程為每個(gè)幕墻單元進(jìn)行了唯一編號(hào)，并依據(jù)編號(hào)管理每個(gè)幕墻參數(shù)信息，建筑師將BIM模型和數(shù)據(jù)庫(kù)與生產(chǎn)廠家共享之后，幕墻廠家需要在其基礎(chǔ)上依據(jù)生產(chǎn)工序進(jìn)行更加深入的二次翻樣設(shè)計(jì)。廠家采用了與設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)同樣的軟件程序，可以自動(dòng)完成幕墻加工信息的提取工作，生成詳細(xì)的加工參數(shù)表，極大地提高了生產(chǎn)效率，也減少了信息轉(zhuǎn)化過程中的誤差。

圖11 幕墻單元

4 結(jié)語

隨著鳳凰國(guó)際傳媒中心項(xiàng)目建設(shè)逐步推進(jìn)，它已經(jīng)獲得社會(huì)各方的關(guān)注。它分別參加了意大利向東方中國(guó)建筑景觀展，意大利威尼斯建筑雙年展等知名的國(guó)際展覽，同時(shí)也受到了市領(lǐng)導(dǎo)以及國(guó)內(nèi)外媒體的關(guān)注。它在項(xiàng)目實(shí)踐中大規(guī)模、全面、深入的運(yùn)用了BIM技術(shù)輔助設(shè)計(jì)施工，在概念設(shè)計(jì)、形體建構(gòu)、技術(shù)深化、效果控制、專業(yè)綜合、施工指導(dǎo)、性能化分析等方面建立了全息而精確的建筑信息模型。它利用數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜形體的精確化設(shè)計(jì)、加工與建造，并且實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)成果的可修正性。

數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用為建筑提供了更多的機(jī)會(huì)，他實(shí)現(xiàn)了高效、智能的設(shè)計(jì)與施工，大大優(yōu)化的設(shè)計(jì)、建造供需，并且可以為建筑的運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供便利服務(wù)。

［1］蘇駿，葉紅華．基于BIM的設(shè)計(jì)可視化技術(shù)在世博會(huì)德國(guó)館中的應(yīng)用［J］．土木建筑工程信息技術(shù)，2009，1(1):87-91．

［2］張學(xué)斌．BIM技術(shù)在杭州奧體中心主體育場(chǎng)項(xiàng)目設(shè)計(jì)中的應(yīng)用［J］．土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2(4):50-54．

［3］馬洪娟，姚守儼，戈祥林，林忠和．BIM技術(shù)在南寧規(guī)劃展示館項(xiàng)目施工中應(yīng)用體會(huì)［J］．土木建筑工程信息技術(shù)，2010，2(2):63-67．