BIM在海棠灣紅樹林七星度假酒店項(xiàng)目建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

李宏業(yè) 楊燕村

(CCDI悉地(北京)國際建筑設(shè)計(jì)顧問有限公司，北京 100001)

1 項(xiàng)目介紹

三亞海棠灣紅樹林費(fèi)爾蒙度假酒店項(xiàng)目是由今典集團(tuán)投資建設(shè)，投資總額約為20億人民幣，是繼迪拜帆船酒店之后全球第二座七星級酒店，是“紅樹林”品牌超高端酒店的標(biāo)志作品。酒店位于海南省有"國家海岸"之稱的海棠灣，建筑外形如一只巨大的彩色貝殼，飄逸優(yōu)雅的佇立于海邊。酒店采取全套房設(shè)計(jì)，每層樓都有貼身管家服務(wù)，并配帶陽光花園酒廊，每個(gè)尊貴套房都配有游泳池。其軟硬件設(shè)施均看齊世界首家七星級酒店——迪拜帆船酒店。

圖1 三亞海棠灣紅樹林費(fèi)爾蒙度假酒店項(xiàng)目

三亞海棠灣紅樹林費(fèi)爾蒙度假酒店項(xiàng)目基地總用地面積215 549 m2，地勢中央高四周低。地塊西面為城市規(guī)劃道路，東面面向南海，臨海為寬約25m的公共綠化帶，南、北兩面均為規(guī)劃公共綠地。有較好的景觀資源，是商務(wù)休閑酒店的理想用地。

圖2 三亞海棠灣紅樹林費(fèi)爾蒙度假酒店總體平面

海棠灣紅樹林七星度假酒店由三幢相連的建筑(酒店主樓、主宴會廳及小宴會廳)和一座獨(dú)立的鍋爐房組成，總建筑面積160 563 m2。主要建筑(酒店主樓、主宴會廳及小宴會廳)建筑面積160 329 m2，地上30層，地下4層。主體建筑高度120．2 m，最高點(diǎn)高度148．18 m。項(xiàng)目設(shè)施齊備，建成后將成為當(dāng)?shù)貥?biāo)志性建筑。

2 BIM與CCDI

BIM是當(dāng)前建筑行業(yè)非常熱的一個(gè)詞，BIM的英文是 Building Information Modeling，多數(shù)被翻譯為“建筑信息模型”，但筆者更傾向于另一種翻譯，即“建筑信息模型化”。通過建筑模型這個(gè)載體，將圍繞建筑物由各種方式產(chǎn)生的各種數(shù)字化信息聚集起來。當(dāng)這些信息在建筑物的整個(gè)生命周期內(nèi)，在產(chǎn)業(yè)鏈的各個(gè)環(huán)節(jié)流轉(zhuǎn)時(shí)，可以更準(zhǔn)確、無損的進(jìn)行信息的傳遞、應(yīng)用。如果從這個(gè)角度看，BIM這三個(gè)字符中價(jià)值最大的是“I”，即信息(Information)。“M”則是建筑信息的基礎(chǔ)，是信息的源頭。

CCDI作為一家以建筑設(shè)計(jì)為核心業(yè)務(wù)的公司，對BIM的理解簡單而獨(dú)到，用公司內(nèi)通用的一句話說:“BIM是改變建房子的整件事”。

早在2008年CCDI就開始對BIM技術(shù)進(jìn)行研究，并在以天津港油輪碼頭項(xiàng)目為代表的一些項(xiàng)目中，應(yīng)用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)應(yīng)用。在2009年，CCDI將BIM的應(yīng)用提高到戰(zhàn)略層面，公司內(nèi)部成立建筑數(shù)字化的團(tuán)隊(duì)，在中國首屆“建筑信息模型(BIM)建筑設(shè)計(jì)大賽”中，天津港油輪碼頭、三亞酒店等12個(gè)項(xiàng)目為CCDI獲得了最佳建筑設(shè)計(jì)獎(jiǎng)、最佳BIM應(yīng)用獎(jiǎng)等多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)。在之后的歷屆BIM大賽中，CCDI也屢次獲得獎(jiǎng)項(xiàng)。這些成績證明了CCDI在BIM方面的技術(shù)能力得到各方的認(rèn)可。

3 BIM在海棠灣紅樹林七星度假酒店項(xiàng)目中的應(yīng)用

海棠灣紅樹林項(xiàng)目的建筑造型比較異形，整體外形尤如一只巨大的彩色貝殼，主樓中部主入口雨棚則像一個(gè)半張開的貝殼，其上方是通高的雙曲面造型的中庭。每層的樓板像一波波的海浪，3層以上樓層向兩側(cè)參差伸展，16層以上則層層縮回，充滿動(dòng)感。

由于項(xiàng)目獨(dú)特的建筑造型，給設(shè)計(jì)工作帶來很大的挑戰(zhàn)。CCDI在項(xiàng)目承接之初就確定應(yīng)用BIM技術(shù)來解決建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)設(shè)計(jì)難點(diǎn)。下面就項(xiàng)目中幾處設(shè)計(jì)難點(diǎn)的BIM技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行介紹:

3．1 雙曲面中庭的設(shè)計(jì)

海棠灣紅樹林項(xiàng)目的酒店塔樓中庭部分被設(shè)計(jì)成了如下圖所示的造型。它以一個(gè)由雙曲面組合成的形態(tài)為基調(diào)，先由大的構(gòu)件搭成骨架，再用木格柵進(jìn)行裝飾。所有構(gòu)件都沿著雙曲面的走勢進(jìn)行排布。

眾所周知，一旦形體在X、Y、Z三個(gè)方向上同時(shí)發(fā)生變化，就無法在二維平臺完成設(shè)計(jì)。這時(shí)必須借助三維設(shè)計(jì)平臺。塔樓中庭的這個(gè)建筑形式給建筑設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都帶來了麻煩，例如如何給這些構(gòu)件準(zhǔn)確的定位，如何使這個(gè)中庭達(dá)到形式與結(jié)構(gòu)的完美結(jié)合等等。

圖3 塔樓中庭模型圖

對于這個(gè)中庭來說，空間定位成了貫穿于整個(gè)設(shè)計(jì)過程的關(guān)鍵點(diǎn)。通過BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員在三維空間中根據(jù)“面——線——點(diǎn)”的原則逐步給建筑構(gòu)件精確定位。

借助BIM技術(shù)，設(shè)計(jì)人員按照預(yù)想的造型先搭建大的承重構(gòu)件的模型，然后進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果對承重構(gòu)件的曲率、支撐點(diǎn)、截面進(jìn)行深化調(diào)整。大的框架確定后，再補(bǔ)充以兼有裝飾性與節(jié)能作用的格柵。

3．2 立面的參數(shù)化設(shè)計(jì)

海棠灣紅樹林項(xiàng)目裙房部分的外立面采用了大量的裝飾性構(gòu)件，很細(xì)膩，很有肌理。這些構(gòu)件以木格柵為主。

在立面上布置大量的木格柵需要注意兩方面的問題:一是木格柵的尺度、布局要融合于建筑形式和環(huán)境特征;二是木格柵的尺寸規(guī)格要盡量少，盡量統(tǒng)一。面對這兩個(gè)問題，設(shè)計(jì)人員考慮通過參數(shù)化設(shè)計(jì)對木格柵的規(guī)格進(jìn)行控制。

對木格柵立面的參數(shù)化控制主要分為三個(gè)層次。

1)木格柵立面的最基本元素是木條，因此設(shè)置木條的長寬高三個(gè)參數(shù)，這是第一層控制;

2)木條布局方式，包括間距、角度、主次關(guān)系等等，這是第二層控制;

3)木格柵的布局是受立面形態(tài)限制的，因此要對木格柵立面的邊界和轉(zhuǎn)折進(jìn)行控制。

圖4 木格柵局部立面圖

有了這幾個(gè)層次的參數(shù)控制，就給設(shè)計(jì)人員以及工程項(xiàng)目本身帶來了諸多方便。首先是設(shè)計(jì)過程中根據(jù)建筑功能或美觀需要可以隨時(shí)調(diào)節(jié)木條尺度，可以隨時(shí)調(diào)節(jié)間距、角度等布局方式。而這些改變僅僅需要輸入幾個(gè)數(shù)據(jù)就能完成。其次，便于工程量的統(tǒng)計(jì)。最后，站在建造的角度上，無疑是省錢又省力。下圖是木格柵立面的效果圖。

3．3 入口雨棚設(shè)計(jì)

對于任何一個(gè)建筑來說，入口的美觀與否無疑是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。海棠灣紅樹林項(xiàng)目塔樓主立面入口處雨棚的設(shè)計(jì)同樣如此。為了達(dá)到一個(gè)完美的效果，雨棚支撐做成了放射的曲線狀，雙層頂棚，頂棚坡度和平面形式很自然，并不是中規(guī)中矩。美觀的同時(shí)還要考慮其排水，不能對建筑使用性造成影響。

上圖所示是入口雨棚的效果圖。通過BIM模型的可視化分析，設(shè)計(jì)人員能夠?qū)τ昱锏男问郊捌淇臻g效果有更清楚的認(rèn)識。雨水落在雨棚上，如何流下、如何排走也能夠容易的分析出來。不規(guī)則雨棚的空間定位同樣也借助精準(zhǔn)的BIM模型來完成。

3．4 結(jié)構(gòu)斜柱的設(shè)計(jì)

海棠灣紅樹林項(xiàng)目自三層至十六層，兩側(cè)逐層向外伸展，懸挑長度最大處達(dá)30m，由于平面上是弧形的，兩測的懸挑還帶有一定弧度。

這樣的建筑方案，給結(jié)構(gòu)帶來最大的問題是，如此大的懸挑，結(jié)構(gòu)如何支撐。結(jié)構(gòu)人員設(shè)計(jì)了斜柱的解決方案，但問題是斜柱并不是線性向上傾斜，而是帶有一定旋轉(zhuǎn)的向上傾斜、延伸。斜柱的空間定位、斜柱和懸挑樓板邊界的位置關(guān)系、斜和樓板上幕墻的位置關(guān)系等等，都是擺在結(jié)構(gòu)人員面前的難題。

上圖中所示，是斜柱方案推敲過程中BIM搭建的模型，設(shè)計(jì)人員根據(jù)BIM模型進(jìn)行斜柱的定位，然后在結(jié)構(gòu)計(jì)算程序中進(jìn)行計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果，調(diào)整BIM模型中斜柱的定位，然后在進(jìn)行驗(yàn)算。如此多次反復(fù)，最終形成確定的結(jié)構(gòu)方案。下圖即為從BIM的模型中輸出斜柱平面定位圖。

雖然斜柱的支持方案確定了，但是斜柱尺寸很大，當(dāng)斜柱處于房間中時(shí)，空間的感覺到底如何呢，會不會影響房間的使用功能，或給使用者帶來不舒服的體驗(yàn)?常規(guī)情況下，這些問題只有在建成并投入使用后才能知道。根據(jù)業(yè)主方的要求，使用BIM技術(shù)對斜柱、懸挑樓板、幕墻進(jìn)行了三維動(dòng)畫模擬，以人的視角模擬從電梯廳到達(dá)斜柱所處房間，并在房間中行走的動(dòng)畫，從動(dòng)畫中可以清楚的展現(xiàn)結(jié)構(gòu)構(gòu)件之間的空間關(guān)系，這種可視化的溝通方式，業(yè)主不需更多的專業(yè)知識，便能提前把控設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)并與設(shè)計(jì)人員更好的溝通解決。

圖10 斜柱在房間中的位置圖

3．5 主入口雨棚桁架設(shè)計(jì)

海棠灣項(xiàng)目的主入口是由多個(gè)曲面疊加而成的，每個(gè)曲面的曲率各不相同，疊加后形成一個(gè)非對稱、不規(guī)則曲面。這是一個(gè)非常復(fù)雜的空間體，如果僅憑人的頭腦去想象哪些曲面交接位置、高度、內(nèi)部空間轉(zhuǎn)化等等，然后把它們落實(shí)到結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì)人員人來說，會是異常困難的事情。

圖11 雨棚方案的空間桁架的結(jié)構(gòu)模型

在雨棚結(jié)構(gòu)方案討論中，結(jié)構(gòu)人員提出空間桁架的結(jié)構(gòu)方案，BIM人員根據(jù)此方案建立了空間桁架的結(jié)構(gòu)模型(如圖11所示)，結(jié)構(gòu)人員在BIM模型上推敲方案的合理性，對空間尺度、構(gòu)件位置、截面尺寸進(jìn)行修改，最終形成一個(gè)較為合理的方案。

3．6 協(xié)同設(shè)計(jì)和成果圖紙

海棠灣紅樹林項(xiàng)目應(yīng)用BIM進(jìn)行建筑、結(jié)構(gòu)專業(yè)協(xié)同設(shè)計(jì)和出圖。項(xiàng)目開始時(shí)先要對項(xiàng)目進(jìn)行規(guī)劃，好的項(xiàng)目規(guī)劃對后續(xù)項(xiàng)目工作的開展可以起到事半功倍的效果。

規(guī)劃的內(nèi)容包括:

·項(xiàng)目應(yīng)用軟件平臺及其版本

·項(xiàng)目工作方式

·專業(yè)協(xié)同工作方式

·項(xiàng)目的坐標(biāo)共享

·模型拆分

·模型深度

·制圖標(biāo)準(zhǔn)

·模型審核

·文件存儲和統(tǒng)一命名等等。

規(guī)劃完成后，即可組織項(xiàng)目成員根據(jù)項(xiàng)目工作進(jìn)行模型的搭建和成果的制作。

對于項(xiàng)目規(guī)劃，筆者在這里跟大家分享的是關(guān)于專業(yè)協(xié)同的工作方式。

在此項(xiàng)目中，項(xiàng)目的模型首先分為共享模型和專業(yè)模型，共享模型是指建筑、結(jié)構(gòu)中都包含的構(gòu)件或構(gòu)件區(qū)域，這些構(gòu)件在建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)中的截面幾何尺寸、物理位置是一致的。如結(jié)構(gòu)柱、剪力墻、核心筒。其他的構(gòu)件則屬于專業(yè)模型，如建筑的墻體、門窗、樓板等。結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)、梁、板等。

共享模型由結(jié)構(gòu)專業(yè)創(chuàng)建并維護(hù)，建筑專業(yè)可將共享模型通過鏈接的方式使用。當(dāng)建筑專業(yè)出現(xiàn)功能性調(diào)整時(shí)，需要及時(shí)向結(jié)構(gòu)專業(yè)傳遞修改信息。結(jié)構(gòu)專業(yè)更新模型后，建筑專業(yè)重新加載進(jìn)來。這種工作方式可以減少重復(fù)構(gòu)件的搭建，使工作效率提高。

圖12 專業(yè)協(xié)同工作方式

初設(shè)階段結(jié)束后，基于BIM模型輸出了初設(shè)成果圖紙，圖紙所表達(dá)的內(nèi)容和深度，達(dá)到國家規(guī)定的出圖標(biāo)準(zhǔn)，下面是圖紙成果示例:

4 BIM在設(shè)計(jì)中應(yīng)用回顧

海棠灣紅樹林項(xiàng)目中應(yīng)用BIM技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，筆者有三點(diǎn)深刻感受:

首先，BIM技術(shù)具有可視化的優(yōu)點(diǎn)，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)非常適合在設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用，它可以把設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)意圖非常清楚的呈現(xiàn)在業(yè)主的面前，無需更多技術(shù)化的語言溝通。業(yè)主方面也可以更明晰的表達(dá)自己的需求。BIM可以在非技術(shù)層面架起一個(gè)溝通的橋梁。

第二，由于專業(yè)間的協(xié)同工作，專業(yè)間的溝通變得非常頻繁，不再是以往階段性提資的工作方式，提資的動(dòng)作可能發(fā)生在每一天，如果信息傳遞不及時(shí)，相關(guān)專業(yè)馬上就會看到，如果更改不及時(shí)，不僅影響本專業(yè)也會影響其他專業(yè)。

最后，如果要應(yīng)用BIM進(jìn)行設(shè)計(jì)，盡量全專業(yè)同時(shí)進(jìn)行。由于三維和二維之間圖形轉(zhuǎn)換的技術(shù)還不是很成熟，專業(yè)間進(jìn)行提資時(shí)，處理圖面問題的時(shí)間比較長，對時(shí)間緊任務(wù)急的項(xiàng)目而言，無疑是雪上加霜。

［1］張學(xué)斌．BIM技術(shù)在杭州奧體中心主體育場項(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．

［2］GB 50010-2002，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］．北京:中國建筑工業(yè)出版社，2002．