BIM筑夢“天空之城”

文｜本刊記者 陳昕

城市建設(shè)的迅猛發(fā)展以及日益豐富的建筑功能、造型需求等，促使了越來越多大體量、新造型的超高層建筑出現(xiàn)。這些超高層建筑往往在造型、構(gòu)件以及建造工藝上突破常規(guī)，對于這類超高層項目而言，僅僅通過傳統(tǒng)的設(shè)計建造手段以及二維圖紙已經(jīng)難以完成，BIM技術(shù)應(yīng)用于超高層項目的價值正日趨凸顯。

眾多設(shè)計經(jīng)驗表明，超高層或造型復(fù)雜的項目，方案設(shè)計和初步設(shè)計階段中結(jié)構(gòu)體系的比選對于提高整體性能、節(jié)省建造成本至關(guān)重要。遠(yuǎn)洋集團(tuán)及匯豐銀行總部超高層項目位于北京市CBD核心區(qū)Z6地塊，該項目是一個超高層綜合體，是北京市的第二高樓。在這個項目中綜合了諸多功能，計劃打造成匯集高端金融機構(gòu)、集聚全球商務(wù)精英的頂級商務(wù)辦公綜合體。該建筑高度僅次于“中國尊”，并將成為CBD核心區(qū)的永久地標(biāo)。主要建設(shè)商業(yè)、寫字樓及配套設(shè)施（如地下車庫、地下公共空間等），項目下方部分為辦公區(qū)域，大概面積為14萬平方米；項目上半部分則為酒店區(qū)域。

統(tǒng)籌協(xié)調(diào) 優(yōu)化設(shè)計

整個項目的造型猶如一個即將綻放的花蕾，非常具有標(biāo)志性。實際上，這個獨特的造型是因為它的建筑和結(jié)構(gòu)完全一體化設(shè)計完成的，在富有未來感的造型基礎(chǔ)上，項目設(shè)計團(tuán)隊利用兼有外遮陽作用的結(jié)構(gòu)柱形成垂直律動的線條，從而增添了建筑的美感。

在造型方面，該項目的另外一大特色是建筑表皮如同“銀片”，所有板塊的交點完全不重合。同時，該項目采用雙層幕墻體系，內(nèi)幕墻為垂直的板塊，而外幕墻是完全平行四邊形傾斜的板塊，由于體形的變化，從底到頂所有的幕墻板塊都是不同的傾斜狀態(tài)，是一個非常復(fù)雜的雙層幕墻系統(tǒng)。創(chuàng)新高性能雙層皮幕墻系統(tǒng)中的外層幕墻為全單元化單層夾膠玻璃，內(nèi)層幕墻為單元式雙層中空玻璃。外皮幕墻兼具外呼吸特點，在巨柱外包之中包含主動式空氣循環(huán)系統(tǒng)，在夏季雙層幕墻之間溫度過高時，風(fēng)機啟動帶動空腔空氣流動以達(dá)到降溫效果；冬季封閉風(fēng)口形成密閉的空氣間層，增強圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫效果。

北京市建筑設(shè)計研究院超高建筑設(shè)計中心設(shè)計總監(jiān)解立婕表示，在如此高度復(fù)雜的設(shè)計中，傳統(tǒng)的二維圖紙已經(jīng)不能表達(dá)設(shè)計意圖，只有借助BIM技術(shù)才能高精度、高完成度的完成整個項目。她認(rèn)為，整個項目最富有挑戰(zhàn)性的難題就是該項目的復(fù)雜表皮。對此，項目團(tuán)隊通過主動創(chuàng)新，對于建筑表皮進(jìn)行了全參數(shù)化的控制，并編寫了數(shù)萬行的計算機腳本，全部的幕墻模型都由計算機生成。小到每一個板塊的裝飾扣板，大到無線定位都處于同一套控制體系當(dāng)中，整個幕墻都是精確可計算的模型數(shù)據(jù)圖。同時，項目設(shè)計團(tuán)隊將匯總的相關(guān)數(shù)據(jù)傳遞給幕墻施工方，施工深化模型也能夠精確有效地在設(shè)計模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行細(xì)化?！翱梢哉f從方案到施工圖的設(shè)計完成都是在不斷優(yōu)化每一個細(xì)節(jié)，我們整個團(tuán)隊都是在BIM模型中去調(diào)整每一處細(xì)節(jié)?！苯饬㈡伎偨Y(jié)道。

遠(yuǎn)洋集團(tuán)及匯豐銀行總部大廈項目主塔樓在設(shè)計初期就決定建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻一體化設(shè)計。同步設(shè)計、互相滲透、互相協(xié)調(diào)，從而做到完整統(tǒng)一。在設(shè)計初期，業(yè)主就委托建筑師統(tǒng)籌其他幾個專業(yè)進(jìn)行一體化設(shè)計。在這一過程中BIM技術(shù)發(fā)揮了重要的溝通協(xié)調(diào)作用。項目團(tuán)隊通過創(chuàng)新把模型表面進(jìn)行了平板化的設(shè)計，通過調(diào)整算法讓每一塊玻璃用最小的錯縫完成平板化的拼接。利用BIM技術(shù)不僅可以對每個板塊間距進(jìn)行精準(zhǔn)定位，同時還可以通過計算控制板塊分類，將板塊種類從446種減少到73種。通過平板化的幕墻設(shè)計以及優(yōu)化板塊種類，幫業(yè)主節(jié)省了大約33%的幕墻造價。此外，利用參數(shù)化的模型系統(tǒng)，項目團(tuán)隊還能夠精確地進(jìn)行大量的幾何優(yōu)化。

分析模擬 降低成本

BIM模型能夠準(zhǔn)確、便捷的反映設(shè)計意圖，因此，整個項目的設(shè)計方案比選和研究始終基于BIM模型進(jìn)行。由于該項目有一個60度傾角的外表皮幕墻和內(nèi)部垂直的幕墻共同構(gòu)成雙層幕墻體系，基本上每一層雙層幕墻空腔都在變化，這也使得該項目的雙層幕墻體系異常復(fù)雜。

遠(yuǎn)洋集團(tuán)及匯豐銀行總部超高層項目由雙重結(jié)構(gòu)系統(tǒng)構(gòu)造，由完全集成的幕墻、邊部鋼框斜交網(wǎng)格包圍中心核心筒。核心筒在底層為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并在上層酒店部分轉(zhuǎn)換成環(huán)繞中庭的鋼框架核心筒。由于項目結(jié)構(gòu)體系與雙層幕墻體系完全整合為一體，進(jìn)一步增加了項目的設(shè)計難度。項目團(tuán)隊將結(jié)構(gòu)體系和內(nèi)外幕墻全部一體化在BIM平臺中進(jìn)行計算控制，在三維條件下進(jìn)行了細(xì)部的構(gòu)造。并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)模擬的結(jié)果對雙層空腔包括雙層空腔的密閉性進(jìn)行相關(guān)調(diào)整。通過分析模擬，調(diào)整自然通風(fēng)系統(tǒng)；根據(jù)光線分析結(jié)果設(shè)計了不同朝向的透光率，大幅度優(yōu)化塔樓的節(jié)能效率。同時，項目團(tuán)隊為降低太陽輻射對于建筑能耗的影響并提高室內(nèi)外區(qū)人員的舒適度，在雙層幕墻腔體內(nèi)設(shè)置了一體化金屬遮陽簾，經(jīng)過全年動態(tài)能耗模擬分析計算得出，該創(chuàng)新高性能雙層皮幕墻系統(tǒng)降低全年暖通空調(diào)系統(tǒng)能耗達(dá)到30%，降低圍護(hù)結(jié)構(gòu)峰值負(fù)荷達(dá)到70%，還可有效降低外部周邊環(huán)境噪音對室內(nèi)辦公人員的影響。

該項目獨特的建筑外形使主結(jié)構(gòu)兩側(cè)并不對稱，這就需要結(jié)構(gòu)設(shè)計不僅要滿足建筑造型效果，同時還要符合結(jié)構(gòu)邏輯。對此，項目團(tuán)隊利用PKPM軟件進(jìn)行了大量的調(diào)整和計算。由于每個節(jié)點位置的調(diào)整都會對外幕墻的構(gòu)造設(shè)計產(chǎn)生非常大的影響，項目團(tuán)隊還應(yīng)用BIM軟件有針對性對每個節(jié)點都進(jìn)行了設(shè)計，并對各種復(fù)雜的空間進(jìn)行分析和細(xì)部檢查。以該項目的空中酒店部分為例，因為空中酒店是一個完全收風(fēng)的造型，所以空中酒店挑高的中庭也是一個三維收風(fēng)的造型，這個三維收風(fēng)的造型里面全部是錯位的，這在傳統(tǒng)的二維空間當(dāng)中無法完成機電設(shè)計，因此所有的機電設(shè)計都在三維空間中完成。

整合平臺 提高精度

在項目設(shè)計過程中，項目設(shè)計團(tuán)隊通過BIM技術(shù)對光環(huán)境、風(fēng)環(huán)境、火災(zāi)危險性這些內(nèi)容進(jìn)行詳細(xì)的分析。另外這個項目是逐層變化的，所以每一層的平面都是不一樣的，項目團(tuán)隊在項目初期就建立了BIM設(shè)計平臺，隨著設(shè)計節(jié)點的不斷變化，最終形成各層的三維平面整合，同時進(jìn)行了整個項目的各個角度的凈高控制，會同了各項專項還有幕墻進(jìn)行三維校核。

解立婕介紹道：“單一的BIM工具無法實現(xiàn)如此復(fù)雜項目的設(shè)計目標(biāo)，項目團(tuán)隊在策劃階段就確定了多平臺的協(xié)同工作，以適用性為導(dǎo)向的BIM技術(shù)框架。平面系統(tǒng)使用了傳統(tǒng)的CAD平臺，保證了設(shè)計的時效性；對衛(wèi)生間、機房等獨立專門組件，利用了建筑信息化的優(yōu)勢，確保這些復(fù)雜組件的三維準(zhǔn)確性。通過層層的設(shè)計平臺將這三個大的體系整合在同一個平臺中，實時更新、協(xié)同工作?！?/p>

為了實現(xiàn)這一復(fù)雜的BIM設(shè)計協(xié)同系統(tǒng)，項目設(shè)計團(tuán)隊進(jìn)行了充分的準(zhǔn)備，通過制定嚴(yán)格的BIM設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，保證整體設(shè)計的協(xié)同推進(jìn)。利用高效的BIM協(xié)同設(shè)計方案，可以整合多方的設(shè)計條件，完成了這個超高層項目從方案到調(diào)整深化、初步設(shè)計、施工圖設(shè)計全部的設(shè)計過程，項目實施之前就已經(jīng)在虛擬空間中將本項目完整的實施了一遍，充分體現(xiàn)了BIM技術(shù)對于解決復(fù)雜問題的優(yōu)勢以及對于設(shè)計深度的巨大提升。

基于BIM工作平臺，項目各專業(yè)的信息可以分別提取，通過數(shù)據(jù)在不同的軟件平臺中流動，適應(yīng)不同參與方的模型數(shù)據(jù)溝通。同時，利用BIM系統(tǒng)進(jìn)行了多專業(yè)的混合智能模塊化設(shè)計，可以同時輔助多專業(yè)并同時出圖。解立婕強調(diào)，用BIM混合模塊化設(shè)計的好處就是多專業(yè)的模型混合在一個模型環(huán)境中進(jìn)行設(shè)計溝通，保證設(shè)計的一致性，進(jìn)一步降低溝通成本。多專業(yè)混合智能模塊化設(shè)計可以極大的提高設(shè)計精度，提高BIM模型的使用度。項目團(tuán)隊可以智能完成自動歸檔，圖紙目錄編入等工作；通過開發(fā)平面及三維模型的校核系統(tǒng)，平面圖和BIM空間模型可以進(jìn)行對比，在此過程中可以對問題點進(jìn)行測量，并且將審核的結(jié)果一次性導(dǎo)入報告。

項目應(yīng)用BIM技術(shù)實現(xiàn)了各專業(yè)間的順暢溝通，尤其是在設(shè)計中前期的協(xié)調(diào)階段；結(jié)構(gòu)體系找形、巨柱的弧度、個支撐間距和落點的研究也都采用了參數(shù)化設(shè)計方式，對建筑師后期修改幾何形體，調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計參數(shù)可以迅速響應(yīng)，節(jié)省了大量手動修改模型的時間。

數(shù)據(jù)是BIM的靈魂，數(shù)據(jù)不僅可以用于項目設(shè)計分析，還可以用于空間利用、運營維護(hù)等多個環(huán)節(jié)。BIM技術(shù)改變了傳統(tǒng)的建造方式，無論是設(shè)計企業(yè)還是施工企業(yè)都希望在建筑項目的生命周期中運用BIM技術(shù)為各專業(yè)提供精準(zhǔn)的可視化模型，在同一個平臺下構(gòu)建綜合信息模型，而模型中的信息庫也將繼續(xù)用于項目后期施工和運營管理之中。