無錫萬達(dá)室外主題樂園項目設(shè)計階段BIM應(yīng)用

孟艷吉1 王海斌 張 楊

(1.北京互聯(lián)立方技術(shù)服務(wù)有限公司，北京 100070； 2. 萬達(dá)文化旅游規(guī)劃研究院有限公司， 北京 100022)

1 工程概況

1.1 項目簡介

無錫萬達(dá)室外主題樂園項目位于江蘇省無錫市濱湖區(qū)太湖新城。地塊總用地面積為56.1萬m2，東西長約1km，南北寬約450m。共有6大主題園區(qū)，包含劇場、騎乘、游藝、商店、餐飲、互動等接近100個單體。項目效果圖及BIM模型截圖詳見圖1。

該項目建設(shè)單位是萬達(dá)文化旅游規(guī)劃研究院有限公司及無錫萬達(dá)城投資有限公司，土建設(shè)計單位是同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院，BIM設(shè)計單位是北京互聯(lián)立方技術(shù)服務(wù)有限公司。

1.2 BIM應(yīng)用重點

無錫萬達(dá)室外主題樂園項目(以下簡稱“本項目”)占地面積大、建筑功能多、專業(yè)涉及廣、協(xié)調(diào)難度大。BIM作為管控手段，協(xié)助建設(shè)方協(xié)調(diào)各參與方工作，BIM技術(shù)覆蓋全園全專業(yè)，綜合市政、景觀、包裝、水景、游樂設(shè)備、室內(nèi)外包裝、演藝制作、夜景照明等多個專業(yè)，從方案階段開始，進(jìn)行方案推敲和設(shè)計論證，復(fù)雜單體的輔助設(shè)計，提高項目設(shè)計質(zhì)量與設(shè)計進(jìn)度[1-2]。

(a) 項目效果圖

(b) BIM全園模型

本項目BIM應(yīng)用著重考慮以下幾個方面：

1)三維環(huán)境中的包裝模型展現(xiàn)、是否達(dá)到包裝效果要求[3]；

2)設(shè)計方案的推敲論證，綜合考慮確定最優(yōu)設(shè)計；

3)復(fù)雜游藝單體多專業(yè)綜合分析，解決二維設(shè)計無法實現(xiàn)的設(shè)計環(huán)境[4]；

4)運用游客視角進(jìn)行三維漫游，解決安全隱患，避免觀演穿幫，減少多余包裝，節(jié)約成本；

5)解決多參與單位設(shè)計協(xié)同問題。

2 設(shè)計階段BIM應(yīng)用

2.1 基于BIM的大型假山三維設(shè)計

霞客山位于霞客奇旅區(qū)，山體表面積超過4萬m2，是全球體量最大的假山。飛翼過山車和漂流河等大型設(shè)備穿越山體，內(nèi)部還包含有攀爬游樂設(shè)備。四周道路環(huán)繞，山頂餐廳、小火車穿插其中，內(nèi)部錯綜復(fù)雜，結(jié)構(gòu)設(shè)計難度極大。如圖2所示，霞客山包含多個專業(yè)，主要設(shè)計難點如下：

圖2 霞客區(qū)假山部分專業(yè)示意

1)過山車、漂流、小火車、假山外表皮和假山內(nèi)腔都并非規(guī)則形狀，使得傳統(tǒng)的二維結(jié)構(gòu)設(shè)計很難有效避開特設(shè)并同時滿足假山負(fù)荷要求。

2)需同時考慮安全和美觀，例如過山車軌道與支撐的安全距離、排隊區(qū)上空的空間要求、道路的消防疏散高度等，需多因素統(tǒng)籌考慮。

3)專業(yè)設(shè)計各方的軟件差異，文件在CAD、3DMAX、Sketchup等軟件之間無法良好地傳遞與整合，導(dǎo)致各方無法有效溝通，及時解決問題。

針對以上難點，制定BIM應(yīng)用技術(shù)路線，三維協(xié)同設(shè)計環(huán)境下解決設(shè)計問題。

1)控制假山包裝效果，準(zhǔn)確展現(xiàn)設(shè)計意圖

首先運用3D打印機打印假山主體，細(xì)節(jié)采用泥塑進(jìn)行精確雕琢，推敲假山形體[5]。待確定假山設(shè)計形體之后采用3D掃描技術(shù)進(jìn)行掃描(詳圖3(a)手持式三維掃描儀掃描假山泥模)，將模型導(dǎo)入BIM環(huán)境中，輔助設(shè)計管控和施工管控，可協(xié)助解決以下問題：

(a) 3D掃描技術(shù)

(b) 鋼結(jié)構(gòu)裝配BIM設(shè)計圖3 3D掃描+BIM技術(shù)輔助大型假山設(shè)計

①由方案到最終竣工，包裝造型變化大，過程管控難度大；

②施工完成度或竣工效果檢查評價無法量化和驗收；

③土建設(shè)計依賴于包裝方案，與包裝雕塑模型或施工圖難以匹配；

④因土建施工進(jìn)度先于包裝，造成包裝最終效果可能受限于土建。

2)基于三維環(huán)境表現(xiàn)，進(jìn)行方案推敲論證

基于復(fù)雜狀況的場景，創(chuàng)建已確定的三維環(huán)境，綜合考慮各個專業(yè)情況，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計方案的推敲和優(yōu)化，避免復(fù)雜環(huán)境中人腦三維構(gòu)建的設(shè)計誤差，輔助建設(shè)單位及專業(yè)設(shè)計單位進(jìn)行決策。霞客山屋頂餐廳的選型根據(jù)BIM進(jìn)行方案推敲：

第一版方案制定游客盤山路進(jìn)入，在整合模型中發(fā)現(xiàn)：餐廳高度過低，游客無法看到遠(yuǎn)處景色；

第二版方案抬高山頂餐廳，保證了游客視線，但此時地面增加繞山小火車，游客需通過跨越小火車的的橋，然后盤山上餐廳，路線變長，攀越難度會使餐廳游客變少；

第三版方案改爬梯為電梯，增加餐廳觀景臺，使游客可以邊享受美食邊觀景。

3)BIM優(yōu)化山體表面積，輔助設(shè)計假山支撐

假山的支撐為混凝土結(jié)構(gòu)，采用Revit軟件根據(jù)山體模型進(jìn)行過假山支撐設(shè)計，在支撐的同時考慮山體不穿幫，避免與設(shè)備鋼基礎(chǔ)和單體產(chǎn)生沖突，預(yù)留馬道空間，之后導(dǎo)入Navisworks軟件中進(jìn)行復(fù)核是否妨礙過山車和漂流河設(shè)備以及游客安全，設(shè)計完成后，導(dǎo)入PKPM軟件中進(jìn)行結(jié)構(gòu)計算，調(diào)整模型，最終形成二維圖紙，設(shè)計圖紙上注釋說明：“假山空間關(guān)系復(fù)雜，施工單位需借助業(yè)主提供的BIM三維模型參考施工定位”；

山體表面積因預(yù)算限制需進(jìn)行表面積控制，在Rhino軟件中進(jìn)行表面積計算，超出的面積在考慮山體美觀和設(shè)備預(yù)留空間進(jìn)行山體優(yōu)化，將面積控制在4萬m2以內(nèi)。

4)采用統(tǒng)一整合平臺，輸出設(shè)計輔助格式

本項目包含常規(guī)含建筑、結(jié)構(gòu)及機電的土建設(shè)計、市政、景觀、游樂設(shè)備、弱電智能化、主題包裝、幕墻以及反光照明等專業(yè)，BIM技術(shù)提供統(tǒng)一溝通平臺，將多種格式的模型進(jìn)行轉(zhuǎn)換，最大程度保留原模型數(shù)據(jù)，在Navisworks中進(jìn)行整合，協(xié)調(diào)各參建方進(jìn)行全三維環(huán)境進(jìn)行設(shè)計及優(yōu)化；

各專業(yè)設(shè)計方軟件不同，均需要山體、山體結(jié)構(gòu)、土建單體、游藝設(shè)備的設(shè)計依據(jù)，在基礎(chǔ)設(shè)計完成后，為包裝、景觀及土建設(shè)計導(dǎo)出各種格式的文件，提供參考依據(jù)。

5)BIM二次鋼構(gòu)預(yù)制，節(jié)約傳統(tǒng)施工時間

在設(shè)計階段無法準(zhǔn)確設(shè)計的二次鋼構(gòu)運用BIM技術(shù)進(jìn)行預(yù)支拼裝，經(jīng)統(tǒng)計鋼結(jié)構(gòu)預(yù)拼裝率超過30%。如圖3(b)所示二次鋼構(gòu)裝配式BIM設(shè)計，改善了傳統(tǒng)的現(xiàn)場工人手動焊接零預(yù)支率的狀況，保障假山包裝效果，節(jié)省工期。

2.2 基于BIM模型的樂園設(shè)計論證分析

模型是基礎(chǔ)，基于模型的數(shù)據(jù)分析才是關(guān)鍵。

(1)古建可視化分析

運河人家位為園區(qū)主入口，為徽派古建，主要功能為游客服務(wù)、餐飲購物等。為進(jìn)行效果展示，運用BIM技術(shù)對古建、結(jié)構(gòu)、機電、包裝、景觀、市政、小市政等近十個專業(yè)超過50種元素進(jìn)行了創(chuàng)建，圖4(a)為未經(jīng)渲染的截圖效果，模型精細(xì)到瓦片。對包裝及古建進(jìn)行分析，根據(jù)人體工程學(xué)以及相關(guān)的游覽習(xí)慣以人的視角進(jìn)行視線分析，確保包裝設(shè)置的合理性，如圖4(b)，我們在連廊下看對面的主題包裝，發(fā)現(xiàn)視線無法看到，最終取消包裝，減少浪費和不必要的成本輸出，節(jié)約成本。同時可配置VR眼鏡，進(jìn)行效果展示，提前演示入園效果，改善尚可優(yōu)化的包裝效果，輔助建設(shè)單位進(jìn)行方案決策[6]。

(a) 古建navisworks截圖

(b)包裝分析圖4 基于古建模型的可視化分析

(2)沉浸式體驗分析

室內(nèi)劇場、互動影院等建筑中設(shè)置有球形或者其他異形的屏幕，在進(jìn)行室內(nèi)機電管線設(shè)計、包裝設(shè)計、游客行進(jìn)路線設(shè)計時，需從游客角度出發(fā)，確保游客視線不被遮擋，利用BIM模型對游客體驗進(jìn)行評價，如圖5(a)模擬游客行進(jìn)過程中的視線，同時如圖5(b)對投影設(shè)備的投影路徑進(jìn)行模擬，防止視線范圍內(nèi)及投影范圍內(nèi)有其他物體遮擋。確保游客體驗。[7-8]

(a) 游樂設(shè)施分析

(b) 投影路線分析圖5 沉浸式體驗分析

(3)總圖整體性分析

樂園作為一個整體，除了包含黑暗騎乘、室內(nèi)游藝、互動劇場、交互體驗、餐飲商店等單體外，還包含景觀、包裝、市政、小市政等輔助專業(yè)，因此樂園的BIM需考慮園區(qū)的整體性，包含建筑的相對關(guān)系、景觀的完整性、多業(yè)態(tài)的視覺效果，給游客完美的游園體驗。

市政的分析在于專業(yè)的準(zhǔn)確性和覆蓋的全面性，需要對所有專業(yè)進(jìn)行整合和綜合分析，才能發(fā)現(xiàn)如圖6(a)小市政管線與單體基礎(chǔ)等問題。[9]

重點如下：

1)對土球進(jìn)行經(jīng)驗創(chuàng)建，避免樹根的生長造成市政管線斷裂；

2)除了市政一二級管網(wǎng)，還需要創(chuàng)建小市政管線，分析入戶的接入情況；

3)人井的創(chuàng)建需依據(jù)當(dāng)?shù)貓D集，如圖6(b)考慮檢修的合理性，避免井蓋密集出現(xiàn)及造成整理環(huán)境破壞。

(a) 灌溉與單體基礎(chǔ)沖突

(b) 依據(jù)圖集分析與路肩石合理間距圖6 市政相對關(guān)系分析

根據(jù)樂園總圖定位各準(zhǔn)確單體位置，配合景觀檢查單體之間空間和視線關(guān)系，避免空間過小(圖7(a)樹木存在導(dǎo)致道路空間過窄，最終如圖7(b)改喬木為灌木以保障空間)、互相遮擋等問題，同時檢查地形豎向關(guān)系，避免排水不暢等問題。

分析包裝與建筑單體的相對關(guān)系，如圖8(a)對置于室外安裝的機電設(shè)備情況進(jìn)行分析，以游客視角核查空調(diào)室外機和風(fēng)口是否造成穿幫，破壞建筑整體美觀性，影響游園感受；后修改建筑外墻為弧形，外用樹木進(jìn)行遮擋，如圖8(b)所示，保障游園效果。

(a) 樹木遮擋造成通道空間不足

(b) 改喬木為灌木保證通道空間圖7 單體相互關(guān)系分析

(a) 空調(diào)室外機外漏穿幫

(b) 優(yōu)化包裝遮擋設(shè)備圖8 包裝相對關(guān)系分析

室外樂園中有花車巡游，基于BIM模型，對行進(jìn)花車巡游路線、消防動線進(jìn)行分析，確保路線的合理性；如圖9(a)，在花車巡游模擬中，發(fā)現(xiàn)大型喬木樹冠會進(jìn)入演藝人員的活動半徑，有刮傷的危險，后將有預(yù)留空間的喬木進(jìn)行外移，空間緊張的喬木改為小樹冠或改為灌木。

根據(jù)景觀專業(yè)圖紙，對景墻、種植池、水景、座椅、垃圾箱、裝飾燈、樹木等進(jìn)行BIM模型創(chuàng)建，根據(jù)多專業(yè)模型，輔助設(shè)計進(jìn)行視線分析，考慮景觀是否起到遮陰效果、大型喬木是否影響路燈光線、小品設(shè)置是否能被看到、導(dǎo)向標(biāo)識是否清晰流暢，圖9(b)為進(jìn)行景觀視線遮擋模擬的截圖。

通過基于BIM模型的專業(yè)分析，在設(shè)計階段管控各個專業(yè)的相對關(guān)系，充分考慮游客感受，實現(xiàn)設(shè)計論證及優(yōu)化，提高設(shè)計質(zhì)量。

(a) 花車巡游路線分析

(b) 景觀視線遮擋分析圖9 景觀相對關(guān)系分析

(4)其他輔助應(yīng)用及技術(shù)手段解決問題

除了以上樂園在設(shè)計階段的輔助設(shè)計應(yīng)用外，常規(guī)應(yīng)用包含太陽能板設(shè)置分析、機電多專業(yè)協(xié)調(diào)、凈高情況分析、機電安裝分析、設(shè)備安裝合理性分析、門窗遮擋分析、建筑使用空間分析、建筑外立面美觀分析、檢修空間分析、多余設(shè)計分析等，解決設(shè)計專業(yè)內(nèi)專業(yè)間問題，提升設(shè)計質(zhì)量。

應(yīng)用無人機傾斜攝影技術(shù)對周邊環(huán)境進(jìn)行分析，風(fēng)環(huán)境模擬對單體異形包裝進(jìn)行了最不利情況安全核查[10]；在模型處理方面，自主研發(fā)了快速建模軟件對常規(guī)單體進(jìn)行快速模型搭建，同時自主研發(fā)了算量軟件，對設(shè)計階段工程量進(jìn)行計算，為成本部提供參考。

3 結(jié)論與展望

BIM技術(shù)在本項目中的應(yīng)用重點在于進(jìn)行全專業(yè)環(huán)境的方案推敲，輔助建設(shè)單位決策；進(jìn)行復(fù)雜環(huán)境中的正向設(shè)計，解決二維環(huán)境中無法進(jìn)行設(shè)計的情況；進(jìn)行設(shè)計論證，以游客視角考慮游客的感受，避免穿幫，保障游園安全；綜合考慮園區(qū)的銜接與專業(yè)的交互，避免包裝景觀浪費，節(jié)約成本，提升設(shè)計品質(zhì)[11]；

對本項目的經(jīng)濟(jì)效益分析[12]，分為三個部分：

(1)正向設(shè)計輔助的大型游藝群的效益分析，分為如表1所示四類問題，保守估計實際解決的問題個數(shù)，工程部根據(jù)現(xiàn)場情況對單價進(jìn)行保守估計，估算節(jié)約成本。

表1 霞客山設(shè)計階段經(jīng)濟(jì)效益分析

(2)專業(yè)設(shè)計論證的全園多專業(yè)的效益分析，如表2所示分為八類問題，根據(jù)問題等級進(jìn)行現(xiàn)場整改費用保守估算，用單項數(shù)量和單項單價進(jìn)行估算；

(續(xù))

(3)除了以上實際解決的問題，還對BIM技術(shù)在本項目產(chǎn)生的附加價值進(jìn)行分析，如表3，包含對設(shè)計進(jìn)行輔助、協(xié)調(diào)各方、為分包進(jìn)行多格式提資，對節(jié)約的溝通成本和沉沒成本進(jìn)行估算；

表3 設(shè)計階段附加價值經(jīng)濟(jì)效益分析

需要注意的是，設(shè)計階段需要覆蓋全專業(yè)，除建設(shè)單位與BIM設(shè)計單位，需要全員參與，共同協(xié)調(diào)解決問題；同時，為保障施工能夠順利進(jìn)行，施工單位需要提前介入，了解設(shè)計過程管控，及時移交設(shè)計管控結(jié)果，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行深化，保證項目品質(zhì)。