BIM筑梦“天空之城”

选择字体:[ - - ] 来源: 发布时间:2019-06-04 14:40:43 访问量:

城市建设的迅猛发展以及日益丰富的建筑功能、造型需求等,促使了越来越多大体量、新造型的超高层建筑出现。截止 2017 年底,全国已建成和封顶的 200 米以上超高层建筑达 697 栋,规划在建的 200 米以上建筑 400 余栋。这些超高层建筑往往在造型、构件以及建造工艺上突破常规,对于这类超高层项目而言,仅仅通过传统的设计建造手段以及二维图纸已经难以完成,BIM技术应用于超高层项目的价值正日趋凸显。

众多设计经验表明,超高层或造型复杂的项目,方案设计和初步设计阶段中结构体系的比选对于提高整体性能、节省建造成本至关重要重要。远洋集团及汇丰银行总部超高层项目位于北京市CBD核心区Z6地块,该项目是一个超高层综合体,是北京市的第二高楼。在这个项目中综合了诸多功能,计划打造成汇集高端金融机构、集聚全球商务精英的顶级商务办公综合体。该建筑高度仅次于“中国尊”,并将成为CBD核心区的永久地标。项目总用地面积11007平方米,主要建设商业、写字楼及配套设施(如地下车库、地下公共空间等),项目下方部分为办公区域,大概面积为14万平方米;项目上半部分则为酒店区域。

统筹协调 优化设计

整个项目的造型犹如一个即将绽放的花蕾,非常具有标志性。实际上,这个独特的造型是因为它的建筑和结构完全一体化设计完成的,在富有未来感的造型基础上,项目设计团队利用兼有外遮阳作用的结构柱形成垂直律动的线条,从而增添了建筑的美感。

在造型方面,该项目的另外一大特色是建筑表皮如同银片,所有板块的交点完全不重合。同时,该项目采用双层幕墙体系,内幕墙为垂直的板块,而外幕墙是完全平行四边形倾斜的板块,由于体形的变化,从底到顶所有的幕墙板块都是不同的倾斜状态,是一个非常复杂的双层幕墙系统。创新高性能双层皮幕墙系统中的外层幕墙为全单元化单层夹胶玻璃,内层幕墙为单元式双层中空玻璃。外皮幕墙兼具外呼吸特点,在巨柱外包之中包含主动式空气循环系统,在夏季双层幕墙之间温度过高时,风机启动带动空腔空气流动以达到降温效果,冬季封闭风口形成密闭的空气间层,增强围护结构保温效果。

北京市建筑设计研究院超高建筑设计中心设计总监解立婕表示,在如此高度复杂的设计中,传统的二维图纸已经不能表达设计意图,只有借助BIM技术才能高精度、高完成度的完成整个项目。她认为,整个项目最富有挑战性的难题就是该项目的复杂表皮。对此,项目团队通过主动创新,对于建筑表皮进行了全参数化的控制,并编写了数万行的计算机脚本,全部的幕墙模型都由计算机生成。小到每一个板块的装饰扣板,大到无线定位都处于同一套控制体系当中,整个幕墙都是精确可计算的模型数据图。同时,项目设计团队将汇总的相关数据传递给幕墙施工方,施工深化模型也能够精确有效地在设计模型的基础上进行细化。“可以说从方案到施工图的设计完成都是在不断优化每一个细节,我们整个团队都是在BIM模型中去调整每一处细节。”解立婕总结道。

远洋集团及汇丰银行总部大厦项目主塔楼在设计初期就决定建筑、结构、幕墙一体化设计。同步设计、互相渗透、互相协调,从而做到完整统一。统筹三个专业,在设计初期,业主就委托建筑师统筹其他几个专业就行一体化设计。在这一过程中BIM技术发挥了重要的沟通协调作用。项目团队通过创新把模型表面进行了平板化的设计,通过调整算法让每一块玻璃用最小的错缝完成平板化的拼接。利用BIM技术不仅可以对每个板块间距进行精准定位,同时还可以通过计算控制板块分类,将板块种类从446种减少到73种。通过平板化的幕墙设计以及优化板块种类,帮业主节省了大约33%的幕墙造价。此外,利用参数化的模型系统,项目团队还能够精确地进行大量的几何优化。

分析模拟 降低成本

BIM模型能够准确、便捷的反映设计意图,因此,整个项目的设计方案比选和研究始终基于BIM模型进行。由于该项目有一个60度倾角的外表皮幕墙和内部垂直的幕墙共同构成双层幕墙体系,基本上每一层双层幕墙空腔都在变化,这也使得该项目的双层幕墙体系异常复杂。

远洋集团及汇丰银行总部超高层项目由双重结构系统构造,由完全集成的幕墙、边部钢框斜交网格包围中心核心筒。核心筒在底层为钢筋混凝土结构,并在上层酒店部分转换成环绕中庭的钢框架核心筒。由于项目结构体系与双层幕墙体系完全整合为一体,进一步增加了项目的设计难度。项目团队将结构体系和内外幕墙全部一体化在BIM平台中进行计算控制,在三维条件下进行了细部的构造。并在此基础上,根据模拟的结果对双层空腔包括双层空腔的密闭性进行相关调整;通过分析模拟,调整自然通风系统;根据光线分析结果设计了不同朝向的透光率,大幅度优化塔楼的节能效率。同时,项目团队为降低太阳辐射对于建筑能耗的影响并提高室内外区人员的舒适度,在双层幕墙腔体内设置了一体化金属遮阳帘,经过全年动态能耗模拟分析计算得出,该创新高性能双层皮幕墙系统降低全年暖通空调系统能耗达到30%,降低围护结构峰值负荷达到70%,还可有效降低外部周边环境噪音对室内办公人员的影响。

该项目独特的建筑外形使主结构两侧并不对称,这就需要结构设计不仅要满足建筑造型效果,同时还要符合结构逻辑。对此,项目团队利用PKPM软件进行了大量的调整和计算。由于每个节点位置的调整都会对外幕墙的构造设计产生非常大的影响,项目团队还应用BIM软件有针对性对每个节点都进行了设计,并对各种复杂的空间进行分析和细部检查。以该项目的空中酒店部分为例,因为空中酒店是一个完全收风的造型,所以空中酒店挑高的中庭也是一个三维收风的造型,这个三维收风的造型里面全部是错位的,这在传统的二维度当中无法完成机电设计,因此所有的机电设计都在三维空间中完成。

整合平台 提高精度

在项目设计过程中,项目设计团队通过BIM技术对光环境、风环境、火灾危险性这些内容进行详细的分析。另外这个项目是逐层变化的,所以每一层的平面都是不一样的,项目团队在项目初期就建立了BIM设计平台,随着设计节点的不断变化,最终形成各层的三维平面整合,同时进行了整个项目的各个角度的净高控制,会同了各项专项还有幕墙进行三维校核。

解立婕介绍道:“单一的BIM工具是无法实现如此复杂项目的设计目标,项目团队在策划阶段就确定了多平台的协同工作,以适用性为导向的BIM技术框架。平面系统使用了传统的CAD平台,保证了设计的时效性;对卫生间、机房等独立专门组件,利用了建筑信息化的优势,确保这些复杂组件的三维准确性。通过层层的设计平台将这三个大的体系整合在同一个平台中,实时更新、协同工作。”

为了实现这一复杂的BIM设计协同系统,项目设计团队进行了充分的准备,通过制定严格的BIM设计标准,保证整体设计的协同推进。利用高效的BIM协同设计方案,可以整合多方的设计条件,完成了这个超高层项目从方案到调整深化、初步设计、施工图设计全部的设计过程,项目实施之前就已经在虚拟空间中将本项目完整的实施了一遍,充分体现了BIM技术对于解决复杂问题的优势以及对于设计深度的巨大提升。

基于BIM工作平台,项目各专业的信息可以分辨提取,通过数据在不同的软件平台中流动,适应不同参与方的模型数据沟通。同时,利用BIM系统进行了多专业的混合智能模块化设计,可以同时辅助多专业并同时出图。解立婕强调,用BIM混合模块化设计的好处就是多专业的模型混合在一个模型环境中进行设计沟通,保证设计的一致性,进一步降低沟通成本。多专业混合智能模块化设计可以极大的提高设计精度,提高BIM模型的使用度。项目团队可以智能完成自动归档,图纸目录编入等工作;通过开发平面及三维模型的校核系统,平面图和BIM空间模型可以进行对比,在此过程中可以对问题点进行测量,并且将审核的结果一次性导入报告。

项目应用BIM技术实现了各专业见的顺畅沟通,尤其是在设计中前期的协调阶段;结构体系找形、巨柱的弧度、个支撑间距和落点的研究也都采用了参数化设计方式,对建筑师后期修改几何形体,调整结构设计参数可以迅速响应,节省了大量手动修改模型的时间。

数据是BIM的灵魂,数据不仅可以用于项目设计分析,还可以用于空间利用、运营维护等多个环节。BIM技术改变了传统的建造方式,无论是设计企业还是施工企业都希望在建筑项目的生命周期中运用BIM技术为各专业提供精准的可视化模型,在同一个平台下构建综合信息模型,而模型中的信息库也将继续用于项目后期施工和运营管理之中。