BIM數(shù)字科技助力鳳凰中心設(shè)計案例

圖1鳳凰中心全景北京市建筑設(shè)計研究院有限公司（以下簡稱BIAD），是與共和國同齡的大型國有建筑設(shè)計咨詢機構(gòu)。業(yè)務(wù)范圍包括：城市規(guī)劃、投資策劃、大型公共建筑設(shè)計、民用建筑設(shè)計、室內(nèi)裝飾設(shè)計、園林景觀設(shè)計、建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計、工程概預(yù)算編制、工程監(jiān)理、工程總承包等領(lǐng)域。BIAD自成立以來的60年中，始終致力于向社會提供高品質(zhì)的設(shè)計服務(wù)，在行業(yè)中享有極高聲譽，并逐漸形成了“建筑服務(wù)社會”的企業(yè)核心理念。

目前，公司具備了以下資質(zhì)：工程設(shè)計行業(yè)甲級、城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計甲級、工程咨詢甲級、工程造價咨詢甲級、旅游規(guī)劃設(shè)計甲級、風景園林工程設(shè)計甲級、環(huán)境工程（物理污染防治工程）甲級。項目概況鳳凰中心項目位于北京朝陽公園西南角，占地面積1.8公頃，總建筑面積7.2萬平方米，建筑高度55米。除媒體辦公和演播制作功能之外，建筑安排了大量對公眾開放的互動體驗空間，以體現(xiàn)鳳凰傳媒獨特的開放經(jīng)營理念。建筑的整體設(shè)計邏輯是用一個具有生態(tài)功能的外殼將具有獨立維護使用的空間包裹在里面，體現(xiàn)了樓中樓的概念，兩者之間形成許多共享形公共空間。在東西兩個共享空間內(nèi)，設(shè)置了連續(xù)的臺階、景觀平臺、空中環(huán)廊和通天的自動扶梯，使得整個建筑充滿著動感和活力。此外，建筑造型取意于“莫比烏斯環(huán)”，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。建筑由兩座單體建筑和一個極富表現(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人的空間，被莫比烏斯環(huán)所環(huán)繞的鳳凰廣場是建筑體量的核心，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)部的公眾體驗流線，真正實現(xiàn)了鳳凰國際傳媒中心在建筑空間上的豐富與開放。公眾可從拱橋拾級而上，到達演播樓二層的開放平臺，由開放平臺回望西中庭，它被流暢交錯的鋼結(jié)構(gòu)包裹，形成了既恢弘又動感的空間氛圍，它同時緊鄰城市干道，使通透、高大、變幻的室內(nèi)空間展現(xiàn)在城市人群面前。沿二層平臺向東，參觀1200㎡演播制作大廳之后，公眾可到達演播樓樓頂?shù)男蓓臻g，巨大的平臺被鋼結(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，更是鳳凰開放的公共體驗空間中建筑藝術(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，而通天扶梯則直達辦公樓頂層。辦公樓頂層是建筑的制高點，也是一處風景絕佳的眺望場所，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“創(chuàng)新、開放、融合”的媒體所應(yīng)具有的建筑精神。圖2鳳凰中心營造豐富的室內(nèi)空間

圖3鳳凰中心與環(huán)境協(xié)調(diào)融合項目難點由于獨特的創(chuàng)意構(gòu)思，建筑具有了復雜的三維形體，這為建筑的深化設(shè)計和施工提出了嚴峻的挑戰(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)計方法與設(shè)計工具已經(jīng)不足以應(yīng)對復雜形體的深化控制。解決方案本項目開創(chuàng)性的大量運用了三維數(shù)字化技術(shù)，是國內(nèi)首次運用三維數(shù)字技術(shù)進行全面的、大規(guī)模建筑實踐的案例。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，表皮構(gòu)造設(shè)計等方面，同時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)無法實現(xiàn)的設(shè)計成果。三維數(shù)字技術(shù)的運用實現(xiàn)了設(shè)計成果的矢量化與精確化，并且進行智能化的調(diào)整和修正，優(yōu)化了工程的生產(chǎn)、建造與運行工序。高精度數(shù)字軟件支持數(shù)字技術(shù)的價值在建筑設(shè)計創(chuàng)作中的體現(xiàn)，是提供一個探討有效的、設(shè)計控制方法的平臺，將復雜形體建筑超越形式的高品質(zhì)和高精度在實際的工程階段得以實施。本案利用多種高精度三維設(shè)計軟件將所有的可視元素在BIM模型中進行了表達和驗證，虛擬化的建筑元件在幾何尺寸和形式上具有與真實建筑構(gòu)件1:1的足尺比例關(guān)系，并且包含了建筑材料、重量等非幾何信息。從深度上講，建筑的構(gòu)件得到了完整的表達并達到了航空、汽車制造業(yè)的數(shù)據(jù)精度。多層次數(shù)字團隊建構(gòu)在數(shù)字團隊構(gòu)建上，其人員主要來自兩個方面：一方面是能夠掌握數(shù)字化軟件，能夠勝任復雜形體處理工作的建筑、結(jié)構(gòu)、機電設(shè)計師。通過建立一套“三維協(xié)同”設(shè)計規(guī)則，使大家可以在同一個平臺上共同工作。另一方面，對于一些十分專業(yè)化的數(shù)字化工作，如計算機編程則由專業(yè)化的顧問公司提供專項咨詢服務(wù)。此外，鳳凰項目數(shù)字化設(shè)計團隊中還包括后續(xù)深化設(shè)計階段、數(shù)十個國內(nèi)頂級生產(chǎn)廠商及設(shè)備廠商。全新的工作模式“三維協(xié)同”是數(shù)字化帶來的全新工作模式，他的實現(xiàn)依賴于BIM技術(shù)的運用。在三維協(xié)同狀態(tài)下，建筑師、結(jié)構(gòu)、機電工程師可以基于同一個全信息建筑模型完成設(shè)計成果的交流與傳遞。各類配合問題可以在第一時間被發(fā)現(xiàn)，并在直觀可視的狀態(tài)下完成團隊內(nèi)部的溝通、討論、決策，及時保證設(shè)計成果的高度整合性。更為重要的是，基于“建筑系統(tǒng)”劃分構(gòu)建的“三維協(xié)同”工作方式的原則，有效建立起了一個完整的、劃分和整合工作邊界的依據(jù)。不僅可以滿足各個設(shè)計人員的工作成果被高效的拆分和組裝，而且可以保障所有需要嚴格控制的建筑系統(tǒng)均達到足夠的設(shè)計深度。這種方式使鳳凰中心項目真正實現(xiàn)了虛擬建造，使工程后續(xù)的生產(chǎn)、建造與運行工序大大受益，甚至帶動了整個建筑產(chǎn)業(yè)鏈的升級和發(fā)展?；趨?shù)化技術(shù)的幾何控制系統(tǒng)參數(shù)化技術(shù)為幾何控制系統(tǒng)的建構(gòu)提供了靈活的控制途徑。通過預(yù)設(shè)參數(shù)、調(diào)試參數(shù)的方式建構(gòu)參數(shù)模型，在動態(tài)調(diào)整中穩(wěn)定建筑信息模型理想的幾何控制關(guān)系。鳳凰中心南側(cè)包裹的辦公主樓從一個順滑的“主樓基面”發(fā)展為包含多層次建筑構(gòu)件信息的實體，經(jīng)過了嚴密的、多層級參數(shù)調(diào)控過程。我們由建筑“基礎(chǔ)控制面”推導出“主樓基面”，再由“主樓基面”定義完整的主樓梁、板、柱結(jié)構(gòu)幾何控制線，最后以結(jié)構(gòu)幾何控制線為基礎(chǔ)加入建筑裝修幾何控制系統(tǒng)。通過多層級的幾何定義和參數(shù)調(diào)控得到的設(shè)計成果，為高精度的工程實施奠定了堅實的控制基礎(chǔ)。

圖4由“基礎(chǔ)控制面”推導出“主樓基面”圖5由“主樓基面”得到主樓結(jié)構(gòu)幾何控制線、結(jié)構(gòu)控制模型和建筑控制模型圖6主樓建筑裝飾系統(tǒng)的參數(shù)化預(yù)設(shè)和調(diào)控過程高精度的數(shù)據(jù)信息鳳凰項目利用的

BIM技術(shù)，是在虛擬環(huán)境中對建筑進行信息模擬的數(shù)字化模型，包含了具體而精確的建筑信息，因此建筑師可以不再通過二維圖紙的信息轉(zhuǎn)換，而直接在三維數(shù)字平臺中進行復雜形體建筑的創(chuàng)建和調(diào)整。對于復雜形體建筑中存在的、眾多二維表達所不能描述的復雜空間、復雜幾何信息，利用BIM三維可視的特點，可以對其效果進行先期驗證。因此，鳳凰項目的BIM模型是與鳳凰項目的設(shè)計、甚至建筑構(gòu)件的建造、生產(chǎn)同步更新的，使得所有建筑構(gòu)件的完成效果與模型控制效果一致，這也是BIM技術(shù)應(yīng)用的真正價值所在。另一方面，建筑BIM模型中所有建筑系統(tǒng)及其所包含的建筑構(gòu)件的數(shù)據(jù)信息均嚴格依據(jù)一套復雜的幾何定義規(guī)則建立，使得這些數(shù)據(jù)信息具有可描述、可調(diào)控、可傳遞的特征，為后續(xù)設(shè)計優(yōu)化調(diào)控和設(shè)計信息的準確傳達奠定了基礎(chǔ)?？擅枋龅臄?shù)據(jù)，即自由曲線和不規(guī)則形體在三維空間中通過矢量化方式得到定義，保證組成圖形的每個幾何元素都具有精確的數(shù)據(jù)信息，這些信息能夠通過條件預(yù)設(shè)得到有計劃的輸出。圖7主樓結(jié)構(gòu)板邊的優(yōu)化及描述數(shù)據(jù)的輸出可控制的數(shù)據(jù)，即在幾何圖形以矢量化得到描述后，通過參數(shù)預(yù)設(shè)進行人工控制，以達到理想的設(shè)計狀體。鳳凰中心幾何控制系統(tǒng)本身的建構(gòu)就是基于可調(diào)整的參數(shù)化技術(shù)完成的。可傳遞的數(shù)據(jù)，指物體被描述的、矢量化幾何信息能夠轉(zhuǎn)化成為某種通用的格式，成為信息傳遞的前提。在設(shè)計過程中，建筑專業(yè)為結(jié)構(gòu)專業(yè)提供外殼鋼結(jié)構(gòu)梁的幾何中心線，作為結(jié)構(gòu)計算模型的基礎(chǔ)，極大的提高了結(jié)構(gòu)計算的精準度。

圖8建筑專業(yè)為結(jié)構(gòu)專業(yè)提供鋼結(jié)構(gòu)梁中心線

圖9結(jié)構(gòu)專業(yè)用建筑控制作為結(jié)構(gòu)計算模型的基礎(chǔ)，極大提高了計算模型的精度BIM協(xié)助設(shè)計控制與優(yōu)化高質(zhì)量的建筑信息模型使建筑師不必再憑借抽象思考進行設(shè)計，建筑模型中的復雜關(guān)系，尤其是不規(guī)則曲面構(gòu)件之間的位置關(guān)系、比例尺度，都與現(xiàn)實建造保持一致，建筑師可以在虛擬環(huán)境下真實解決建造問題，進行美學推敲和空間體驗。這一技術(shù)手段大大提高了復雜形體的設(shè)計效率，同時保障了最終設(shè)計成果的精度。例如，有著同樣幾何生成邏輯的100根彎扭的主、次鋼梁，其落地狀態(tài)無一相同，優(yōu)化設(shè)計中，將支座分成上、下兩部分，通過統(tǒng)一規(guī)則的曲線轉(zhuǎn)直線切變處理，將連接銷軸控制成2-3類標準的樣式，以便于統(tǒng)一開模鑄造。環(huán)形坡道的找形和優(yōu)化工作也是技術(shù)難度較大的工作之一。全長252米的環(huán)形坡道從7米標高爬升到19.6米高的裙房四層。在爬升過程中，先后與外殼鋼結(jié)構(gòu)、主樓及裙房混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生搭接關(guān)系，同時還要保證環(huán)坡的外型優(yōu)美流暢。裙房內(nèi)幕墻初始的控制面由復雜的雙曲面構(gòu)成，為在造價允許范圍內(nèi)高質(zhì)量的完成此部分設(shè)計控制，建筑師依靠BIM模型的高精準性，對原始的雙曲面進行了板片優(yōu)化的數(shù)據(jù)分析。結(jié)合數(shù)據(jù)分析的結(jié)果確定了板片優(yōu)化的模數(shù)設(shè)置，板片平面外偏差的消納規(guī)則，并最終建立起完整的干掛SRC板材幕墻體系模型，用以直接指導后續(xù)的生產(chǎn)加工和安裝工作。

圖10鋼結(jié)構(gòu)落地支座的優(yōu)化綠色設(shè)計理念鳳凰中心的復雜形態(tài)并非一蹴而就，這是基于設(shè)計師利用數(shù)字技術(shù)手段，對場地條件、規(guī)劃要求、周邊環(huán)境充分分析的結(jié)果。利用AutodeskEcotectAnalysis軟件中的仿真和分析功能，輔助綠色設(shè)計理念的推進?；贕IS數(shù)據(jù)、衛(wèi)星圖片和地圖，提取場地和地形信息，一鍵式快速建立完整的周邊城市區(qū)域模型。將模型應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計、體量推敲等方面的工作。建筑的室外風環(huán)境模擬為本項目在形態(tài)修正和總平面設(shè)計中避免不利街道風，適應(yīng)場地微生態(tài)環(huán)境提供了支持。利用AutodeskVasari-WindTunnel軟件建立三維模型，根據(jù)北京地區(qū)氣象參數(shù)，結(jié)合建筑周邊建筑及狀況，對鳳凰中心的室外風環(huán)境進行模擬計算和分析。改變建造模式的數(shù)字化信息傳遞與對接1.設(shè)計控制模型的傳遞作為設(shè)計研究工具的BIM模型攜帶最新的建筑數(shù)據(jù)信息，以鳳凰中心項目的外幕墻系統(tǒng)為例，建筑師向加工企業(yè)提供完整的外幕墻系統(tǒng)模型。該模型包含所有與幕墻系統(tǒng)相關(guān)的幾何控制系統(tǒng)信息以及以這些幾何控制系統(tǒng)信息作為參數(shù)條件的、完整的幕墻折板單元控制面實體模型。

圖11由設(shè)計團隊提供給加工企業(yè)的完整幕墻控制模型作為深化設(shè)計依據(jù)，該模型包括每一個折板玻璃幕墻單元的控制框架邊界這個幕墻設(shè)計控制模型包含著每個幕墻折板單元與周邊控制信息的衍生關(guān)系，控制幕墻折板單元的位置及輪廓，提供每個幕墻折板單元唯一的坐標、尺寸。這些信息為后續(xù)幕墻企業(yè)的深化設(shè)計提供了基礎(chǔ)。2.模型數(shù)據(jù)的擴展與加工對接幕墻加工企業(yè)在設(shè)計控制模型的基礎(chǔ)上進行深化設(shè)計，需要為每個幕墻折板單元增加鋼框架、鋁龍骨、外側(cè)裝飾鋁板、裝飾百葉、玻璃、裝飾扣蓋、內(nèi)側(cè)裝飾鋁板、開啟等構(gòu)件信息。所有幕墻折板單元的構(gòu)件總數(shù)達數(shù)十萬，均為異形構(gòu)件，且各不相同，其加工數(shù)據(jù)量達到百萬數(shù)量級。如此多的構(gòu)件及數(shù)據(jù)量，無法靠手工加工完成。加工企業(yè)自主研發(fā)、編寫了一套二級程序系統(tǒng)——鳳凰中心數(shù)據(jù)信息生成系統(tǒng)。一方面，該程序系統(tǒng)通過控制單元板塊各個構(gòu)件之間的構(gòu)造邏輯關(guān)系，自動完成所有折板幕墻單元的生成功能，實現(xiàn)從設(shè)計控制模型到深化設(shè)計模型的升級。另一方面，加工企業(yè)通過該程序系統(tǒng)，自動完成從模型中提取幕墻工程加工、安裝數(shù)據(jù)信息的工作，為數(shù)控加工創(chuàng)造了條件。圖12從設(shè)計控制模型數(shù)據(jù)到