BIM設計在鞍山市體育中心游泳館中的應用

黃傳浩

(中國建筑標準設計研究院,北京 100048)

1 項目概況

鞍山市體育中心設計立足鞍山的城市特色,發掘其地域文化,以“金鑲玉”作為主題,將玻璃與鋼結構巧妙地鑲嵌在一起,使建筑既有鋼鐵的雄偉力量之美,又具有玉石溫暖華麗之美。

圖1 鞍山市體育中心建筑群

游泳館是體育中心建筑群的一個重要部分,其造型元素與體育中心遙相呼應。游泳館地下一層,地上最高三層,分別為地下機房層,1層,2層,3層,地下機房層主要作為水、暖、電設備用房。2層、3層主要為觀眾活動及貴賓看臺區域,1層主要為運動員功能區、賽事管理區、場地運營區。

2 三維設計

本項目建筑結構主體采用混凝土和空間網架結構,整體造型為橢球體。看臺部分為鋼筋混凝土結構;屋頂罩棚采用鋼結構,建筑結構需要鋼結構部分與鋼筋混凝土部分合二為一。空間結構形式的復雜性,為設計帶來了挑戰。

用傳統的平面軟件難以建構復雜的三維關系,平面的 2D線條大大局限了建筑師對三維空間的感受和分析。而且大量的繪圖工作將擠占設計時間,難以保證高質量和高效率。因此通過比較和評估,該項目設計選用了 ArchiCAD軟件。

圖2 鞍山市體育中心游泳館

圖3 游泳館三維模型

難得的是,ArchiCAD的工作方法完全符合建筑師的思維方式和工作習慣。使用 ArchiCAD建模與平面繪圖軟件的操作方法基本相同,事先設定好層高、墻厚、門窗、比例、尺寸,在平面圖上進行繪制。繪制平面的同時,注意協調好 Z向的高度問題,分樓層建模,模型自然形成一個如圖3的整體。

為了提高工作效率,我們充分利用了 ArchiCAD 12中文版中的中國模板,內含已經預設置好的 400多項常用的 3D構件、圖庫對象、2D線條、尺寸標記等,如圖4所示。在建模和繪圖時,直接選用,或對其進行微調,大量節約了元素設置的時間。

圖4 直接運用建模與繪圖元素的模板

圖5 三維模型深入細化

隨著設計的逐步深入,模型不斷細化,某些特殊的構件,如圖5中的網架,則需要與鋼結構配合后,按照實際尺寸建立三維模型。之后的細化工作,主要是與各個專業的協調配合,確定房間大小、工藝流向、墻體、門窗定位、標注細化等工作。

3 施工圖

圖6 游泳館的施工圖設計

使用 ArchiCAD,在設計的任意階段,隨時都可以自動生成立面圖、剖面圖,甚至詳圖。整個模型實際上是一個中央數據庫,所有的平立剖面圖、詳圖都來自這個中央數據庫。因此,只要在任意視窗里修改一個地方,其他所有的視窗都會自動發生修改。這就避免了以前經常出現的平立剖面圖不符的情況。

施工圖方面,作為三維軟件,ArchiCAD“所見即所得”的優勢非常明顯:

1)立面、剖面自動生成,無錯位遺漏;

2)墻剖節點利用剖面框架添加細節即可;

3)平面各層可疊影顯示,對準墻體、洞口等;

4)設備專業配合走線,可在模型下直觀模擬;

5)生成 VBE文件實時觀看模型,方便快速。

本項目在施工圖繪制過程中,發現了許多平面軟件發現不了的碰撞交叉,如外裝修和結構加強斜撐的交叉,暖通管道和網架空隙的碰撞等。這些問題都在設計階段及時發現得以避免。

為了更生動的表現細部,除了常規的平立剖面圖、詳圖外,還生成了 3D文檔,便于施工方更清楚明白地施工。

圖7 游泳館的 3D模形

4 協同和協調

在數據交換和共享方面,Archi-CAD具有非常優秀的兼容性。

導入或導出 DWG文件時,我們使用 ArchiCAD 12中文版里預設置好的 DWG轉換器,如圖8所示。可以將圖層、畫筆、顏色、線型、字體等進行完美轉換。

需要出渲染圖時,我們可以在ArchiCAD里使用內置的 Lightworks渲染引擎直接渲染,也可以將 Archi-CAD模型輸出為 3DS文件,交給效果圖公司進行渲染。不僅節省了效果圖公司二次建模的時間,而且確保了設計和渲染圖的一致性。

本項目的鋼結構網架部分,由鋼結構設計人員提供三維數據,經一系列轉換過程后,以 3ds格式導入 ArchiCAD。

圖8 DWG轉換器應用

圖9 鋼結構網架數據轉換

圖10 管道碰撞檢查優化

對于其他的結構構件,在向結構工程師提資料時,我們在 ArchiCAD里將結構工程師需要的圖層導出為 IFC格式,將 IFC文件導入相關的結構計算軟件,如 Etabs、Tekla Xsteel里進行計算。計算完畢后,又將新的結構模型以 IFC格式導入 ArchiCAD,替換原來的結構構件,獲得準確的三維模型。

除此之外,也可以將相關的結構圖層以 DWG格式導出到 PKPM里,進行計算。再將 DWG文件導入ArchiCAD,使用“描繪 ＆參照”功能可以很容易地發現建筑圖和結構圖之間的不同。使用預設置的 DWG轉換器,只有結構專業需要的三維構件和二維圖形導出,避免了無關內容對結構工程師的干擾。

水暖電工程師可以使用ArchiCAD中的 MEP插件,對主要管道系統進行建模,進行碰撞檢驗,優化MEP系統。此外,也可以使用 DWG文件進行交流。

5 工作流

在優化工作流方面,ArchiCAD 12中文版為我們提供了很好的模板,符合中國設計院的工作模式和中國建筑師的工作習慣。這是我們能夠從方案階段,一直做到最后的施工圖,整個設計過程全部使用 ArchiCAD軟件的一個重要原因。

如圖11所示,在瀏覽器的視圖映射里,Archi-CAD 12中文版按照不同的設計階段組織視圖,將所有視圖按照 5個目錄組織:方案設計、初步設計、施工圖設計、提資料、項目表單、統計計算。在不同的設計階段,針對不同的需要,各個專業使用各自不同的視圖集。每一個視圖代表保存了圖層組合、比例、畫筆集等設置的視點。圖層組合分為 4大類,建筑、結構、設備、專業綜合,如圖12所示。這些都是內置在 ArchiCAD 12中文版里的。當然我們也可以自行編輯設定。

這讓我們的整個設計工作更加規范,各專業之間的協同也更加順暢和方便。

圖11 各專業協同設計的視圖瀏覽

圖12 協同設計中的各專業視圖組織

6 虛擬瀏覽

在設計的任意階段,我們可以在模型的任意位置、任意角度,查看模型外部,進入模型內部,推敲外部造型和內部空間。

我們只需簡單的定義一系列相機,自動連成一個路徑,就可以生成一個動畫。這在以前,生成動畫對于建筑師來說,幾乎是不可能自己完成的。

現在,使用 ArchiCAD,我們不僅自己生成了動畫,還生成了.mov格式的VR動畫和 VR場景。可以用鼠標在 mov視頻文件里隨意旋轉、縮放,觀察建筑的內部空間和外部造型。

除此之外,更令人興奮的是,使用 ArchiCAD的“虛擬建筑瀏覽器”插件,我們還生成了一個.exe格式的 VBE文件,將其交給客戶和施工單位。這樣,客戶不需要安裝任何軟件,只要雙擊該 exe文件,就可以自由的在 3D模型里進行實時瀏覽、漫游、飛行,甚至可以對模型進行測量、平面圖定位、查看構件信息、關閉或打開圖層等操作。

7 小結

在鞍山市體育中心游泳館項目中使用 ArchiCAD軟件進行 BIM設計,不僅解決了復雜空間形體的建模問題,而且在施工圖設計、工作流優化、專業協同方面進行了探索和深入。同時,利用先進的技術提高生產效率和設計質量也是令人無比興奮的。希望新技術的引進和使用,能夠為中國的建筑行業帶來新的發展空間。

圖13 內部動畫漫游

圖14 內部空間細部動畫