重慶國際馬戲城
——基于Revit平臺的復雜建筑BIM應用

◎ 本刊記者 王 景

圖1 重慶國際馬戲城沿江效果圖

重慶國際馬戲城位于重慶市主城區彈子石組團A標準分區，總用地面積3.333公頃，總建筑面積3.72萬平方米。建筑功能包括主表演館、配套服務設施、動物馴養用房、辦公公寓等四個部分，是重慶十大文化建筑之一。

方案設計理念來源于馬戲表演動靜和諧、亦真亦幻的效果呈現。造型中兩條扭動流轉的曲線契合了重慶山環水繞的城市景觀與自然肌理，隱喻連綿起伏的群山與曲轉流長的長江，以其獨特的外觀效果成就了建筑自身的標志性。

鑒于重慶國際馬戲城項目的復雜性和重要性，在設計合同簽定時業主明確提出：要求設計單位交付BIM成果模型，標準是要求模型能進行施工指導和定位。北京市建筑設計研究院有限公司（簡稱“北京院”）在該項目中實現了由方案設計到施工圖全過程全專業的BIM技術應用，目前已完成施工圖設計。

重慶國際馬戲城項目的技術挑戰包括：

1、以Revit軟件為基礎，建立建筑、結構、設備、電氣全專業三維模型；

2、將CATIA軟件建立的參數化外幕墻模型與Revit軟件建立的室內模型整合為一體，形成完整的建筑信息模型；

3、利用三維信息模型輔助設計，進行各專業定性分析與定量計算；

4、利用三維信息模型與相關分包設計單位進行技術配合。

圖2 重慶國際馬戲城主表演館效果圖

基于以上挑戰，重慶國際馬戲城項目組建立了專門的BIM設計小組，在初步設計和施工圖設計階段，完成了模型建立、復雜空間分析、功能優化設計、幕墻優化設計、管線綜合設計等一系列工作。

全專業BIM模型

在方案設計階段，應用Rhinoceros軟件將手工工作模型快速轉化為計算機模型，并借助計算機模型對方案進行造型推敲、曲面優化、視線分析、面積控制，完成由感性創意到理性設計的回歸。

圖3 方案階段模型

圖4 重慶國際馬戲城主表演館Revit模型

在初步設計和施工圖階段，將CAD圖紙導入Revit軟件中，建立重慶國際馬戲城項目的全專業模型。整個項目模型分為建筑結構模型、設備模型（暖通空調、給排水、消防系統）、電氣模型（強弱電橋架）、場地模型等4個模型文件，通過Revit軟件的“復制、監視”功能實現各模型之間的實時信息更新。通過三維模型的建立，設計師能夠直觀準確地理解復雜的建筑空間，最大限度地彌補了二維 設計的缺陷和不足，直接指導施工，準確表達設計意圖。

馬戲城主表演館外幕墻是復雜的雙軌曲線曲面，在方案深化設計中，使用CATIA軟件建立外幕墻模型，包括幕墻金屬板、幕墻龍骨、結構圈梁、弧形結構柱等與幕墻曲面相關的各項內容，通過Rhinoceros軟件將其導入Autodesk Revit模型，整合為一個整體。

幕墻模型建立后，對曲面平滑度進行分析，通過不斷優化生成曲線，最終獲得無曲率突變、光滑度較高的外幕墻曲面，并對曲面曲率進行分區間統計，為幕墻深化提供基礎數據。

根據建筑外觀效果，通過斜向菱形網格對外幕墻曲面進行劃分，并通過控制曲面面板的最小尺寸和最大尺寸，由軟件自動完成曲面劃分，建筑師對多次劃分后的外觀效果進行比選，確定最終劃分方式。

圖5 主表演館外幕墻模型

對幕墻曲面劃分后獲得的每一塊面板都是雙曲板，并且沒有兩塊面板是完全一樣的曲面，若按照劃分結果直接進行面板施工，將會使幕墻造價異常高昂。建筑師通過軟件統計每一塊曲面板最高點及角點到平面的距離，確定合理的優化程度，將60%的雙曲板優化為平板，其余全部優化為單曲板，在保證建筑整體效果的前提下，大大降低了工程造價。

圖6 曲面曲率分析

圖7 對外幕墻曲面進行分格

圖8 將滿足條件的雙曲面板優化為平板

利用強大的信息統計功能，對每一塊幕墻面板進行編號，并對其定位坐標、顏色、材質、開洞數量、開洞尺寸和開洞位置等信息進行統計梳理，為指導施工提供了可靠的數據信息。

圖9 幕墻面板信息統計表

BIM模型輔助復雜空間設計

劇場類建筑在觀眾席下部、前廳、舞臺等部位會形成一些復雜的異型空間，此類空間的合理性和可利用性需要借助三維模型分析得出結論。

圖10 主表演館前廳弧墻模型

馬戲城主表演館的前廳與觀眾廳之間通過一道弧形墻進行分隔，它既是結構構件也是造型元素，同時還是主表演館前廳的設計亮點。這道弧形墻的定位受到多個條件的制約：首先，弧形墻在一層平面的位置要保證售票、存衣、零售空間的合理寬度；其次，弧形墻在二層空間的曲線要滿足觀眾走廊的有效通行寬度與高度，避免產生壓抑感；再次，弧形墻與外幕墻的交點要位于屋面結構之下。借助Revit模型能夠同時生成多個平面與剖面的特點，建筑師能夠快速準確地獲得滿意的曲面定位，保證前廳最終的空間效果。

圖11 主表演館前廳弧墻限制條件

在方案深化過程中，結構、設備、電氣等專業需要應用各自專業的分析軟件對建筑方案進行定性分析與定量計算，BIM模型能夠與其他專業軟件進行文件格式轉換，模型中所攜帶的大量信息數據也能夠與其他軟件實現數據共享，避免了傳統設計過程中各專業要多次建立各種文件格式建筑模型的重復性工作，提高了設計師的工作效率。

結構設計中借助CAD將 Revit模型導入Fluent軟件，對建筑進行風荷載數值模擬，確定實際風壓分布，為結構和幕墻設計提供準確依據。同時應用SAP2000、Midas等結構計算軟件，對建筑主體結構進行結構變形分析，根據計算結果修正Revit模型，為建筑和機電專業的深化設計提供條件。

復雜結構節點采用CATIA建模，將CATIA模型導入ANSYS Workbench 14進行節點分析，根據計算結果進行節點三維放樣，對二維設計進行優化。以屋架鋼架節點為例，在三維放樣模型中進行了五項內容的優化：一是將原設計的一個支座修改為兩個支座，方便鋼結構加工，同時傳力更清晰；二是優化灌漿孔位置和尺寸；三是修改埋件角鋼形狀和數量以利穿筋；四是修改穿筋形式，將整段箍筋分成2段，方便施工；五是優化鋼筋彎折形式并調整鋼筋排布和規格。

圖12 0°風向角風荷載數值模擬

圖13 屋面鋼架節點三維放樣模型

消防設計中利用Revit模型模擬多個標高的消防水炮保護范圍，校核水炮放置位置，利用最少數量的消防水炮實現最大范圍的保護。主表演館觀眾廳與舞臺之間無物理分隔，需要借助舞臺馬道的構造布置照明燈具。 借助Revit模型準確的空間數據信息，采用CalcuLux Area照明設計軟件對觀眾廳進行分析，得出合理的燈具布置及燈具設計參數。

管線綜合設計與碰撞檢查的目的是避免碰撞，解決各專業間的沖突，明確管線標高以及輔助確定施工順序等。傳統二維設計中的管線綜合設計是通過繪制關鍵點剖面圖進行各專業間的協調，而在三維設計中則可以利用BIM模型直接反映各專業條件，利用Navisworks軟件進行碰撞檢查，使得進行管線綜合設計的效率大大提升。

圖14-1 地下一層結構梁與空調風管碰撞

圖14-2 地下一層空調風管與電氣橋架碰撞

馬戲城主表演館的機電用房主要集中在地下一層與地下二層，涉及到的機電管線包括通風空調系統、空調水系統、給排水系統、消防水系統、強弱電系統等。利用三維模型進行碰撞檢查時會產生大量碰撞錯誤，為使碰撞檢查結果清晰明確，對土建結構與機電系統、機電系統之間分別進行碰撞檢查。“硬碰撞”即時進行調整和修改，對結構管道所進行的列表說明無需在圖紙中表示出來，便于下一步指導施工。

應用BIM模型進行外部配合

作為大型綜合性劇場項目，重慶國際馬戲城在施工圖完成過程中需要進行消防性能化設計、節能審查、舞臺機械設計、園林設計、內部精裝修設計等專項設計，這些專項設計由專業設計公司配合完成，而設計單位提供的BIM模型能夠為專項深化設計提供準確的數據條件，使專項設計能夠快速展開，并與設計單位密切配合。

由于主表演館的觀眾區與舞臺區無法進行分隔，設計單位委托公安部四川消防研究所（“川消所”）進行消防性能化設計。川消所使用火災情況模擬軟件DFS和疏散模擬軟件STEPS對主表演館進行火災模擬和疏散分析，需要設計方提供準確的建筑三維模型。設計方將Revit模型導出為.dxf文件，利用Pyrosim軟件與DFS軟件實現無縫對接，配合川消所完成了消防性能化設計。

圖15 .dxf文件直接導入Pyrosim工具

馬戲劇場中舞臺機械較普通劇場更為復雜，舞臺區上方除常規馬道外還需要設置與表演區和觀眾區大小相同的多層柵頂，以及表演需要的多處飛行器設施。這些舞臺機械設計與建筑主體結構聯系緊密，而馬戲城主表演館內部空間和屋頂鋼結構體又較為復雜，舞臺機械設計方需要多個非樓層標高平面和多個位置的剖面才能將舞臺機械的設計內容表達清楚。設計單位利用Revit模型可以隨時剖切出不同標高的平面和不同位置的剖面，滿足舞臺機械設計需求，并提供相應角度的剖透視幫助舞臺機械設計方理解空間關系。

項目初始，基于重慶國際馬戲城項目的復雜性和業主的需求，選擇使用BIM技術。隨著設計方案的不斷深入，BIM在項目管理、專業協同、數據提取上的優勢逐漸顯露出來。BIM技術為整個建筑行業提供了一個應用平臺，讓業主、設計方、施工方、運營方、城市管理方能夠在同一平臺上獲取信息展開工作，并且能夠通過二次開發拓展模型的應用。隨著BIM相關軟件的不斷完善和豐富，BIM技術必將推動建筑設計乃至建筑工程全行業的技術進步。

圖16-1 提供給舞臺機械設計方的剖面圖

圖16-2 提供給舞臺機械設計方的剖透視圖