BIM筑夢“天空之城”

文｜本刊記者 陳昕

城市建設的迅猛發展以及日益豐富的建筑功能、造型需求等，促使了越來越多大體量、新造型的超高層建筑出現。這些超高層建筑往往在造型、構件以及建造工藝上突破常規，對于這類超高層項目而言，僅僅通過傳統的設計建造手段以及二維圖紙已經難以完成，BIM技術應用于超高層項目的價值正日趨凸顯。

眾多設計經驗表明，超高層或造型復雜的項目，方案設計和初步設計階段中結構體系的比選對于提高整體性能、節省建造成本至關重要。遠洋集團及匯豐銀行總部超高層項目位于北京市CBD核心區Z6地塊，該項目是一個超高層綜合體，是北京市的第二高樓。在這個項目中綜合了諸多功能，計劃打造成匯集高端金融機構、集聚全球商務精英的頂級商務辦公綜合體。該建筑高度僅次于“中國尊”，并將成為CBD核心區的永久地標。主要建設商業、寫字樓及配套設施（如地下車庫、地下公共空間等），項目下方部分為辦公區域，大概面積為14萬平方米；項目上半部分則為酒店區域。

統籌協調 優化設計

整個項目的造型猶如一個即將綻放的花蕾，非常具有標志性。實際上，這個獨特的造型是因為它的建筑和結構完全一體化設計完成的，在富有未來感的造型基礎上，項目設計團隊利用兼有外遮陽作用的結構柱形成垂直律動的線條，從而增添了建筑的美感。

在造型方面，該項目的另外一大特色是建筑表皮如同“銀片”，所有板塊的交點完全不重合。同時，該項目采用雙層幕墻體系，內幕墻為垂直的板塊，而外幕墻是完全平行四邊形傾斜的板塊，由于體形的變化，從底到頂所有的幕墻板塊都是不同的傾斜狀態，是一個非常復雜的雙層幕墻系統。創新高性能雙層皮幕墻系統中的外層幕墻為全單元化單層夾膠玻璃，內層幕墻為單元式雙層中空玻璃。外皮幕墻兼具外呼吸特點，在巨柱外包之中包含主動式空氣循環系統，在夏季雙層幕墻之間溫度過高時，風機啟動帶動空腔空氣流動以達到降溫效果；冬季封閉風口形成密閉的空氣間層，增強圍護結構保溫效果。

北京市建筑設計研究院超高建筑設計中心設計總監解立婕表示，在如此高度復雜的設計中，傳統的二維圖紙已經不能表達設計意圖，只有借助BIM技術才能高精度、高完成度的完成整個項目。她認為，整個項目最富有挑戰性的難題就是該項目的復雜表皮。對此，項目團隊通過主動創新，對于建筑表皮進行了全參數化的控制，并編寫了數萬行的計算機腳本，全部的幕墻模型都由計算機生成。小到每一個板塊的裝飾扣板，大到無線定位都處于同一套控制體系當中，整個幕墻都是精確可計算的模型數據圖。同時，項目設計團隊將匯總的相關數據傳遞給幕墻施工方，施工深化模型也能夠精確有效地在設計模型的基礎上進行細化。“可以說從方案到施工圖的設計完成都是在不斷優化每一個細節，我們整個團隊都是在BIM模型中去調整每一處細節。”解立婕總結道。

遠洋集團及匯豐銀行總部大廈項目主塔樓在設計初期就決定建筑、結構、幕墻一體化設計。同步設計、互相滲透、互相協調，從而做到完整統一。在設計初期，業主就委托建筑師統籌其他幾個專業進行一體化設計。在這一過程中BIM技術發揮了重要的溝通協調作用。項目團隊通過創新把模型表面進行了平板化的設計，通過調整算法讓每一塊玻璃用最小的錯縫完成平板化的拼接。利用BIM技術不僅可以對每個板塊間距進行精準定位，同時還可以通過計算控制板塊分類，將板塊種類從446種減少到73種。通過平板化的幕墻設計以及優化板塊種類，幫業主節省了大約33%的幕墻造價。此外，利用參數化的模型系統，項目團隊還能夠精確地進行大量的幾何優化。

分析模擬 降低成本

BIM模型能夠準確、便捷的反映設計意圖，因此，整個項目的設計方案比選和研究始終基于BIM模型進行。由于該項目有一個60度傾角的外表皮幕墻和內部垂直的幕墻共同構成雙層幕墻體系，基本上每一層雙層幕墻空腔都在變化，這也使得該項目的雙層幕墻體系異常復雜。

遠洋集團及匯豐銀行總部超高層項目由雙重結構系統構造，由完全集成的幕墻、邊部鋼框斜交網格包圍中心核心筒。核心筒在底層為鋼筋混凝土結構，并在上層酒店部分轉換成環繞中庭的鋼框架核心筒。由于項目結構體系與雙層幕墻體系完全整合為一體，進一步增加了項目的設計難度。項目團隊將結構體系和內外幕墻全部一體化在BIM平臺中進行計算控制，在三維條件下進行了細部的構造。并在此基礎上，根據模擬的結果對雙層空腔包括雙層空腔的密閉性進行相關調整。通過分析模擬，調整自然通風系統；根據光線分析結果設計了不同朝向的透光率，大幅度優化塔樓的節能效率。同時，項目團隊為降低太陽輻射對于建筑能耗的影響并提高室內外區人員的舒適度，在雙層幕墻腔體內設置了一體化金屬遮陽簾，經過全年動態能耗模擬分析計算得出，該創新高性能雙層皮幕墻系統降低全年暖通空調系統能耗達到30%，降低圍護結構峰值負荷達到70%，還可有效降低外部周邊環境噪音對室內辦公人員的影響。

該項目獨特的建筑外形使主結構兩側并不對稱，這就需要結構設計不僅要滿足建筑造型效果，同時還要符合結構邏輯。對此，項目團隊利用PKPM軟件進行了大量的調整和計算。由于每個節點位置的調整都會對外幕墻的構造設計產生非常大的影響，項目團隊還應用BIM軟件有針對性對每個節點都進行了設計，并對各種復雜的空間進行分析和細部檢查。以該項目的空中酒店部分為例，因為空中酒店是一個完全收風的造型，所以空中酒店挑高的中庭也是一個三維收風的造型，這個三維收風的造型里面全部是錯位的，這在傳統的二維空間當中無法完成機電設計，因此所有的機電設計都在三維空間中完成。

整合平臺 提高精度

在項目設計過程中，項目設計團隊通過BIM技術對光環境、風環境、火災危險性這些內容進行詳細的分析。另外這個項目是逐層變化的，所以每一層的平面都是不一樣的，項目團隊在項目初期就建立了BIM設計平臺，隨著設計節點的不斷變化，最終形成各層的三維平面整合，同時進行了整個項目的各個角度的凈高控制，會同了各項專項還有幕墻進行三維校核。

解立婕介紹道：“單一的BIM工具無法實現如此復雜項目的設計目標，項目團隊在策劃階段就確定了多平臺的協同工作，以適用性為導向的BIM技術框架。平面系統使用了傳統的CAD平臺，保證了設計的時效性；對衛生間、機房等獨立專門組件，利用了建筑信息化的優勢，確保這些復雜組件的三維準確性。通過層層的設計平臺將這三個大的體系整合在同一個平臺中，實時更新、協同工作。”

為了實現這一復雜的BIM設計協同系統，項目設計團隊進行了充分的準備，通過制定嚴格的BIM設計標準，保證整體設計的協同推進。利用高效的BIM協同設計方案，可以整合多方的設計條件，完成了這個超高層項目從方案到調整深化、初步設計、施工圖設計全部的設計過程，項目實施之前就已經在虛擬空間中將本項目完整的實施了一遍，充分體現了BIM技術對于解決復雜問題的優勢以及對于設計深度的巨大提升。

基于BIM工作平臺，項目各專業的信息可以分別提取，通過數據在不同的軟件平臺中流動，適應不同參與方的模型數據溝通。同時，利用BIM系統進行了多專業的混合智能模塊化設計，可以同時輔助多專業并同時出圖。解立婕強調，用BIM混合模塊化設計的好處就是多專業的模型混合在一個模型環境中進行設計溝通，保證設計的一致性，進一步降低溝通成本。多專業混合智能模塊化設計可以極大的提高設計精度，提高BIM模型的使用度。項目團隊可以智能完成自動歸檔，圖紙目錄編入等工作；通過開發平面及三維模型的校核系統，平面圖和BIM空間模型可以進行對比，在此過程中可以對問題點進行測量，并且將審核的結果一次性導入報告。

項目應用BIM技術實現了各專業間的順暢溝通，尤其是在設計中前期的協調階段；結構體系找形、巨柱的弧度、個支撐間距和落點的研究也都采用了參數化設計方式，對建筑師后期修改幾何形體，調整結構設計參數可以迅速響應，節省了大量手動修改模型的時間。

數據是BIM的靈魂，數據不僅可以用于項目設計分析，還可以用于空間利用、運營維護等多個環節。BIM技術改變了傳統的建造方式，無論是設計企業還是施工企業都希望在建筑項目的生命周期中運用BIM技術為各專業提供精準的可視化模型，在同一個平臺下構建綜合信息模型，而模型中的信息庫也將繼續用于項目后期施工和運營管理之中。