創新提升設計 科技建造未來

文｜本刊編輯部

呼和浩特市賽罕區全民健身中心項目位于中國內蒙古自治區呼和浩特市賽罕區，是響應國家全民健身計劃項目的重要組成部分。規劃可用地面積91437m2，地上總建筑面積33000m2。建筑分為兩大功能區：A區為5000座的多功能體育館，在休閑健身的基礎上需滿足賽事要求；B區為包含游泳館、籃球館、網球館等功能的全民健身中心，并設置300座的劇場供公益演出使用。項目的公益目標定位號召全民參與健身，提供市民生活的展示舞臺，為城市區域發展做出貢獻，實現體育事業與體育產業的良性互動，形成生態和諧可持續的人文環境。

呼和浩特市賽罕區全民健身中心項目建筑形體復雜，對于如何完成與建筑空間相契合結構體系，如何在復雜的空間里協調各專業，如何更加全面完整地表達施工圖設計等都給項目設計帶來了很多挑戰。

針對上述項目難點，天津市建筑設計院全程采用BIM技術進行設計。天津市建筑設計院（簡稱TADI）創立于1952年，現已發展成為技術實力雄厚、人才濟濟的天津地區最大的綜合性建筑設計單位。TADI設有8個職能管理部門、3個綜合建筑設計院、1個醫療專項設計院、6個專項設計所（裝修、景觀、巖土、規劃、經濟、陳設工作室）、1個總承包事業部、4個技術研發中心（機電、結構、智能、BIM）、4個分院（廣州、廈門、海南、濱海）、近50家全資、控股、參股公司。

TADI是國際建筑工程咨詢協會（菲迪克）會員單位，具有住房和城鄉建設部頒發的建筑工程設計、城鄉規劃編制、風景園林專項工程設計、房屋建筑工程監理、工程招標代理、工程造價咨詢等多項甲級資質；施工圖設計文件一類審查機構資質。同時擁有國家發改委頒發的工程咨詢甲級資質，具備承接工程建設全過程服務能力。TADI工程技術人員積極進取、銳意創新，先后有12項工程設計獲國家級優秀設計獎，擁有國家技術專利23項、國際技術專利6項，300余項工程設計、科研和標準設計、規范編制獲市級優秀設計獎及科研成果獎等獎項。

TADI主持或參與完成了中新天津生態城、解放南路地區開發建設、市重點地區規劃編制、海河兩岸改造天際線提升以及城市主干道等一大批區域性規劃設計。先后承擔完成了規劃信息中心綜合樓、渤海銀行總部大樓、百利機電研究院研發樓等多項工程管理項目，以及天津市測繪院辦公大樓、高速公路培訓中心、泰達城展示中心、中新生態城服務中心、天津醫科大學總醫院外科大樓干部保健部改擴建工程等十多項工程總承包項目。其中天津奧體中心、津灣廣場、梅江會展中心、萬麗天津賓館、天津第二南開中學、東亞運動會場館、數字電視大廈、天津市人民醫院、天津文化中心美術館和銀河購物中心等項目，已經成為天津的城市名片。哈爾濱十四中、中國水利博物館、邯鄲市行政許可中心、無錫體育中心、海南豪生酒店、河北遷安人民醫院等項目，也成為了當地的標志性建筑。

打造高品質地標建筑

TADI利用參數化手段對該項目進行非線性形體設計及優化，通過建立中心文件的方式，使得各設計師共享同一數據源，實現復雜空間三維協同設計，解決專業間因信息壁壘而產生的錯誤。同時，三維可視化模型也幫助項目團隊更好地對復雜空間進行詳細推敲，發現并解決問題。BIM技術幫助實現復雜建筑形體的三維設計、全專業協同設計、重要節點構造的精細化設計，打造符合體育建筑個性的高品質地標建筑。

呼和浩特市賽罕區全民健身中心建筑方案取材中國傳統文化如意祥云的立意，結合蒙古的傳統樂器、蒙古包、蒙古服飾等文化印記，將建筑形體舒展柔化，形成一種靈動蜿蜒的趨勢，飄逸流暢。為了實現設計立意，同時使形體滿足功能需求，TADI用參數化手段將造型創意有理化。在總圖設計中，充分考慮環境模擬因素進行優化布局，同時結合使用功能，兼顧平時與賽時交通流線。

項目建筑形體通過參數化設計，使形體與使用功能完美平衡；參數化設計輔助分析模擬，進行結構體系計算，為多變化形體的結構定位提供支持。BIM技術實現復雜空間協同設計，有效利用消極空間；利用參數化手段進行表皮優化，減少屋頂嵌板規格，控制成本，同時參數化助力構件信息表達，便捷對接數字加工及現場裝配。在建筑形體的生成過程中，結合建筑功能及形體需求確定控制參數，充分利用參數進行調整控制，通過參數變化生成多種形體并進行篩選對比，并通過疊加形成屋面層次，最終生成屋頂形態。在此基礎上，在Revit里完善各功能空間。

該項目創新性地解決了造型軟件與Revit之間的數據對接問題，以概念體量族為媒介，將參數化成果融合到設計的每個階段。從形體生成階段就采用了參數化的設計手法， 并逐步延伸到擴初設計和施工圖設計，將造型軟件的參數化結果與Revit實現了對接，并在Revit中完成了全專業的三維協同設計工作。

TADI以dynamo等參數化手段進行結構構件空間定位，結合計算軟件完成結構的空間設計，并適時與各專業互動。應用API編程填補Revit功能的不足，將構件信息完整輸出，解決了Revit數據在施工圖出圖階段的讀取障礙，將參數化信息完整展現。

參數化設計輔助分析模擬 獲取最佳方案

建筑設計方面，TADI兼顧體育館多功能使用性質確定場地尺寸及看臺區域。在體育館座椅設計中，利用Autodesk dynamo進行快速排布，并根據不同使用功能進行座椅分級。首先是根據看臺分區輪廓拾取座位控制線，運用Autodesk dynamo以單個座位寬度為單位將看臺均分為合理數量的座位點，并通過加載外建族，在座位點上生成座位模型。同時利用Autodesk dynamo通過設置座位點到場地中心點距離等可變參數，可將座椅進行等級劃分，并以顏色區分，通過不同使用功能，可劃分不同座椅分區。

結構設計方面，TADI有效利用BIM技術進行下部混凝土結構與屋面鋼結構設計，并與各專業實時協同。混凝土框架部分，通過關聯接口實現了Revit模型與結構計算模型的信息雙向互導、實時更新。屋面鋼結構部分，采用參數化手段緊密貼合建筑完成面，生成結構構件定位線，導入計算軟件，完成鋼結構設計，并導回Revit實現后續深化。首先，結合建筑完成面，根據屋面構造生成結構控制面，利用Autodesk Dynamo拾取需生成結構桁架的平面軸線，投影至空間控制面，得到主桁架上弦桿三維定位線，通過DWG格式導入至結構計算軟件進行桁架設計工作。然后，拾取空間定位線布置結構桁架、系桿、支撐等結構構件，初步完成鋼屋架結構桿件布置，定義地震參數信息、添加荷載并進行結構內力計算，依據計算結果結合桿件內力以及各工況下地震信息，修改并優化桿件截面，最終得到合理鋼屋架；通過IFC文件導回Revit中，桿件信息被完整傳遞，完成鋼屋架結構模型。

機電設計方面，結合空間進行管線路由預排布。如一層環狀走廊，管道均使用了成品22.5度彎頭形成16邊形，與環行空間契合。同時因空間狹窄、內部管線密集，應用Autodesk Dynamo進行管道位置預排步，指導機電設計優化。通過拾取Excel中關于管線的截面尺寸、圓心距、標高等參數，驅動Revit生成體量，直觀進行路由排布，通過修改參數便捷調整，獲得最佳方案進行管線設計。

在施工圖設計階段，TADI對設計模型持續完善，并利用參數化手段結合加工及施工進行構件優化，同時實現全專業出圖，將施工圖模型信息完整表達，便捷對接數字加工及現場裝配。

應用BIM技術 打造精品工程

本項目采用鋁鎂錳防水構造上覆蜂窩鋁板裝飾面層的構造形式，利用參數化的手段對屋頂構造進行深化設計，對裝飾面層進行嵌板劃分，通過完善構造、曲面判斷、嵌板劃分等步驟實現建筑表皮設計合理，屋頂嵌板劃分經濟，同時生成圖紙，輸出數據信息，指導后續加工與建造。

屋面排水構造的具體設計流程通過參數化手段結合構造厚度生成鋁鎂錳控制面，并對曲面進行排水坡度判定。通過微修改曲面，實現排水坡度均大于3%的要求，按照排水方向，進一步進行鋁鎂錳板的排布設計、檐溝位置設計，并進行上部裝飾面層的主龍骨布置。而針對裝飾面層嵌板劃分，首先利用造型軟件來檢驗模型曲面的光滑度，確保達到良好的光滑度，完成嵌板劃分的第一步。然后針對曲面的不同性質將影響后續的優化方向與方法，利用造型軟件的可檢測曲面性質，通過判定UV兩個方向所有點的曲率，區分平板、可被展開的單曲面，同時在造型軟件中使用腳本編程判斷項目中的曲面是否為不能無誤差展開的雙曲面，這樣對曲面的展開可行度及誤差度進行預判，通過對嵌板劃分尺度進行控制減小誤差度。在嵌板劃分方式上，先后嘗試了統一規格、同心圓式、遺傳因子計算的方式，結合該項目美觀要求，為保證嵌板規格完整，最終選擇遺傳因子計算的方式。該項目采用寬縫和密縫的結合，將小板成組，呈現大板效果的劃分。在參數化設計中，項目團隊選取相應參數進行UV分格，將各個曲面根據尺度需求進行UV分格確定大板尺寸，小板寬度需小于1.5米、長度小于6米，因大板寬度方向尺寸變化較大，通過提取大板寬度尺寸除以1.5米，向上取整作為小板寬度方向塊數，使小板寬度控制在合理范圍內。最終完成嵌板劃分，達到既經濟又美觀的效果。

該項目利用參數化手段將嵌板進行平板化，并在誤差允許范圍內進行規格統一。首先統計分析嵌板的邊長、角度變化程度，驗證減少嵌板規格的可行性，并分區進行規格統一。預用統一規格的嵌板替換原有嵌板，將其三個邊長和兩個角度設置成可變參數，利用遺傳因子算法，計算出替換前后角點偏移最小情況下的嵌板規格，從而減少規格種類，因規格控制合理，嵌板均優化為平板。

TADI利用參數化手段，將嵌板信息進行圖紙表達。通過對所有嵌板進行分區編號，按照施工圖坐標系給出四角點的空間坐標值。根據板編號，將數值輸出Excel表格，最終完成嵌板圖紙，包含板位置及編號和角點空間坐標值列表。

在結構圖中，TADI通過Autodesk Revit API，高效準確的使構件信息通過圖紙完整表達，對接現場施工。在桁架空間定位圖中，節點編號的標注是通過Autodesk Revit API完成。機電深化部分，利用BIM技術推敲風道系統對空間的影響，配合結構桁架進行路由設計，達到視覺與系統性能的協調。

呼和浩特市賽罕區全民健身中心項目從形體生成階段就利用參數化手段進行設計， 并將參數化應用逐步延伸到擴初設計和施工圖設計，實現復雜形體精細化設計，并通過對幕墻嵌板的優化，有效減少規格。在滿足建筑設計效果的前提下，縮短施工工期，減小成本投入，將嵌板信息進行信息化表達，便捷對接數字加工及現場裝配。同時，全專業運用Revit進行設計，三維的可視化模型幫助TADI更好地對復雜空間進行詳細推敲， 發現并解決問題。在參數化和三維設計并進的工作流中，不斷挖掘數字信息給設計帶來的變化。

BIM技術的應用，使得各設計師共享同一數據源，實現復雜空間三維協同設計，解決專業間因信息壁壘而產生的錯誤，新興的各種以數據為支撐的分析模擬不斷幫助設計進行優化完善，使決策更加理性清晰。數據的傳遞更是給整個行業帶來多元的變化，這將為這個行業帶來新的價值和希望。

本項目全專業采用BIM技術結合參數化手段進行協同，共同實現復雜建筑空間設計， 體現BIM三維設計的優勢與價值。隨著項目進展，TADI不斷創新應用BIM技術，挖掘BIM的應用價值。此項目是TADI對于參數化結合Revit三維設計的典型案例，經過不斷的探索與實踐，形成了參數化設計模式與方法，對于以后的參數化項目有指導借鑒意義。