無錫萬達室外主題樂園項目設計階段BIM應用

孟艷吉1 王海斌 張 楊

(1.北京互聯立方技術服務有限公司，北京 100070； 2. 萬達文化旅游規劃研究院有限公司， 北京 100022)

1 工程概況

1.1 項目簡介

無錫萬達室外主題樂園項目位于江蘇省無錫市濱湖區太湖新城。地塊總用地面積為56.1萬m2，東西長約1km，南北寬約450m。共有6大主題園區，包含劇場、騎乘、游藝、商店、餐飲、互動等接近100個單體。項目效果圖及BIM模型截圖詳見圖1。

該項目建設單位是萬達文化旅游規劃研究院有限公司及無錫萬達城投資有限公司，土建設計單位是同濟大學建筑設計研究院，BIM設計單位是北京互聯立方技術服務有限公司。

1.2 BIM應用重點

無錫萬達室外主題樂園項目(以下簡稱“本項目”)占地面積大、建筑功能多、專業涉及廣、協調難度大。BIM作為管控手段，協助建設方協調各參與方工作，BIM技術覆蓋全園全專業，綜合市政、景觀、包裝、水景、游樂設備、室內外包裝、演藝制作、夜景照明等多個專業，從方案階段開始，進行方案推敲和設計論證，復雜單體的輔助設計，提高項目設計質量與設計進度[1-2]。

(a) 項目效果圖

(b) BIM全園模型

本項目BIM應用著重考慮以下幾個方面：

1)三維環境中的包裝模型展現、是否達到包裝效果要求[3]；

2)設計方案的推敲論證，綜合考慮確定最優設計；

3)復雜游藝單體多專業綜合分析，解決二維設計無法實現的設計環境[4]；

4)運用游客視角進行三維漫游，解決安全隱患，避免觀演穿幫，減少多余包裝，節約成本；

5)解決多參與單位設計協同問題。

2 設計階段BIM應用

2.1 基于BIM的大型假山三維設計

霞客山位于霞客奇旅區，山體表面積超過4萬m2，是全球體量最大的假山。飛翼過山車和漂流河等大型設備穿越山體，內部還包含有攀爬游樂設備。四周道路環繞，山頂餐廳、小火車穿插其中，內部錯綜復雜，結構設計難度極大。如圖2所示，霞客山包含多個專業，主要設計難點如下：

圖2 霞客區假山部分專業示意

1)過山車、漂流、小火車、假山外表皮和假山內腔都并非規則形狀，使得傳統的二維結構設計很難有效避開特設并同時滿足假山負荷要求。

2)需同時考慮安全和美觀，例如過山車軌道與支撐的安全距離、排隊區上空的空間要求、道路的消防疏散高度等，需多因素統籌考慮。

3)專業設計各方的軟件差異，文件在CAD、3DMAX、Sketchup等軟件之間無法良好地傳遞與整合，導致各方無法有效溝通，及時解決問題。

針對以上難點，制定BIM應用技術路線，三維協同設計環境下解決設計問題。

1)控制假山包裝效果，準確展現設計意圖

首先運用3D打印機打印假山主體，細節采用泥塑進行精確雕琢，推敲假山形體[5]。待確定假山設計形體之后采用3D掃描技術進行掃描(詳圖3(a)手持式三維掃描儀掃描假山泥模)，將模型導入BIM環境中，輔助設計管控和施工管控，可協助解決以下問題：

(a) 3D掃描技術

(b) 鋼結構裝配BIM設計圖3 3D掃描+BIM技術輔助大型假山設計

①由方案到最終竣工，包裝造型變化大，過程管控難度大；

②施工完成度或竣工效果檢查評價無法量化和驗收；

③土建設計依賴于包裝方案，與包裝雕塑模型或施工圖難以匹配；

④因土建施工進度先于包裝，造成包裝最終效果可能受限于土建。

2)基于三維環境表現，進行方案推敲論證

基于復雜狀況的場景，創建已確定的三維環境，綜合考慮各個專業情況，在此基礎上進行設計方案的推敲和優化，避免復雜環境中人腦三維構建的設計誤差，輔助建設單位及專業設計單位進行決策。霞客山屋頂餐廳的選型根據BIM進行方案推敲：

第一版方案制定游客盤山路進入，在整合模型中發現：餐廳高度過低，游客無法看到遠處景色；

第二版方案抬高山頂餐廳，保證了游客視線，但此時地面增加繞山小火車，游客需通過跨越小火車的的橋，然后盤山上餐廳，路線變長，攀越難度會使餐廳游客變少；

第三版方案改爬梯為電梯，增加餐廳觀景臺，使游客可以邊享受美食邊觀景。

3)BIM優化山體表面積，輔助設計假山支撐

假山的支撐為混凝土結構，采用Revit軟件根據山體模型進行過假山支撐設計，在支撐的同時考慮山體不穿幫，避免與設備鋼基礎和單體產生沖突，預留馬道空間，之后導入Navisworks軟件中進行復核是否妨礙過山車和漂流河設備以及游客安全，設計完成后，導入PKPM軟件中進行結構計算，調整模型，最終形成二維圖紙，設計圖紙上注釋說明：“假山空間關系復雜，施工單位需借助業主提供的BIM三維模型參考施工定位”；

山體表面積因預算限制需進行表面積控制，在Rhino軟件中進行表面積計算，超出的面積在考慮山體美觀和設備預留空間進行山體優化，將面積控制在4萬m2以內。

4)采用統一整合平臺，輸出設計輔助格式

本項目包含常規含建筑、結構及機電的土建設計、市政、景觀、游樂設備、弱電智能化、主題包裝、幕墻以及反光照明等專業，BIM技術提供統一溝通平臺，將多種格式的模型進行轉換，最大程度保留原模型數據，在Navisworks中進行整合，協調各參建方進行全三維環境進行設計及優化；

各專業設計方軟件不同，均需要山體、山體結構、土建單體、游藝設備的設計依據，在基礎設計完成后，為包裝、景觀及土建設計導出各種格式的文件，提供參考依據。

5)BIM二次鋼構預制，節約傳統施工時間

在設計階段無法準確設計的二次鋼構運用BIM技術進行預支拼裝，經統計鋼結構預拼裝率超過30%。如圖3(b)所示二次鋼構裝配式BIM設計，改善了傳統的現場工人手動焊接零預支率的狀況，保障假山包裝效果，節省工期。

2.2 基于BIM模型的樂園設計論證分析

模型是基礎，基于模型的數據分析才是關鍵。

(1)古建可視化分析

運河人家位為園區主入口，為徽派古建，主要功能為游客服務、餐飲購物等。為進行效果展示，運用BIM技術對古建、結構、機電、包裝、景觀、市政、小市政等近十個專業超過50種元素進行了創建，圖4(a)為未經渲染的截圖效果，模型精細到瓦片。對包裝及古建進行分析，根據人體工程學以及相關的游覽習慣以人的視角進行視線分析，確保包裝設置的合理性，如圖4(b)，我們在連廊下看對面的主題包裝，發現視線無法看到，最終取消包裝，減少浪費和不必要的成本輸出，節約成本。同時可配置VR眼鏡，進行效果展示，提前演示入園效果，改善尚可優化的包裝效果，輔助建設單位進行方案決策[6]。

(a) 古建navisworks截圖

(b)包裝分析圖4 基于古建模型的可視化分析

(2)沉浸式體驗分析

室內劇場、互動影院等建筑中設置有球形或者其他異形的屏幕，在進行室內機電管線設計、包裝設計、游客行進路線設計時，需從游客角度出發，確保游客視線不被遮擋，利用BIM模型對游客體驗進行評價，如圖5(a)模擬游客行進過程中的視線，同時如圖5(b)對投影設備的投影路徑進行模擬，防止視線范圍內及投影范圍內有其他物體遮擋。確保游客體驗。[7-8]

(a) 游樂設施分析

(b) 投影路線分析圖5 沉浸式體驗分析

(3)總圖整體性分析

樂園作為一個整體，除了包含黑暗騎乘、室內游藝、互動劇場、交互體驗、餐飲商店等單體外，還包含景觀、包裝、市政、小市政等輔助專業，因此樂園的BIM需考慮園區的整體性，包含建筑的相對關系、景觀的完整性、多業態的視覺效果，給游客完美的游園體驗。

市政的分析在于專業的準確性和覆蓋的全面性，需要對所有專業進行整合和綜合分析，才能發現如圖6(a)小市政管線與單體基礎等問題。[9]

重點如下：

1)對土球進行經驗創建，避免樹根的生長造成市政管線斷裂；

2)除了市政一二級管網，還需要創建小市政管線，分析入戶的接入情況；

3)人井的創建需依據當地圖集，如圖6(b)考慮檢修的合理性，避免井蓋密集出現及造成整理環境破壞。

(a) 灌溉與單體基礎沖突

(b) 依據圖集分析與路肩石合理間距圖6 市政相對關系分析

根據樂園總圖定位各準確單體位置，配合景觀檢查單體之間空間和視線關系，避免空間過小(圖7(a)樹木存在導致道路空間過窄，最終如圖7(b)改喬木為灌木以保障空間)、互相遮擋等問題，同時檢查地形豎向關系，避免排水不暢等問題。

分析包裝與建筑單體的相對關系，如圖8(a)對置于室外安裝的機電設備情況進行分析，以游客視角核查空調室外機和風口是否造成穿幫，破壞建筑整體美觀性，影響游園感受；后修改建筑外墻為弧形，外用樹木進行遮擋，如圖8(b)所示，保障游園效果。

(a) 樹木遮擋造成通道空間不足

(b) 改喬木為灌木保證通道空間圖7 單體相互關系分析

(a) 空調室外機外漏穿幫

(b) 優化包裝遮擋設備圖8 包裝相對關系分析

室外樂園中有花車巡游，基于BIM模型，對行進花車巡游路線、消防動線進行分析，確保路線的合理性；如圖9(a)，在花車巡游模擬中，發現大型喬木樹冠會進入演藝人員的活動半徑，有刮傷的危險，后將有預留空間的喬木進行外移，空間緊張的喬木改為小樹冠或改為灌木。

根據景觀專業圖紙，對景墻、種植池、水景、座椅、垃圾箱、裝飾燈、樹木等進行BIM模型創建，根據多專業模型，輔助設計進行視線分析，考慮景觀是否起到遮陰效果、大型喬木是否影響路燈光線、小品設置是否能被看到、導向標識是否清晰流暢，圖9(b)為進行景觀視線遮擋模擬的截圖。

通過基于BIM模型的專業分析，在設計階段管控各個專業的相對關系，充分考慮游客感受，實現設計論證及優化，提高設計質量。

(a) 花車巡游路線分析

(b) 景觀視線遮擋分析圖9 景觀相對關系分析

(4)其他輔助應用及技術手段解決問題

除了以上樂園在設計階段的輔助設計應用外，常規應用包含太陽能板設置分析、機電多專業協調、凈高情況分析、機電安裝分析、設備安裝合理性分析、門窗遮擋分析、建筑使用空間分析、建筑外立面美觀分析、檢修空間分析、多余設計分析等，解決設計專業內專業間問題，提升設計質量。

應用無人機傾斜攝影技術對周邊環境進行分析，風環境模擬對單體異形包裝進行了最不利情況安全核查[10]；在模型處理方面，自主研發了快速建模軟件對常規單體進行快速模型搭建，同時自主研發了算量軟件，對設計階段工程量進行計算，為成本部提供參考。

3 結論與展望

BIM技術在本項目中的應用重點在于進行全專業環境的方案推敲，輔助建設單位決策；進行復雜環境中的正向設計，解決二維環境中無法進行設計的情況；進行設計論證，以游客視角考慮游客的感受，避免穿幫，保障游園安全；綜合考慮園區的銜接與專業的交互，避免包裝景觀浪費，節約成本，提升設計品質[11]；

對本項目的經濟效益分析[12]，分為三個部分：

(1)正向設計輔助的大型游藝群的效益分析，分為如表1所示四類問題，保守估計實際解決的問題個數，工程部根據現場情況對單價進行保守估計，估算節約成本。

表1 霞客山設計階段經濟效益分析

(2)專業設計論證的全園多專業的效益分析，如表2所示分為八類問題，根據問題等級進行現場整改費用保守估算，用單項數量和單項單價進行估算；

(續)

(3)除了以上實際解決的問題，還對BIM技術在本項目產生的附加價值進行分析，如表3，包含對設計進行輔助、協調各方、為分包進行多格式提資，對節約的溝通成本和沉沒成本進行估算；

表3 設計階段附加價值經濟效益分析

需要注意的是，設計階段需要覆蓋全專業，除建設單位與BIM設計單位，需要全員參與，共同協調解決問題；同時，為保障施工能夠順利進行，施工單位需要提前介入，了解設計過程管控，及時移交設計管控結果，在此基礎上進行深化，保證項目品質。