[BIM案例]北京新機場旅客航站樓及綜合換乘中心BIM應用

1、- -客戶:北京市建筑設計研究院有限公司北京市建筑設計研究院有限公司第四建筑設計院/機場研究中心北京市建筑設計研究院有限公司（BIAD) 成立于1949年，是與中華人民共和國同齡的大型國有設計機構。機場建筑研究中心是依托第四建筑設計院形成的優(yōu)秀設計團隊。BIAD的機場設計有著較長的歷史，自首都國際機場始建以來至今，BIAD一直為首都機場的建設不間斷地提供設計服務。從1958年機場初建時的最老的航站樓，到1980年建成的T1航站樓、之后再到1999年建成的T2航站樓，都留下BIAD幾代人辛勤的汗水。近十年來，在中國機場建設的高峰期，北京院機場建筑研究中心先后承擔了首都機場T3 航站樓、昆明新機場

2、航站樓、深圳寶安機場T3航站樓、南寧吳圩機場新航站樓、桂林機場T2航站樓等5個大型、超大型機場航站樓的工程設計，并參加了十余個機場設計投標工作。多項工程獲得國家級、省部級優(yōu)秀設計，昆明新機場航站樓、深圳機場T3航站樓項目獲得了亞洲建筑師協(xié)會金獎。通過不斷積累設計經驗、培養(yǎng)了一批具有專業(yè)水準的機場設計人員。在持續(xù)的設計實踐過程中，不斷總結積累經驗，BIAD機場設計團隊逐漸行成機場航站區(qū)規(guī)劃、陸側交通、航站樓建筑設計等核心設計理念和方法，具備了與國際一流設計公司同臺競技的能力。工程之外，BIAD機場建筑研究中心還承擔著第三版建筑設計資料集民用機場部分的主編工作，參編城市客運交通樞紐設計規(guī)范，并承擔

3、著多項科研任務，在建筑核心期刊發(fā)表數(shù)十篇學術論文。理論和實踐的結合，將進一步提升BIAD機場設計團隊整體實力和影響力，我們努力在中國機場建設大潮中奉獻更多的力量。案例：北京新機場航站樓及綜合換乘中心相關軟件及解決方案：Autodesk Dynamo studioAutodesk T-spline for RhinoAutodesk Revit ArchitectureAutodesk Revit StructureAutodesk Revit MEPAutodesk NavisworksAutodesk StingrayAutodesk Simulation CFDAutodesk 360客戶

4、證言：北京新機場是如此一個超級工程，在世界上也沒有先例，在開始設計時，我們幾乎沒有太多現(xiàn)成的工程經驗可以依循。BIM技術給了我們這樣一個機會，不僅使我們能夠以更高的效率，完成如此復雜項目的設計工作。而且通過虛擬的建造，建筑信息的分析，我們得以窺見這一超級建筑建成后的情況。從飛機的滑行、人流的組織，到結構的合理性、環(huán)境的舒適度，BIM技術都可以做出充分的模擬驗證，為業(yè)主決策和設計優(yōu)化提供依據(jù)，并最終能夠為業(yè)主呈現(xiàn)更為出色的建筑成果。北京市建筑設計研究院有限公司第四建筑設計院 北京新機場旅客航站樓及綜合換乘中心項目BIM負責人 王亦知案例正文：北京新機場旅客航站樓及綜合換乘中心BIM應用項目概況圖

5、1 北京新機場效果圖北京新機場旅客航站及綜合換乘中心工程是北京在21世紀面向未來發(fā)展的超級工程，總建筑面積143萬平方米，滿足本期4500萬人次，2025年7200萬人次年旅客吞吐量的設計容量。主體建筑航站樓由中央主樓和五條互呈60度夾角的放射狀指廊構成，航站樓以北的綜合服務樓平面形狀與航站樓的指廊相同，與航站樓共同形成了外包直徑1200米的總體構型。我們可以從航站樓與大型公共建筑的比較中感受其尺度：. 圖2新機場無助空間與水立方尺度比較北京新機場中心區(qū)域的支撐間距達200米，所形成的無柱空間可以完整的放下一個水立方。圖3單塊混凝土板與鳥巢體育場尺度比較為保證中心區(qū)屋面及支撐結構體的完整，以及

6、功能區(qū)的完整，北京新機場航站樓中心區(qū)混凝土樓板513mX411m不設縫，是國內最大的單塊混凝土樓板。這塊完整的混凝土大板，可以將國家體育中心（鳥巢）置于其上。圖4航站樓中軸線剖透視作為綜合交通樞紐，航站樓主樓地上共四層，采用了上部雙出發(fā)層-下部雙到達層的基本樓層功能設置，并配置了雙層出港高架橋，航站樓近機位共79 個,地下一層設置軌道進出站的連接過廳和軌道站廳，連接地下二層的兩條城際鐵路線和三條城市地鐵線, 采用8臺16線布局，與目前的北京火車站規(guī)模相當。綜上所述，北京新機場航站區(qū)工程具有項目規(guī)模巨大、建筑功能復合，專業(yè)系統(tǒng)眾多、協(xié)調環(huán)節(jié)密集，質量標準嚴格等主要特點，對工程建設的規(guī)劃、設計、施

7、工、管理都提出了很高的要求，在緊迫的設計周期下，BIM的應用充滿機遇與挑戰(zhàn)，需要協(xié)調一致的BIM標準和具有針對性的BIM設計策略。二，BIM標準與管理圖5 BIM標準建立在項目初始階段，針對新機場項目特點同時設置了BIM數(shù)字標準與BIM管理標準。為實現(xiàn)這一龐大的BIM協(xié)同設計系統(tǒng)，設計團隊做了充分的準備，并確立了嚴格的BIM數(shù)字標準，提出了明確的BIM文件接口標準，保證整體設計的協(xié)同推進。核心團隊進行了專項BIM培訓，并對電腦設備進行了升級；設置了各級BIM負責人；制定了BIM管理計劃；從文件命名規(guī)則、圖層標準，到模型拆解邏輯、深度標準，以及交付成果的表達和要求，都進行了詳細規(guī)定。三，BIM設

8、計策略在當前技術條件下，單一的BIM工具完全無法實現(xiàn)如此復雜項目的設計目標。我們在策劃階段，就確定了多平臺協(xié)同工作，以適用性為導向的BIM技術框架。如建筑外圍護體系使用Autodesk T-spline同Rhinoceros結合共同作為設計的核心平臺處理自由曲面；大平面體系中，主平面系統(tǒng)使用傳統(tǒng)的Autodesk Cad平臺，保證設計的時效性；對于專項系統(tǒng)中樓電梯、核心筒、衛(wèi)生間、機房這樣的獨立標準組件，我們使用Autodesk Revit平臺，利用建筑信息化的優(yōu)勢，確保這些復雜組件的三維準確性。通過成熟的協(xié)同設計平臺，將這三個大的體系整合在大平面中，實時更新，協(xié)同工作。圖6 BIM應用框架通

9、過這樣適用、高效的BIM和協(xié)同設計平臺，我們得以整合上百人的設計團隊，只用了一年的時間，就完成了新機場從方案調整深化、初步設計、施工圖的全部設計過程，體現(xiàn)出了BIM技術對于設計效率的巨大提升。四，外圍護體系的BIM應用圖7屋頂曲面與屋面主結構網格關系航站樓的自由曲面造型是外圍護工程的難點。我們通過主動創(chuàng)新，在BIM平臺上綜合運用Autodesk T-spline曲面建模與編程工具，實現(xiàn)了對外圍護系統(tǒng)的全參數(shù)化控制，大到屋面鋼結構定位，小到吊頂板塊劃分，都在同一套屋面主網格系統(tǒng)的控制下展開。屋面主網格是一套整合屋面，采光頂，幕墻，鋼結構等多專業(yè)，多層級的空間定位系統(tǒng)，以受參數(shù)化程序控制的屋面鋼結

10、構中心線為基礎，在滿足建筑效果的同時符合結構邏輯。在主網格系統(tǒng)的基礎上，我們通過逐級深化的方式不斷推進設計，接力主網格程序對屋面大吊頂進行分縫，分板參數(shù)化設計，對吊頂板塊進行數(shù)據(jù)化分析，優(yōu)化板塊類型。各屋面子系統(tǒng)，如虹吸雨水，馬道等也采用三維方式定位設計 圖8航站樓室內空間效果圖五，大平面體系的BIM應用圖9北京新機場大平面體系模型北京新機場大平面體系的BIM架構分為主平面系統(tǒng)和專項系統(tǒng)兩部分，在主平面系統(tǒng)中，我們運用Autodesk AutoCAD平臺上成熟的協(xié)同設計模式快速推進設計，并隨設計節(jié)點創(chuàng)建和更新建筑、結構、設備全專業(yè)的Autodesk Revit模型，同各專項系統(tǒng)，外圍護系統(tǒng)模型

11、一起在Autodesk Navisworks，Autodesk Stingray中進行三維校核及漫游演示。圖10北京新機場建筑Revit模型圖11北京新機場結構Revit模型圖12北京新機場Autodesk Revit MEP模型在專項系統(tǒng)設計中，我們發(fā)揮Autodesk Revit平臺的優(yōu)勢，集中處理大量信息:全樓共計141個不同的衛(wèi)生間，148部自動扶梯，42部玻璃電梯，98部混凝土電梯，設備專業(yè)的BIM設計中，我們將全樓數(shù)百間機房作為專項系統(tǒng)進行全BIM設計，其中最大的單間空調機房內同時運行設備40多臺，我們對BIM的應用不僅止于管線的幾何表達，更看中其信息處理能力，如流量，壓力，流速等

12、，為更深入，高效的設計提供依據(jù)。圖13機房BIM圖紙表達北京新機場也將機場建筑特有的專項設計向前推進：標識系統(tǒng)是機場功能組織的重要環(huán)節(jié)，我們利用基于Autodesk Revit平臺的Dynamo編程對全航站樓共計3114塊標識牌進行參數(shù)化設計與管理，包含每塊標識牌的位置，類型，指向信息等；行李系統(tǒng)的幾何信息與運行分析同樣有賴于BIM專項設計。圖14標識系統(tǒng)Dynamo程序六，計算機智能設計圖15采光頂遮陽網片樣本與遺傳算法程序遺傳算法是人工智能領域的計算機技術，我們將其應用在遮陽網片計算和C形頂?shù)慕Y構劃分這兩部分工作中，計算機在我們通過程序設定的邏輯與條件下，找到了問題的最優(yōu)解。這是以往無法憑

13、人力得到的。為了降低航站樓能耗，我們將一層輕薄的遮陽網片置于采光頂玻璃片的中空層中，在保障室內采光的同時可以最大程度遮擋南向直射光。每個遮陽網片單元形式由4個參數(shù)控制，每個參數(shù)的不同取值會組合產生上萬種形式。計算機根據(jù)采光頂所處的位置從中篩選出其中熱工性能的最優(yōu)解，使得透過采光頂獲得約60%進光量的同時僅接收約40%的熱能。圖16采光頂結構分格效果與遺傳算法程序C形柱上方的采光頂是室內空間的視覺焦點。綜合視覺與結構需求，我們需要在結構網格劃分上實現(xiàn)三個目標：1.邊緣整齊2，玻璃分板均勻 3.分板結構梁程相近。為此，我們?yōu)橹饕獎澐志€設置了88個控制點，通過遺傳算法調整各個控制點的相對關系，最終得

14、到分板均勻，具有張力的結構網格。七，專項分析研究與設計驗證新機場的設計中，我們使用計算機技術對建筑光環(huán)境，CFD，熱工等物理環(huán)境進行分析模擬，使航站樓更安全，節(jié)能，高效。包含如下主要內容： 圖17建筑室外風環(huán)境物理風洞模型與計算機模擬分析1，室外光環(huán)境的模擬分析輔助采光與遮陽的設計；室內照明系統(tǒng)的分析計算。2，物理風洞實驗分析與計算機模擬分析；室內自然通風模擬。3，基于建筑物理模型的圍護結構熱工參數(shù)優(yōu)化分析 圖18電梯等候時間與旅客流線模擬計算機模擬技術不但用于模擬航站樓所處的物理環(huán)境，還應用與對機場未來運行的狀況的仿真分析：在航站樓內，通過對機場室內人流的模擬，我們可以評估出等候每處電梯，安檢排隊的等候時間，進而優(yōu)化流線設計，提高運行效率。在航站樓外，通過建立起場跑滑系統(tǒng)數(shù)學模型，優(yōu)化調整登機口布局，獲得最優(yōu)的站坪運行效率；八，BIM信息管理圖19機房信息數(shù)據(jù)統(tǒng)計我們在新機場的項目中建立了完整的數(shù)據(jù)庫。例如將衛(wèi)生間系統(tǒng)的數(shù)據(jù)同機場運營經驗統(tǒng)計數(shù)據(jù)相關聯(lián)，即可判斷出各處衛(wèi)生間潔具數(shù)量是否能應對高峰期的客流