BIM數(shù)字科技助力鳳凰中心設(shè)計(jì)案例

圖1鳳凰中心全景北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司（以下簡(jiǎn)稱BIAD），是與共和國(guó)同齡的大型國(guó)有建筑設(shè)計(jì)咨詢機(jī)構(gòu)。業(yè)務(wù)范圍包括：城市規(guī)劃、投資策劃、大型公共建筑設(shè)計(jì)、民用建筑設(shè)計(jì)、室內(nèi)裝飾設(shè)計(jì)、園林景觀設(shè)計(jì)、建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)、工程概預(yù)算編制、工程監(jiān)理、工程總承包等領(lǐng)域。BIAD自成立以來(lái)的60年中，始終致力于向社會(huì)提供高品質(zhì)的設(shè)計(jì)服務(wù)，在行業(yè)中享有極高聲譽(yù)，并逐漸形成了“建筑服務(wù)社會(huì)”的企業(yè)核心理念。

目前，公司具備了以下資質(zhì)：工程設(shè)計(jì)行業(yè)甲級(jí)、城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)甲級(jí)、工程咨詢甲級(jí)、工程造價(jià)咨詢甲級(jí)、旅游規(guī)劃設(shè)計(jì)甲級(jí)、風(fēng)景園林工程設(shè)計(jì)甲級(jí)、環(huán)境工程（物理污染防治工程）甲級(jí)。項(xiàng)目概況鳳凰中心項(xiàng)目位于北京朝陽(yáng)公園西南角，占地面積1.8公頃，總建筑面積7.2萬(wàn)平方米，建筑高度55米。除媒體辦公和演播制作功能之外，建筑安排了大量對(duì)公眾開(kāi)放的互動(dòng)體驗(yàn)空間，以體現(xiàn)鳳凰傳媒獨(dú)特的開(kāi)放經(jīng)營(yíng)理念。建筑的整體設(shè)計(jì)邏輯是用一個(gè)具有生態(tài)功能的外殼將具有獨(dú)立維護(hù)使用的空間包裹在里面，體現(xiàn)了樓中樓的概念，兩者之間形成許多共享形公共空間。在東西兩個(gè)共享空間內(nèi)，設(shè)置了連續(xù)的臺(tái)階、景觀平臺(tái)、空中環(huán)廊和通天的自動(dòng)扶梯，使得整個(gè)建筑充滿著動(dòng)感和活力。此外，建筑造型取意于“莫比烏斯環(huán)”，這一造型與不規(guī)則的道路方向、轉(zhuǎn)角以及和朝陽(yáng)公園形成和諧的關(guān)系。建筑由兩座單體建筑和一個(gè)極富表現(xiàn)力的外殼組成，兩座單體建筑分別為媒體辦公主樓和演播樓。流線型的外殼帶給了建筑流暢動(dòng)人的空間，被莫比烏斯環(huán)所環(huán)繞的鳳凰廣場(chǎng)是建筑體量的核心，它被巨大而飛舞的鋼結(jié)構(gòu)圍合，連接著西側(cè)的城市主干路與東側(cè)的朝陽(yáng)公園湖濱綠地，是一處可向公眾開(kāi)放的公共空間。而一條由地面至空中，環(huán)繞貫穿于建筑內(nèi)部的公眾體驗(yàn)流線，真正實(shí)現(xiàn)了鳳凰國(guó)際傳媒中心在建筑空間上的豐富與開(kāi)放。公眾可從拱橋拾級(jí)而上，到達(dá)演播樓二層的開(kāi)放平臺(tái)，由開(kāi)放平臺(tái)回望西中庭，它被流暢交錯(cuò)的鋼結(jié)構(gòu)包裹，形成了既恢弘又動(dòng)感的空間氛圍，它同時(shí)緊鄰城市干道，使通透、高大、變幻的室內(nèi)空間展現(xiàn)在城市人群面前。沿二層平臺(tái)向東，參觀1200㎡演播制作大廳之后，公眾可到達(dá)演播樓樓頂?shù)男蓓臻g，巨大的平臺(tái)被鋼結(jié)構(gòu)和坡起的體量環(huán)繞，創(chuàng)造出寬敞的休閑空間。隨后沿平臺(tái)走向緊鄰朝陽(yáng)公園湖面的東中庭，它既是兩座主樓重要的交通聯(lián)系、極佳的觀景點(diǎn)，更是鳳凰開(kāi)放的公共體驗(yàn)空間中建筑藝術(shù)表現(xiàn)力的高潮。盤桓蜿蜒的環(huán)形坡道連接著入口大廳，而通天扶梯則直達(dá)辦公樓頂層。辦公樓頂層是建筑的制高點(diǎn)，也是一處風(fēng)景絕佳的眺望場(chǎng)所，向南可遙望CBD壯闊的城市景觀，向北可俯瞰朝陽(yáng)公園的開(kāi)闊湖面與成蔭綠林。貫穿建筑的整條公共流線上下穿行在莫比烏斯的環(huán)狀空間中，展現(xiàn)了一個(gè)“創(chuàng)新、開(kāi)放、融合”的媒體所應(yīng)具有的建筑精神。圖2鳳凰中心營(yíng)造豐富的室內(nèi)空間

圖3鳳凰中心與環(huán)境協(xié)調(diào)融合項(xiàng)目難點(diǎn)由于獨(dú)特的創(chuàng)意構(gòu)思，建筑具有了復(fù)雜的三維形體，這為建筑的深化設(shè)計(jì)和施工提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。隨著大量前所未有技術(shù)難題的涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)工具已經(jīng)不足以應(yīng)對(duì)復(fù)雜形體的深化控制。解決方案本項(xiàng)目開(kāi)創(chuàng)性的大量運(yùn)用了三維數(shù)字化技術(shù)，是國(guó)內(nèi)首次運(yùn)用三維數(shù)字技術(shù)進(jìn)行全面的、大規(guī)模建筑實(shí)踐的案例。三維技術(shù)應(yīng)用在概念方案深化，建筑體型邏輯加工，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，表皮構(gòu)造設(shè)計(jì)等方面，同時(shí)利用建筑信息模型以及參數(shù)化編程控制技術(shù)生成了無(wú)法逐一繪制的技術(shù)信息，完成了常規(guī)技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)的設(shè)計(jì)成果。三維數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)成果的矢量化與精確化，并且進(jìn)行智能化的調(diào)整和修正，優(yōu)化了工程的生產(chǎn)、建造與運(yùn)行工序。高精度數(shù)字軟件支持?jǐn)?shù)字技術(shù)的價(jià)值在建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)作中的體現(xiàn)，是提供一個(gè)探討有效的、設(shè)計(jì)控制方法的平臺(tái)，將復(fù)雜形體建筑超越形式的高品質(zhì)和高精度在實(shí)際的工程階段得以實(shí)施。本案利用多種高精度三維設(shè)計(jì)軟件將所有的可視元素在BIM模型中進(jìn)行了表達(dá)和驗(yàn)證，虛擬化的建筑元件在幾何尺寸和形式上具有與真實(shí)建筑構(gòu)件1:1的足尺比例關(guān)系，并且包含了建筑材料、重量等非幾何信息。從深度上講，建筑的構(gòu)件得到了完整的表達(dá)并達(dá)到了航空、汽車制造業(yè)的數(shù)據(jù)精度。多層次數(shù)字團(tuán)隊(duì)建構(gòu)在數(shù)字團(tuán)隊(duì)構(gòu)建上，其人員主要來(lái)自兩個(gè)方面：一方面是能夠掌握數(shù)字化軟件，能夠勝任復(fù)雜形體處理工作的建筑、結(jié)構(gòu)、機(jī)電設(shè)計(jì)師。通過(guò)建立一套“三維協(xié)同”設(shè)計(jì)規(guī)則，使大家可以在同一個(gè)平臺(tái)上共同工作。另一方面，對(duì)于一些十分專業(yè)化的數(shù)字化工作，如計(jì)算機(jī)編程則由專業(yè)化的顧問(wèn)公司提供專項(xiàng)咨詢服務(wù)。此外，鳳凰項(xiàng)目數(shù)字化設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)中還包括后續(xù)深化設(shè)計(jì)階段、數(shù)十個(gè)國(guó)內(nèi)頂級(jí)生產(chǎn)廠商及設(shè)備廠商。全新的工作模式“三維協(xié)同”是數(shù)字化帶來(lái)的全新工作模式，他的實(shí)現(xiàn)依賴于BIM技術(shù)的運(yùn)用。在三維協(xié)同狀態(tài)下，建筑師、結(jié)構(gòu)、機(jī)電工程師可以基于同一個(gè)全信息建筑模型完成設(shè)計(jì)成果的交流與傳遞。各類配合問(wèn)題可以在第一時(shí)間被發(fā)現(xiàn)，并在直觀可視的狀態(tài)下完成團(tuán)隊(duì)內(nèi)部的溝通、討論、決策，及時(shí)保證設(shè)計(jì)成果的高度整合性。更為重要的是，基于“建筑系統(tǒng)”劃分構(gòu)建的“三維協(xié)同”工作方式的原則，有效建立起了一個(gè)完整的、劃分和整合工作邊界的依據(jù)。不僅可以滿足各個(gè)設(shè)計(jì)人員的工作成果被高效的拆分和組裝，而且可以保障所有需要嚴(yán)格控制的建筑系統(tǒng)均達(dá)到足夠的設(shè)計(jì)深度。這種方式使鳳凰中心項(xiàng)目真正實(shí)現(xiàn)了虛擬建造，使工程后續(xù)的生產(chǎn)、建造與運(yùn)行工序大大受益，甚至帶動(dòng)了整個(gè)建筑產(chǎn)業(yè)鏈的升級(jí)和發(fā)展?；趨?shù)化技術(shù)的幾何控制系統(tǒng)參數(shù)化技術(shù)為幾何控制系統(tǒng)的建構(gòu)提供了靈活的控制途徑。通過(guò)預(yù)設(shè)參數(shù)、調(diào)試參數(shù)的方式建構(gòu)參數(shù)模型，在動(dòng)態(tài)調(diào)整中穩(wěn)定建筑信息模型理想的幾何控制關(guān)系。鳳凰中心南側(cè)包裹的辦公主樓從一個(gè)順滑的“主樓基面”發(fā)展為包含多層次建筑構(gòu)件信息的實(shí)體，經(jīng)過(guò)了嚴(yán)密的、多層級(jí)參數(shù)調(diào)控過(guò)程。我們由建筑“基礎(chǔ)控制面”推導(dǎo)出“主樓基面”，再由“主樓基面”定義完整的主樓梁、板、柱結(jié)構(gòu)幾何控制線，最后以結(jié)構(gòu)幾何控制線為基礎(chǔ)加入建筑裝修幾何控制系統(tǒng)。通過(guò)多層級(jí)的幾何定義和參數(shù)調(diào)控得到的設(shè)計(jì)成果，為高精度的工程實(shí)施奠定了堅(jiān)實(shí)的控制基礎(chǔ)。

圖4由“基礎(chǔ)控制面”推導(dǎo)出“主樓基面”圖5由“主樓基面”得到主樓結(jié)構(gòu)幾何控制線、結(jié)構(gòu)控制模型和建筑控制模型圖6主樓建筑裝飾系統(tǒng)的參數(shù)化預(yù)設(shè)和調(diào)控過(guò)程高精度的數(shù)據(jù)信息鳳凰項(xiàng)目利用的

BIM技術(shù)，是在虛擬環(huán)境中對(duì)建筑進(jìn)行信息模擬的數(shù)字化模型，包含了具體而精確的建筑信息，因此建筑師可以不再通過(guò)二維圖紙的信息轉(zhuǎn)換，而直接在三維數(shù)字平臺(tái)中進(jìn)行復(fù)雜形體建筑的創(chuàng)建和調(diào)整。對(duì)于復(fù)雜形體建筑中存在的、眾多二維表達(dá)所不能描述的復(fù)雜空間、復(fù)雜幾何信息，利用BIM三維可視的特點(diǎn)，可以對(duì)其效果進(jìn)行先期驗(yàn)證。因此，鳳凰項(xiàng)目的BIM模型是與鳳凰項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、甚至建筑構(gòu)件的建造、生產(chǎn)同步更新的，使得所有建筑構(gòu)件的完成效果與模型控制效果一致，這也是BIM技術(shù)應(yīng)用的真正價(jià)值所在。另一方面，建筑BIM模型中所有建筑系統(tǒng)及其所包含的建筑構(gòu)件的數(shù)據(jù)信息均嚴(yán)格依據(jù)一套復(fù)雜的幾何定義規(guī)則建立，使得這些數(shù)據(jù)信息具有可描述、可調(diào)控、可傳遞的特征，為后續(xù)設(shè)計(jì)優(yōu)化調(diào)控和設(shè)計(jì)信息的準(zhǔn)確傳達(dá)奠定了基礎(chǔ)?？擅枋龅臄?shù)據(jù)，即自由曲線和不規(guī)則形體在三維空間中通過(guò)矢量化方式得到定義，保證組成圖形的每個(gè)幾何元素都具有精確的數(shù)據(jù)信息，這些信息能夠通過(guò)條件預(yù)設(shè)得到有計(jì)劃的輸出。圖7主樓結(jié)構(gòu)板邊的優(yōu)化及描述數(shù)據(jù)的輸出可控制的數(shù)據(jù)，即在幾何圖形以矢量化得到描述后，通過(guò)參數(shù)預(yù)設(shè)進(jìn)行人工控制，以達(dá)到理想的設(shè)計(jì)狀體。鳳凰中心幾何控制系統(tǒng)本身的建構(gòu)就是基于可調(diào)整的參數(shù)化技術(shù)完成的?？蓚鬟f的數(shù)據(jù)，指物體被描述的、矢量化幾何信息能夠轉(zhuǎn)化成為某種通用的格式，成為信息傳遞的前提。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑專業(yè)為結(jié)構(gòu)專業(yè)提供外殼鋼結(jié)構(gòu)梁的幾何中心線，作為結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的基礎(chǔ)，極大的提高了結(jié)構(gòu)計(jì)算的精準(zhǔn)度。

圖8建筑專業(yè)為結(jié)構(gòu)專業(yè)提供鋼結(jié)構(gòu)梁中心線

圖9結(jié)構(gòu)專業(yè)用建筑控制作為結(jié)構(gòu)計(jì)算模型的基礎(chǔ)，極大提高了計(jì)算模型的精度BIM協(xié)助設(shè)計(jì)控制與優(yōu)化高質(zhì)量的建筑信息模型使建筑師不必再憑借抽象思考進(jìn)行設(shè)計(jì)，建筑模型中的復(fù)雜關(guān)系，尤其是不規(guī)則曲面構(gòu)件之間的位置關(guān)系、比例尺度，都與現(xiàn)實(shí)建造保持一致，建筑師可以在虛擬環(huán)境下真實(shí)解決建造問(wèn)題，進(jìn)行美學(xué)推敲和空間體驗(yàn)。這一技術(shù)手段大大提高了復(fù)雜形體的設(shè)計(jì)效率，同時(shí)保障了最終設(shè)計(jì)成果的精度。例如，有著同樣幾何生成邏輯的100根彎扭的主、次鋼梁，其落地狀態(tài)無(wú)一相同，優(yōu)化設(shè)計(jì)中，將支座分成上、下兩部分，通過(guò)統(tǒng)一規(guī)則的曲線轉(zhuǎn)直線切變處理，將連接銷軸控制成2-3類標(biāo)準(zhǔn)的樣式，以便于統(tǒng)一開(kāi)模鑄造。環(huán)形坡道的找形和優(yōu)化工作也是技術(shù)難度較大的工作之一。全長(zhǎng)252米的環(huán)形坡道從7米標(biāo)高爬升到19.6米高的裙房四層。在爬升過(guò)程中，先后與外殼鋼結(jié)構(gòu)、主樓及裙房混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生搭接關(guān)系，同時(shí)還要保證環(huán)坡的外型優(yōu)美流暢。裙房?jī)?nèi)幕墻初始的控制面由復(fù)雜的雙曲面構(gòu)成，為在造價(jià)允許范圍內(nèi)高質(zhì)量的完成此部分設(shè)計(jì)控制，建筑師依靠BIM模型的高精準(zhǔn)性，對(duì)原始的雙曲面進(jìn)行了板片優(yōu)化的數(shù)據(jù)分析。結(jié)合數(shù)據(jù)分析的結(jié)果確定了板片優(yōu)化的模數(shù)設(shè)置，板片平面外偏差的消納規(guī)則，并最終建立起完整的干掛SRC板材幕墻體系模型，用以直接指導(dǎo)后續(xù)的生產(chǎn)加工和安裝工作。

圖10鋼結(jié)構(gòu)落地支座的優(yōu)化綠色設(shè)計(jì)理念鳳凰中心的復(fù)雜形態(tài)并非一蹴而就，這是基于設(shè)計(jì)師利用數(shù)字技術(shù)手段，對(duì)場(chǎng)地條件、規(guī)劃要求、周邊環(huán)境充分分析的結(jié)果。利用AutodeskEcotectAnalysis軟件中的仿真和分析功能，輔助綠色設(shè)計(jì)理念的推進(jìn)?；贕IS數(shù)據(jù)、衛(wèi)星圖片和地圖，提取場(chǎng)地和地形信息，一鍵式快速建立完整的周邊城市區(qū)域模型。將模型應(yīng)用于規(guī)劃設(shè)計(jì)、體量推敲等方面的工作。建筑的室外風(fēng)環(huán)境模擬為本項(xiàng)目在形態(tài)修正和總平面設(shè)計(jì)中避免不利街道風(fēng)，適應(yīng)場(chǎng)地微生態(tài)環(huán)境提供了支持。利用AutodeskVasari-WindTunnel軟件建立三維模型，根據(jù)北京地區(qū)氣象參數(shù)，結(jié)合建筑周邊建筑及狀況，對(duì)鳳凰中心的室外風(fēng)環(huán)境進(jìn)行模擬計(jì)算和分析。改變建造模式的數(shù)字化信息傳遞與對(duì)接1.設(shè)計(jì)控制模型的傳遞作為設(shè)計(jì)研究工具的BIM模型攜帶最新的建筑數(shù)據(jù)信息，以鳳凰中心項(xiàng)目的外幕墻系統(tǒng)為例，建筑師向加工企業(yè)提供完整的外幕墻系統(tǒng)模型。該模型包含所有與幕墻系統(tǒng)相關(guān)的幾何控制系統(tǒng)信息以及以這些幾何控制系統(tǒng)信息作為參數(shù)條件的、完整的幕墻折板單元控制面實(shí)體模型。

圖11由設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)提供給加工企業(yè)的完整幕墻控制模型作為深化設(shè)計(jì)依據(jù)，該模型包括每一個(gè)折板玻璃幕墻單元的控制框架邊界這個(gè)幕墻設(shè)計(jì)控制模型包含著每個(gè)幕墻折板單元與周邊控制信息的衍生關(guān)系，控制幕墻折板單元的位置及輪廓，提供每個(gè)幕墻折板單元唯一的坐標(biāo)、尺寸。這些信息為后續(xù)幕墻企業(yè)的深化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。2.模型數(shù)據(jù)的擴(kuò)展與加工對(duì)接幕墻加工企業(yè)在設(shè)計(jì)控制模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，需要為每個(gè)幕墻折板單元增加鋼框架、鋁龍骨、外側(cè)裝飾鋁板、裝飾百葉、玻璃、裝飾扣蓋、內(nèi)側(cè)裝飾鋁板、開(kāi)啟等構(gòu)件信息。所有幕墻折板單元的構(gòu)件總數(shù)達(dá)數(shù)十萬(wàn)，均為異形構(gòu)件，且各不相同，其加工數(shù)據(jù)量達(dá)到百萬(wàn)數(shù)量級(jí)。如此多的構(gòu)件及數(shù)據(jù)量，無(wú)法靠手工加工完成。加工企業(yè)自主研發(fā)、編寫了一套二級(jí)程序系統(tǒng)——鳳凰中心數(shù)據(jù)信息生成系統(tǒng)。一方面，該程序系統(tǒng)通過(guò)控制單元板塊各個(gè)構(gòu)件之間的構(gòu)造邏輯關(guān)系，自動(dòng)完成所有折板幕墻單元的生成功能，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)控制模型到深化設(shè)計(jì)模型的升級(jí)。另一方面，加工企業(yè)通過(guò)該程序系統(tǒng)，自動(dòng)完成從模型中提取幕墻工程加工、安裝數(shù)據(jù)信息的工作，為數(shù)控加工創(chuàng)造了條件。圖12從設(shè)計(jì)控制模型數(shù)據(jù)到