BIM技術(shù)在體育場館中的應(yīng)用研究

1、 HYPERLINK /30831.html BIM技術(shù)在體育場館中的應(yīng)用研究1、新加坡體育中心新加坡體育中心項目作為專門為熱帶地區(qū)設(shè)計的綠色、生態(tài)節(jié)能體育中心采用了BIM技術(shù)。新加坡體育中心定位為國際性比賽場所及大型商業(yè)娛樂中心，可容納55000人，需滿足365天全年無休的運營理念。這個項目的設(shè)計構(gòu)思是將多個體育場館建筑共同搭建在一個統(tǒng)一的大平臺上，整個建筑群涵蓋體育場、多功能體育館和一個室內(nèi)游泳館及水上娛樂中心。項目于2014年完工。作為目前跨度最大的拱形屋頂，在減輕自重使得建筑形式得以實現(xiàn)的同時，節(jié)約用鋼量也是評價一個體育場館設(shè)計是否合理的一項指標(biāo)。由于新加坡已經(jīng)建立了BIM標(biāo)準(zhǔn)，因此其

2、在從設(shè)計到施工的整個過程需要遵守新加坡的BIM設(shè)計守則。整個工程涉及多個建筑單體的協(xié)調(diào)工作，需要建立完整的施工管理制度。但最復(fù)雜的設(shè)計部分還是體育中心的開啟屋頂，作為世界上最大的室內(nèi)體育場館，可開啟屋頂部分設(shè)計復(fù)雜，同時還需要考慮到屋頂?shù)臒艄庠O(shè)計與屋頂運動所產(chǎn)生的技術(shù)問題。BIM技術(shù)在此項目上有以下優(yōu)點：提供施工模型、專業(yè)協(xié)調(diào)、自動形成準(zhǔn)確剖面、進行碰撞檢查及虛擬漫游。此外，由于建立了建筑信息模型，可以更方便、快速地獲得建筑性能分析熱能使用效率及對建筑整個生命周期的分析數(shù)據(jù)。新加坡體育場是世界上采用公用建筑市場化運營方式（PPP）設(shè)計建造的最大體育場。在PPP運營模式下，設(shè)計建造的部分由私營部

3、門的合作伙伴設(shè)計和制造基礎(chǔ)設(shè)施，而在滿足公共部門合作伙伴的規(guī)范前提下，整體設(shè)計建造部分的價格往往是固定的。因此，對于負(fù)責(zé)此建筑設(shè)計的Arup公司來說，使用BIM進行體育場館設(shè)計的益處很多。Arup公司在新加坡體育中心設(shè)計中采用了達索公司CATIA和蓋里科技DigitalProject及MicrosoftOffice2007進行建筑設(shè)計。CATIA3D模型可以通過Excel2007控制模型中的數(shù)據(jù)信息，幫助建筑師很快將結(jié)構(gòu)反饋信息加入到已有的建筑模型中，加快模型修改速度，同時更新模型可以迅速反饋給其他相關(guān)專業(yè)設(shè)計人員。此外，針對可能會重復(fù)設(shè)計同一類型建筑的情況，可以創(chuàng)建一個設(shè)計資料庫，當(dāng)進行類似

4、項目設(shè)計時可直接利用原有信息確定建筑場地、座位等基本信息，大大節(jié)省設(shè)計時間，提高設(shè)計精確性。使用CATIA及DigitalProject的另外一個優(yōu)點是，能夠在設(shè)計階段確定幕墻的施工單位，使幕墻設(shè)計更早介入到整個建筑設(shè)計過程中，在設(shè)計后期，幕墻公司就可以利用Arup公司提供的BIM模型加工幕墻，在提高設(shè)計精度的同時，也節(jié)約現(xiàn)場加工的時間及人力成本。2、英杰華體育場英杰華體育場也被稱為“蘭斯當(dāng)路體育館”，位于愛爾蘭的都柏林，于2010年啟用，是愛爾蘭境內(nèi)唯一的歐洲足聯(lián)五星級足球場。英杰華體育場為愛爾蘭國家足球隊主場球場，于2007年開始建造，2010年完工并啟用，全坐席可容50000名觀眾同時觀

5、看比賽。體育場的頂部設(shè)計為波浪形。由于體育場表皮設(shè)計的復(fù)雜性及在限制條件下需要不斷調(diào)整的要求，設(shè)計師開發(fā)出一種以使用Bentley公司軟件GC建立的參數(shù)化模型為中心的協(xié)同工作方式。參數(shù)化的設(shè)計方式意味著體育場的幾何形態(tài)可以通過參數(shù)來控制，方案改變時不再需要手動修改和重建模型。1參數(shù)化方法的技術(shù)實現(xiàn)采用參數(shù)數(shù)據(jù)、靜態(tài)幾何體、GC腳本文件實現(xiàn)外圍形式的3D參數(shù)化模型。參數(shù)或數(shù)值數(shù)據(jù)對應(yīng)著從原始犀牛模型中提取的表面控制點位置，參數(shù)提取后存儲在Excel電子表格中，數(shù)值數(shù)據(jù)通過腳本代碼輸進GC中，復(fù)制原來的犀牛模型和自動更新原始數(shù)據(jù)點的任何變化。方案組創(chuàng)造出一個基于控制曲線的圖形操作系統(tǒng)，以便輕松控制

6、模型整體形狀，同時將原始模型進一步完善，進而確定整體的幾何形狀?？刂葡到y(tǒng)與附加的全局限制因素相結(jié)合形成表皮的最終形態(tài)，然后再解決與體育場核心部分的沖突。外層表皮和結(jié)構(gòu)的幾何定義出發(fā)點是控制屋頂?shù)谌龑咏Y(jié)構(gòu)元素位置的垂直平面陣列，平面定位于參數(shù)化控制的路徑曲線和體育場徑向結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的交點。結(jié)構(gòu)支架定義在每對平面之間。對于一個有著獨特界面的外殼來說，每個平面都是一個空間參照物，之后它被提取并轉(zhuǎn)換成二位截面圖。2結(jié)構(gòu)分析與反饋在設(shè)計的發(fā)展過程中，體育場外圍護的建筑模型要經(jīng)過多次反復(fù)修改，因此有必要建立一個關(guān)于設(shè)計意圖的有效交流機制。項目最具挑戰(zhàn)性的方面之一就是將工程分析納入?yún)?shù)化工作流程中。為此，采用C

7、#語言通過其應(yīng)用程序編程接口（API）擴展了GC的內(nèi)部功能而編寫出一個支持參數(shù)模型和結(jié)構(gòu)分析軟件的集成的自定義應(yīng)用程序，能將GC參數(shù)模型信息直接傳輸?shù)浇Y(jié)構(gòu)分析軟件中。程序自動指定模型中的每個結(jié)構(gòu)元素截面尺寸。完全參數(shù)化的系統(tǒng)能夠根據(jù)建筑師主導(dǎo)的原則和初始概念機構(gòu)生成整體體育場屋頂結(jié)構(gòu)模型，還能自動生成準(zhǔn)備用于分析的數(shù)據(jù)文件，不需要人工干預(yù)。3外殼細(xì)部設(shè)計表層設(shè)計由緊隨體育場外殼曲率的聚碳酸酯百葉板陣列組成。表層的初始設(shè)計在GC中讓面板組建沿著邊界層表皮參數(shù)化生成。面板寬度不變，長度在面板制造商的限定長度中可變。以這種方式，每塊面板的走向和尺寸都由軟件自動調(diào)整，以適應(yīng)外殼的曲率變化。由于覆蓋層模

8、型尺寸過大及所需組件數(shù)量巨多，試圖建立整個體育場外殼的完全參數(shù)模型很不現(xiàn)實，因此采用拆分策略解決這一問題。把整個體育場外殼（主模型）拆分成小的子模型，并將附著在第三級桁架上的結(jié)構(gòu)支撐定位四層板寬。以這種方式，超大尺寸參數(shù)模型處理困難的問題通過切分成小的可管理部分而得以解決。后評價在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，通過自定義集成的參數(shù)化模型和結(jié)構(gòu)分析的應(yīng)用，可以解決復(fù)雜模型搭建與修改時用人工處理費時易出錯的問題。設(shè)計分析反饋周期大幅縮減，體現(xiàn)出開發(fā)此自定義應(yīng)用程序的效果。在建筑方面，運用參數(shù)化模型受益匪淺。通過詳細(xì)的生成和測試所有候選方案實現(xiàn)了外殼面層的設(shè)計目標(biāo)。通過參數(shù)化模型及其支持的建筑師和制造商之間的合作，

9、使得高工程價值的面層系統(tǒng)得以優(yōu)化生產(chǎn)并以低成本安裝。3、Avia體育場Avia體育場建成于2010年，可容納50000人，由擅長體育建筑設(shè)計的Populous（前身HOKSport公司）完成，是第一座完全依靠參數(shù)化設(shè)計手段完成的體育場館。整個設(shè)計希望成為當(dāng)?shù)氐臉?biāo)志性建筑，同時建筑本身又要與周邊環(huán)境相融合。Avia體育場設(shè)計采用一個自由的曲線形態(tài)，應(yīng)用Bentley公司的GC軟件進行設(shè)計，采用多方案比較方法獲得對周邊環(huán)境遮擋最少的形體。此外，采用透明材料表皮，以獲得更多陽光，使得建筑本身能夠更好地融合于周邊環(huán)境中。設(shè)計試圖將屋頂結(jié)構(gòu)和建筑立面組成一個完整形體，并包裹在主體結(jié)構(gòu)外面，打破傳統(tǒng)體育場

10、館屋面結(jié)構(gòu)與外立面分離的設(shè)計方法。整個設(shè)計方案建立的過程是：首先在Rhino建立3D模型，利用3D模型快速建立形體并獲得最適合的平面形態(tài)。一旦這個形式得到認(rèn)可，就會在GC里建立一個基本模型，再通過在Rhino中得到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入生成GC腳本，并由此腳本生成新的模型。而在GC中生成的模型具有很強的可修改性，由結(jié)構(gòu)工程師進行優(yōu)化，并將結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)導(dǎo)入模型。這樣在同一個模型中，建筑師負(fù)責(zé)表皮和建筑形態(tài)設(shè)計，而結(jié)構(gòu)工程師則在這個模型上面對結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸和位置進行調(diào)整。這時所有參數(shù)的調(diào)整、模型的信息都存儲在一個Excel表格里。結(jié)構(gòu)工程師只需將調(diào)整好的數(shù)據(jù)輸入，建筑師所使用的模型就會及時得到更新。同時，幕墻顧問公司和建筑師通過統(tǒng)一的建筑模型進行研究，分析實際建造中有關(guān)幕墻板材尺寸的問題，并在SolidWork中以原模型的結(jié)構(gòu)中心線作為基礎(chǔ)，建立更為細(xì)致的幕墻節(jié)點模型，并再次對幕墻設(shè)計進行優(yōu)化。正是通過對參數(shù)模型的分析，計算出體育場幕墻最小厚度不是設(shè)計時選擇的8mm厚聚碳酸酯板，而可以采用3mm厚聚碳酸酯板代替，這樣整體屋頂材料的質(zhì)量可以從200t減少到80t，從而使材料的造價成本降低到原來的60%。通過應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計及BIM技術(shù)，Avia體育場項目最終節(jié)約了約350萬美金。此外，通過建立BIM模型，還可以對Avia體育場進行能源分析，進而實現(xiàn)節(jié)能、建設(shè)環(huán)境友好型體育