基于Revit平臺的復雜建筑BIM應(yīng)用–重慶國際馬戲城

1、北京市建筑設(shè)計研究院有限公司（BIAD）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、民用建筑設(shè)計、室內(nèi)裝飾設(shè)計、園林景觀設(shè)計、建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計、工程概預算編制、工程監(jiān)理、工程總承包等領(lǐng)域。自1949年成立以來，累計完成建筑設(shè)計面積已超過1.5億平方米，從1977年至今，設(shè)計作品獲得各類獎項總計1166項，曾被北京市政府授予“首都建筑設(shè)計突出貢獻設(shè)計研究單位”榮譽稱號。在全國各地設(shè)有12個分支機構(gòu)，建筑設(shè)計作品遍及全國31個省市自治區(qū)。案例：重慶國際馬戲城相關(guān)軟件及解決方案：Autodesk Revit ArchitectureAutodesk Revit StructureAut

2、odesk Revit MEPAutodesk NavisworksAutoCAD客戶證言：對于形體復雜、空間復雜、功能和性能復雜的建筑項目來說，如果沒有三維造型和 HYPERLINK / t _blank BIM技術(shù)的出現(xiàn)，基本上將無法完成?？梢哉f， HYPERLINK / t _blank BIM技術(shù)的出現(xiàn)推動了建筑創(chuàng)作，同時也成為了藝術(shù)創(chuàng)作的原始驅(qū)動。北京市建筑設(shè)計研究院有限公司總經(jīng)理 徐全勝從最初的時尚標簽到追逐技術(shù)領(lǐng)先，BIM應(yīng)用即將走過炫耀的年代，返璞歸真的蛻變后，留給我們的是它強勁的革命性和簡單的實用性。北京市建筑設(shè)計研究院有限公司 第四設(shè)計所4A2工作室主任 張浩BIM所帶來的

3、不僅是技術(shù)上的變革，而且是設(shè)計方法和項目控制上的革新，它帶來的最直觀的利益是提高了設(shè)計的準確度和預見性，從而提高了業(yè)主對設(shè)計單位的信任度。北京市建筑設(shè)計研究院有限公司第四設(shè)計所4A2工作室副室主任 陳文青案例正文：重慶國際馬戲城基于Revit平臺的復雜建筑BIM應(yīng)用項目概況重慶國際馬戲城位于重慶市主城區(qū)彈子石組團A標準分區(qū)，總用地面積3.333公頃，總建筑面積3.72萬平方米。建筑功能包括主表演館、配套服務(wù)設(shè)施、動物馴養(yǎng)用房、辦公公寓等四個部分，是重慶十大文化建筑之一。方案設(shè)計理念來源于馬戲表演動靜和諧、亦真亦幻的效果呈現(xiàn)。造型中兩條扭動流轉(zhuǎn)的曲線契合了重慶山環(huán)水繞的城市景觀與自然肌理，隱喻連

4、綿起伏的群山與曲轉(zhuǎn)流長的長江，以其獨特的外觀效果成就了建筑自身的標志性。圖1 重慶國際馬戲城沿江效果圖主表演館建筑面積為21847平方米，建筑高度49.78米，座位數(shù)1489座。主表演館的建筑形態(tài)通過兩組空間曲線生成兩片相互包裹的曲面，圍合出馬戲劇場的主要空間。內(nèi)側(cè)曲面圓潤、飽滿，外側(cè)曲面舒展平緩，自然延伸為屋面飄帶，與售票亭、餐飲、零售等商業(yè)設(shè)施有機的融合在一起。圖2 重慶國際馬戲城主表演館效果圖項目挑戰(zhàn)及解決方案鑒于重慶國際馬戲城項目的復雜性和重要性，在設(shè)計合同簽定時業(yè)主明確提出：要求設(shè)計單位交付BIM成果模型，標準是要求模型能進行施工指導和定位。北京市建筑設(shè)計研究院有限公司（簡稱“北京院

5、”）在該項目中實現(xiàn)了由方案設(shè)計到施工圖全過程全專業(yè)的 HYPERLINK / t _blank BIM技術(shù)應(yīng)用，目前已完成施工圖設(shè)計。重慶國際馬戲城項目的技術(shù)挑戰(zhàn)包括：以Autodesk Revit軟件為基礎(chǔ)，建立建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備、電氣全專業(yè)三維模型；將CATIA軟件建立的參數(shù)化外幕墻模型與Autodesk Revit軟件建立的室內(nèi)模型整合為一體，形成完整的建筑信息模型；利用三維信息模型輔助設(shè)計，進行各專業(yè)定性分析與定量計算；利用三維信息模型與相關(guān)分包設(shè)計單位進行技術(shù)配合。基于以上挑戰(zhàn)，重慶國際馬戲城項目組建立了專門的BIM設(shè)計小組，在初步設(shè)計和施工圖設(shè)計階段，完成了模型建立、復雜空間分析、功

6、能優(yōu)化設(shè)計、幕墻優(yōu)化設(shè)計、管線綜合設(shè)計等一系列工作。全專業(yè)BIM模型在方案設(shè)計階段，應(yīng)用Rhinoceros軟件將手工工作模型快速轉(zhuǎn)化為計算機模型，并借助計算機模型對方案進行造型推敲、曲面優(yōu)化、視線分析、面積控制，完成由感性創(chuàng)意到理性設(shè)計的回歸。圖3 方案階段模型在初步設(shè)計和施工圖階段，將CAD圖紙導入Autodesk Revit軟件中，建立重慶國際馬戲城項目的全專業(yè)模型。整個項目模型分為建筑結(jié)構(gòu)模型、設(shè)備模型（暖通空調(diào)、給排水、消防系統(tǒng)）、電氣模型（強弱電橋架）、場地模型等4個模型文件，通過Autodesk Revit軟件的“復制、監(jiān)視”功能實現(xiàn)各模型之間的實時信息更新。通過三維模型的建立，

7、設(shè)計師能夠直觀準確地理解復雜的建筑空間，最大限度地彌補了二維設(shè)計的缺陷和不足，直接指導施工，準確表達設(shè)計意圖。圖4 重慶國際馬戲城主表演館Revit模型外幕墻的優(yōu)化與表達馬戲城主表演館外幕墻是復雜的雙軌曲線曲面，在方案深化設(shè)計中，使用CATIA軟件建立外幕墻模型，包括幕墻金屬板、幕墻龍骨、結(jié)構(gòu)圈梁、弧形結(jié)構(gòu)柱等與幕墻曲面相關(guān)的各項內(nèi)容，通過Rhinoceros軟件將其導入Autodesk Revit模型，整合為一個整體。圖5 主表演館外幕墻模型圖6-1 主結(jié)構(gòu)柱模型 圖6-2 幕墻圈梁模型圖6-3 幕墻龍骨模型 圖6-4 幕墻模型幕墻模型建立后，對曲面平滑度進行分析，通過不斷優(yōu)化生成曲線，最終

8、獲得無曲率突變、光滑度較高的外幕墻曲面，并對曲面曲率進行分區(qū)間統(tǒng)計，為幕墻深化提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。圖7 曲面曲率分析根據(jù)建筑外觀效果，通過斜向菱形網(wǎng)格對外幕墻曲面進行劃分，并通過控制曲面面板的最小尺寸和最大尺寸，由軟件自動完成曲面劃分，建筑師對多次劃分后的外觀效果進行比選，確定最終劃分方式。圖8 對外幕墻曲面進行分格對幕墻曲面劃分后獲得的每一塊面板都是雙曲板，并且沒有兩塊面板是完全一樣的曲面，若按照劃分結(jié)果直接進行面板施工，將會使幕墻造價異常高昂。建筑師通過軟件統(tǒng)計每一塊曲面板最高點及角點到平面的距離，確定合理的優(yōu)化程度，將60%的雙曲板優(yōu)化為平板，其余全部優(yōu)化為單曲板，在保證建筑整體效果的前提下，

9、大大降低了工程造價。圖9 將滿足條件的雙曲面板優(yōu)化為平板利用強大的信息統(tǒng)計功能，對每一塊幕墻面板進行編號，并對其定位坐標、顏色、材質(zhì)、開洞數(shù)量、開洞尺寸和開洞位置等信息進行統(tǒng)計梳理，為指導施工提供了可靠的數(shù)據(jù)信息。圖10 幕墻面板信息統(tǒng)計表BIM模型輔助復雜空間設(shè)計劇場類建筑在觀眾席下部、前廳、舞臺等部位會形成一些復雜的異型空間，此類空間的合理性和可利用性需要借助三維模型分析得出結(jié)論。馬戲城主表演館的前廳與觀眾廳之間通過一道弧形墻進行分隔，它既是結(jié)構(gòu)構(gòu)件也是造型元素，同時還是主表演館前廳的設(shè)計亮點。這道弧形墻的定位受到多個條件的制約：首先，弧形墻在一層平面的位置要保證售票、存衣、零售空間的合理

10、寬度；其次，弧形墻在二層空間的曲線要滿足觀眾走廊的有效通行寬度與高度，避免產(chǎn)生壓抑感；再次，弧形墻與外幕墻的交點要位于屋面結(jié)構(gòu)之下。借助Autodesk Revit模型能夠同時生成多個平面與剖面的特點，建筑師能夠快速準確地獲得滿意的曲面定位，保證前廳最終的空間效果。圖11 主表演館前廳弧墻模型圖12 主表演館前廳弧墻限制條件-1（弧形墻在一層平面的位置要保證售票、存衣、零售空間的合理寬度）圖12 主表演館前廳弧墻限制條件-2（弧形墻在二層空間的曲線要滿足觀眾走廊的有效通行寬度與高度）圖12 主表演館前廳弧墻限制條件-3（弧形墻與外幕墻的交點要位于屋面結(jié)構(gòu)之下）在方案深化過程中，結(jié)構(gòu)、設(shè)備、電氣

11、等專業(yè)需要應(yīng)用各自專業(yè)的分析軟件對建筑方案進行定性分析與定量計算，BIM模型能夠與其他專業(yè)軟件進行文件格式轉(zhuǎn)換，模型中所攜帶的大量信息數(shù)據(jù)也能夠與其他軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，避免了傳統(tǒng)設(shè)計過程中各專業(yè)要多次建立各種文件格式建筑模型的重復性工作，提高了設(shè)計師的工作效率。結(jié)構(gòu)設(shè)計中借助AutoCAD將Autodesk Revit模型導入Fluent軟件，對建筑進行風荷載數(shù)值模擬，確定實際風壓分布，為結(jié)構(gòu)和幕墻設(shè)計提供準確依據(jù)。同時應(yīng)用SAP2000、Midas等結(jié)構(gòu)計算軟件，對建筑主體結(jié)構(gòu)進行結(jié)構(gòu)變形分析，根據(jù)計算結(jié)果修正Autodesk Revit模型，為建筑和機電專業(yè)的深化設(shè)計提供條件。復雜結(jié)構(gòu)節(jié)點

12、采用CATIA建模，將CATIA模型導入ANSYS Workbench 14進行節(jié)點分析，根據(jù)計算結(jié)果進行節(jié)點三維放樣，對二維設(shè)計進行優(yōu)化。以屋架鋼架節(jié)點為例，在三維放樣模型中進行了五項內(nèi)容的優(yōu)化：一是將原設(shè)計的一個支座修改為兩個支座，方便鋼結(jié)構(gòu)加工，同時傳力更清晰；二是優(yōu)化灌漿孔位置和尺寸；三是修改埋件角鋼形狀和數(shù)量以利穿筋；四是修改穿筋形式，將整段箍筋分成2段，方便施工；五是優(yōu)化鋼筋彎折形式并調(diào)整鋼筋排布和規(guī)格。圖13 屋面鋼架節(jié)點三維放樣模型消防設(shè)計中利用Autodesk Revit模型模擬多個標高的消防水炮保護范圍，校核水炮放置位置，利用最少數(shù)量的消防水炮實現(xiàn)最大范圍的保護。圖14 消

13、防水炮保護范圍模擬主表演館觀眾廳與舞臺之間無物理分隔，需要借助舞臺馬道的構(gòu)造布置照明燈具。 借助Autodesk Revit模型準確的空間數(shù)據(jù)信息，采用CalcuLux Area照明設(shè)計軟件對觀眾廳進行分析，得出合理的燈具布置及燈具設(shè)計參數(shù)。管線綜合設(shè)計與碰撞檢查管線綜合設(shè)計與碰撞檢查的目的是避免碰撞，解決各專業(yè)間的沖突，明確管線標高以及輔助確定施工順序等。傳統(tǒng)二維設(shè)計中的管線綜合設(shè)計是通過繪制關(guān)鍵點剖面圖進行各專業(yè)間的協(xié)調(diào)，而在三維設(shè)計中則可以利用BIM模型直接反映各專業(yè)條件，利用Autodesk Navisworks軟件進行碰撞檢查，使得進行管線綜合設(shè)計的效率大大提升。馬戲城主表演館的機電

14、用房主要集中在地下一層與地下二層，涉及到的機電管線包括通風空調(diào)系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、消防水系統(tǒng)、強弱電系統(tǒng)等。利用三維模型進行碰撞檢查時會產(chǎn)生大量碰撞錯誤，為使碰撞檢查結(jié)果清晰明確，對土建結(jié)構(gòu)與機電系統(tǒng)、機電系統(tǒng)之間分別進行碰撞檢查。“硬碰撞”即時進行調(diào)整和修改，對結(jié)構(gòu)管道所進行的列表說明無需在圖紙中表示出來，便于下一步指導施工。圖15-1 地下一層結(jié)構(gòu)梁與空調(diào)風管碰撞 圖15-2 地下一層空調(diào)風管與電氣橋架碰撞應(yīng)用BIM模型進行外部配合作為大型綜合性劇場項目，重慶國際馬戲城在施工圖完成過程中需要進行消防性能化設(shè)計、節(jié)能審查、舞臺機械設(shè)計、園林設(shè)計、內(nèi)部精裝修設(shè)計等專項設(shè)計，這些專項設(shè)

15、計由專業(yè)設(shè)計公司配合完成，而設(shè)計單位提供的BIM模型能夠為專項深化設(shè)計提供準確的數(shù)據(jù)條件，使專項設(shè)計能夠快速展開，并與設(shè)計單位密切配合。由于主表演館的觀眾區(qū)與舞臺區(qū)無法進行分隔，設(shè)計單位委托公安部四川消防研究所（“川消所”）進行消防性能化設(shè)計。川消所使用火災(zāi)情況模擬軟件DFS和疏散模擬軟件STEPS對主表演館進行火災(zāi)模擬和疏散分析，需要設(shè)計方提供準確的建筑三維模型。設(shè)計方將Autodesk Revit模型導出為.dxf文件，利用Pyrosim軟件與DFS軟件實現(xiàn)無縫對接，配合川消所完成了消防性能化設(shè)計。圖16-1 .dxf文件直接導入Pyrosim工具圖16-2 添加火災(zāi)參數(shù)條件生成.fds文件進行模擬計算圖16-3 火災(zāi)模擬及煙氣分析成果馬戲劇場中舞臺機械較普通劇場更為復雜，舞臺區(qū)上方除常規(guī)馬道外還需要設(shè)置與表演區(qū)和觀眾區(qū)大小相同的多層柵頂，以及表演需要的多處飛行器設(shè)施。這些舞臺機械設(shè)計與建筑主體結(jié)構(gòu)聯(lián)系緊密，而馬戲城主表演館內(nèi)部空間和屋頂鋼結(jié)構(gòu)體又較為復雜，舞臺機械設(shè)計方需要多個非樓層標高平面和多個位置的剖面才能將舞臺機械的設(shè)計內(nèi)容表達清楚。設(shè)計單位利用Autodesk Revit模型可以隨時剖切出不同標高的平面和不同位置的剖面，滿足舞臺機械設(shè)計需求，并提供相應(yīng)角度的剖透視幫助舞臺機械設(shè)計方理解空間關(guān)系。圖17-1 提供給舞臺機械設(shè)計方的剖面圖圖