BIM數(shù)字科技助力鳳凰中心設計案例

圖1鳳凰中心全景北京市建筑設計研究院有限公司（以下簡稱BIAD），是與共和國同齡的大型國有建筑設計咨詢機構。業(yè)務范圍包括：城市規(guī)劃、投資策劃、大型公共建筑設計、民用建筑設計、室內裝飾設計、園林景觀設計、建筑智能化系統(tǒng)工程設計、工程概預算編制、工程監(jiān)理、工程總承包等領域。BIAD自成立以來的60年中，始終致力于向社會提供高品質的設計服務，在行業(yè)中享有極高聲譽，并逐漸形成了“建筑服務社會”的企業(yè)核心理念。

目前，公司具備了以下資質：工程設計行業(yè)甲級、城鄉(xiāng)規(guī)劃設計甲級、工程咨詢甲級、工程造價咨詢甲級、旅游規(guī)劃設計甲級、風景園林工程設計甲級、環(huán)境工程（物理污染防治工程）甲級。項目概況鳳凰中心項目位于北京朝陽公園西南角，占地面積1.8公頃，總建筑面積7.2萬平方米，建筑高度55米。除媒體辦公和演播制作功能之外，建筑安排了大量對公眾開放的互動體驗空間，以體現(xiàn)鳳凰傳媒獨特的開放經(jīng)營理念。建筑的整體設計邏輯是用一個具有生態(tài)功能的外殼將具有獨立維護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。在東西兩個共享空間內，設置了連續(xù)的臺階、景觀平臺、空中環(huán)廊和通天的自動扶梯，使得整個建筑充滿著動感和活力。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、轉角以及和朝陽公園形成和諧的關系。建筑由兩座單體建筑和一個極富表現(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人的空間，被莫比烏斯環(huán)所環(huán)繞的鳳凰廣場是建筑體量的核心，它被巨大而飛舞的鋼結構圍合，連接著西側的城市主干路與東側的朝陽公園湖濱綠地，是一處可向公眾開放的公共空間。而一條由地面至空中，環(huán)繞貫穿于建筑內部的公眾體驗流線，真正實現(xiàn)了鳳凰國際傳媒中心在建筑空間上的豐富與開放。公眾可從拱橋拾級而上，到達演播樓二層的開放平臺，由開放平臺回望西中庭，它被流暢交錯的鋼結構包裹，形成了既恢弘又動感的空間氛圍，它同時緊鄰城市干道，使通透、高大、變幻的室內空間展現(xiàn)在城市人群面前。沿二層平臺向東，參觀1200㎡演播制作大廳之后，公眾可到達演播樓樓頂?shù)男蓓臻g，巨大的平臺被鋼結構和坡起的體量環(huán)繞，創(chuàng)造出寬敞的休閑空間。隨后沿平臺走向緊鄰朝陽公園湖面的東中庭，它既是兩座主樓重要的交通聯(lián)系、極佳的觀景點，更是鳳凰開放的公共體驗空間中建筑藝術表現(xiàn)力的高潮。盤桓蜿蜒的環(huán)形坡道連接著入口大廳，而通天扶梯則直達辦公樓頂層。辦公樓頂層是建筑的制高點，也是一處風景絕佳的眺望場所，向南可遙望CBD壯闊的城市景觀，向北可俯瞰朝陽公園的開闊湖面與成蔭綠林。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“創(chuàng)新、開放、融合”的媒體所應具有的建筑精神。圖2鳳凰中心營造豐富的室內空間

圖3鳳凰中心與環(huán)境協(xié)調融合項目難點由于獨特的創(chuàng)意構思，建筑具有了復雜的三維形體，這為建筑的深化設計和施工提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。隨著大量前所未有技術難題的涌現(xiàn)，傳統(tǒng)的建筑設計方法與設計工具已經(jīng)不足以應對復雜形體的深化控制。解決方案本項目開創(chuàng)性的大量運用了三維數(shù)字化技術，是國內首次運用三維數(shù)字技術進行全面的、大規(guī)模建筑實踐的案例。三維技術應用在概念方案深化，建筑體型邏輯加工，結構設計，表皮構造設計等方面，同時利用建筑信息模型以及參數(shù)化編程控制技術生成了無法逐一繪制的技術信息，完成了常規(guī)技術無法實現(xiàn)的設計成果。三維數(shù)字技術的運用實現(xiàn)了設計成果的矢量化與精確化，并且進行智能化的調整和修正，優(yōu)化了工程的生產(chǎn)、建造與運行工序。高精度數(shù)字軟件支持數(shù)字技術的價值在建筑設計創(chuàng)作中的體現(xiàn)，是提供一個探討有效的、設計控制方法的平臺，將復雜形體建筑超越形式的高品質和高精度在實際的工程階段得以實施。本案利用多種高精度三維設計軟件將所有的可視元素在BIM模型中進行了表達和驗證，虛擬化的建筑元件在幾何尺寸和形式上具有與真實建筑構件1:1的足尺比例關系，并且包含了建筑材料、重量等非幾何信息。從深度上講，建筑的構件得到了完整的表達并達到了航空、汽車制造業(yè)的數(shù)據(jù)精度。多層次數(shù)字團隊建構在數(shù)字團隊構建上，其人員主要來自兩個方面：一方面是能夠掌握數(shù)字化軟件，能夠勝任復雜形體處理工作的建筑、結構、機電設計師。通過建立一套“三維協(xié)同”設計規(guī)則，使大家可以在同一個平臺上共同工作。另一方面，對于一些十分專業(yè)化的數(shù)字化工作，如計算機編程則由專業(yè)化的顧問公司提供專項咨詢服務。此外，鳳凰項目數(shù)字化設計團隊中還包括后續(xù)深化設計階段、數(shù)十個國內頂級生產(chǎn)廠商及設備廠商。全新的工作模式“三維協(xié)同”是數(shù)字化帶來的全新工作模式，他的實現(xiàn)依賴于BIM技術的運用。在三維協(xié)同狀態(tài)下，建筑師、結構、機電工程師可以基于同一個全信息建筑模型完成設計成果的交流與傳遞。各類配合問題可以在第一時間被發(fā)現(xiàn)，并在直觀可視的狀態(tài)下完成團隊內部的溝通、討論、決策，及時保證設計成果的高度整合性。更為重要的是，基于“建筑系統(tǒng)”劃分構建的“三維協(xié)同”工作方式的原則，有效建立起了一個完整的、劃分和整合工作邊界的依據(jù)。不僅可以滿足各個設計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格控制的建筑系統(tǒng)均達到足夠的設計深度。這種方式使鳳凰中心項目真正實現(xiàn)了虛擬建造，使工程后續(xù)的生產(chǎn)、建造與運行工序大大受益，甚至帶動了整個建筑產(chǎn)業(yè)鏈的升級和發(fā)展?；趨?shù)化技術的幾何控制系統(tǒng)參數(shù)化技術為幾何控制系統(tǒng)的建構提供了靈活的控制途徑。通過預設參數(shù)、調試參數(shù)的方式建構參數(shù)模型，在動態(tài)調整中穩(wěn)定建筑信息模型理想的幾何控制關系。鳳凰中心南側包裹的辦公主樓從一個順滑的“主樓基面”發(fā)展為包含多層次建筑構件信息的實體，經(jīng)過了嚴密的、多層級參數(shù)調控過程。我們由建筑“基礎控制面”推導出“主樓基面”，再由“主樓基面”定義完整的主樓梁、板、柱結構幾何控制線，最后以結構幾何控制線為基礎加入建筑裝修幾何控制系統(tǒng)。通過多層級的幾何定義和參數(shù)調控得到的設計成果，為高精度的工程實施奠定了堅實的控制基礎。

圖4由“基礎控制面”推導出“主樓基面”圖5由“主樓基面”得到主樓結構幾何控制線、結構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)化預設和調控過程高精度的數(shù)據(jù)信息鳳凰項目利用的

BIM技術，是在虛擬環(huán)境中對建筑進行信息模擬的數(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二維圖紙的信息轉換，而直接在三維數(shù)字平臺中進行復雜形體建筑的創(chuàng)建和調整。對于復雜形體建筑中存在的、眾多二維表達所不能描述的復雜空間、復雜幾何信息，利用BIM三維可視的特點，可以對其效果進行先期驗證。因此，鳳凰項目的BIM模型是與鳳凰項目的設計、甚至建筑構件的建造、生產(chǎn)同步更新的，使得所有建筑構件的完成效果與模型控制效果一致，這也是BIM技術應用的真正價值所在。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件的數(shù)據(jù)信息均嚴格依據(jù)一套復雜的幾何定義規(guī)則建立，使得這些數(shù)據(jù)信息具有可描述、可調控、可傳遞的特征，為后續(xù)設計優(yōu)化調控和設計信息的準確傳達奠定了基礎?？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矢量化方式得到定義，保證組成圖形的每個幾何元素都具有精確的數(shù)據(jù)信息，這些信息能夠通過條件預設得到有計劃的輸出。圖7主樓結構板邊的優(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，通過參數(shù)預設進行人工控制，以達到理想的設計狀體。鳳凰中心幾何控制系統(tǒng)本身的建構就是基于可調整的參數(shù)化技術完成的。可傳遞的數(shù)據(jù)，指物體被描述的、矢量化幾何信息能夠轉化成為某種通用的格式，成為信息傳遞的前提。在設計過程中，建筑專業(yè)為結構專業(yè)提供外殼鋼結構梁的幾何中心線，作為結構計算模型的基礎，極大的提高了結構計算的精準度。

圖8建筑專業(yè)為結構專業(yè)提供鋼結構梁中心線

圖9結構專業(yè)用建筑控制作為結構計算模型的基礎，極大提高了計算模型的精度BIM協(xié)助設計控制與優(yōu)化高質量的建筑信息模型使建筑師不必再憑借抽象思考進行設計，建筑模型中的復雜關系，尤其是不規(guī)則曲面構件之間的位置關系、比例尺度，都與現(xiàn)實建造保持一致，建筑師可以在虛擬環(huán)境下真實解決建造問題，進行美學推敲和空間體驗。這一技術手段大大提高了復雜形體的設計效率，同時保障了最終設計成果的精度。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)無一相同，優(yōu)化設計中，將支座分成上、下兩部分，通過統(tǒng)一規(guī)則的曲線轉直線切變處理，將連接銷軸控制成2-3類標準的樣式，以便于統(tǒng)一開模鑄造。環(huán)形坡道的找形和優(yōu)化工作也是技術難度較大的工作之一。全長252米的環(huán)形坡道從7米標高爬升到19.6米高的裙房四層。在爬升過程中，先后與外殼鋼結構、主樓及裙房混凝土結構產(chǎn)生搭接關系，同時還要保證環(huán)坡的外型優(yōu)美流暢。裙房內幕墻初始的控制面由復雜的雙曲面構成，為在造價允許范圍內高質量的完成此部分設計控制，建筑師依靠BIM模型的高精準性，對原始的雙曲面進行了板片優(yōu)化的數(shù)據(jù)分析。結合數(shù)據(jù)分析的結果確定了板片優(yōu)化的模數(shù)設置，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，用以直接指導后續(xù)的生產(chǎn)加工和安裝工作。

圖10鋼結構落地支座的優(yōu)化綠色設計理念鳳凰中心的復雜形態(tài)并非一蹴而就，這是基于設計師利用數(shù)字技術手段，對場地條件、規(guī)劃要求、周邊環(huán)境充分分析的結果。利用AutodeskEcotectAnalysis軟件中的仿真和分析功能，輔助綠色設計理念的推進?；贕IS數(shù)據(jù)、衛(wèi)星圖片和地圖，提取場地和地形信息，一鍵式快速建立完整的周邊城市區(qū)域模型。將模型應用于規(guī)劃設計、體量推敲等方面的工作。建筑的室外風環(huán)境模擬為本項目在形態(tài)修正和總平面設計中避免不利街道風，適應場地微生態(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)，結合建筑周邊建筑及狀況，對鳳凰中心的室外風環(huán)境進行模擬計算和分析。改變建造模式的數(shù)字化信息傳遞與對接1.設計控制模型的傳遞作為設計研究工具的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體模型。

圖11由設計團隊提供給加工企業(yè)的完整幕墻控制模型作為深化設計依據(jù)，該模型包括每一個折板玻璃幕墻單元的控制框架邊界這個幕墻設計控制模型包含著每個幕墻折板單元與周邊控制信息的衍生關系，控制幕墻折板單元的位置及輪廓，提供每個幕墻折板單元唯一的坐標、尺寸。這些信息為后續(xù)幕墻企業(yè)的深化設計提供了基礎。2.模型數(shù)據(jù)的擴展與加工對接幕墻加工企業(yè)在設計控制模型的基礎上進行深化設計，需要為每個幕墻折板單元增加鋼框架、鋁龍骨、外側裝飾鋁板、裝飾百葉、玻璃、裝飾扣蓋、內側裝飾鋁板、開啟等構件信息。所有幕墻折板單元的構件總數(shù)達數(shù)十萬，均為異形構件，且各不相同，其加工數(shù)據(jù)量達到百萬數(shù)量級。如此多的構件及數(shù)據(jù)量，無法靠手工加工完成。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)通過控制單元板塊各個構件之間的構造邏輯關系，自動完成所有折板幕墻單元的生成功能，實現(xiàn)從設計控制模型到深化設計模型的升級。另一方面，加工企業(yè)通過該程序系統(tǒng)，自動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從設計控制模型數(shù)據(jù)到