紹興體育中心體育場的BIM應(yīng)用分析

北京市建筑設(shè)計(jì)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(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。自1949年成立以來，累計(jì)完成建筑設(shè)計(jì)面積已超過1.5億平方米，從1977年至今，設(shè)計(jì)作品獲得各類獎(jiǎng)項(xiàng)總計(jì)1166項(xiàng)，曾被北京市政府授予“首都建筑設(shè)計(jì)突出貢獻(xiàn)設(shè)計(jì)研究單位”榮譽(yù)稱號(hào)。在全國各地設(shè)有12個(gè)分支機(jī)構(gòu)，建筑設(shè)計(jì)作品遍及全國31個(gè)省市自治區(qū)。案例：紹興體育中心體育場相關(guān)軟件及解決方案：AutodeskRevitArchitectureAutodeskRevitStructureAutodeskRevitMEP丙A分u鞋t戲o豐d坡e洗s泥k壽張N碰a買v小i支s授w屬o擇r菌k床s長A釋u化t擱o摔C襖A蓋D財(cái)客奴戶破證使言袍：堡B寧I護(hù)M陪技走術(shù)愉是邪一右種枯新醫(yī)的茂設(shè)究計(jì)街革我命申，刪它皇代爬表完著殃今羊后沒世鉗界交建帳筑盛設(shè)伴計(jì)禽的懸潮驕流瘦。月作謀為敵二戀十忠一閱世夫紀(jì)汽的遭中敗國禍建飼筑貝公蜻司懲必煮須糾學(xué)校習(xí)塔它者、容掌咱握挖它岸、草利面用碰它梯，皇為彈人待類童造編福角。悲—往—床北侍京親市嫌建愛筑煌設(shè)捏計(jì)穴研姓究添院盞有丙限塌公維司允總緒經(jīng)夠理駝徐菊全懼勝稻歐優(yōu)特辜克秀B喜I擴(kuò)M邪軟戀件籮是惠由辮可核視駕化且模姐型浸、比信笛息克技囑術(shù)掛和裝參瑞數(shù)朱化勁設(shè)技計(jì)旱構(gòu)皇成肯的銳，速我鴿們滲將鄭努揀力擾在粘今濤后攤的攪工終作削中鬼把踩這恥三罰方弦面推結(jié)逢合頭的梯更做好研。岸—第—鑼北喉京鹿市份建薪筑殲設(shè)棵計(jì)史研倘究此院客副啞總瓦工娘程討師孟、亦教找授擋級(jí)西高窯級(jí)像工權(quán)程商師斤甘衡明蟲每抹一娘個(gè)性結(jié)稅構(gòu)洲工桶程圣師胳都老需朵要密與禍時(shí)哭俱鐘進(jìn)產(chǎn)，星二姻十勻一綁世捉紀(jì)短的憐中文國芒結(jié)援構(gòu)攔工博程見師口必坡須士在鑼做小好停手憑頭救設(shè)癥計(jì)脂工荷作讀的晌同吧時(shí)理，耕掌泊握攻B準(zhǔn)I訴M灘技光術(shù)樣，秒才暮能樹不碑落菜后使于勻時(shí)撓代矛。厲—弊—依北約京普市亞建嗚筑幼設(shè)鼠計(jì)哀研華究龍?jiān)赫ǜ彼倸v工擋程徹師狡、序教拾授紛級(jí)前高碑級(jí)列工何程怎師少甘故明冊案迫例甜正稻文雁：四紹湯興攤體家育哄中紛心牢體稻育玩場杰的社B結(jié)I姜M式應(yīng)案用嗚項(xiàng)族目巾概夏況紹興體育會(huì)展中心體育場位于紹興市西北的柯北新城，總建筑面積77500平方米，觀眾座位40000席。屋蓋采用活動(dòng)開啟式，開啟面積12350平方米，是國內(nèi)目前可開啟面積最大的開閉式體育場。屋面的投影為橢圓形，長軸260米，短軸200米，整個(gè)屋面由固定和活動(dòng)兩部分組成。活動(dòng)屋面采用平面桁架體系，固定屋面為空間桁架體系，由“井”字型分布的4融條出主捎桁野架牲、吼次伴桁媽架侵和瞎環(huán)限桁墨架牛組勺成莊。泊下基部類混殿凝蠻土喜結(jié)敘構(gòu)物體挨系呈為滿鋼倘筋蔑混高凝祥土均框磚架殼+棋鋼嘩筋溫混宇凝轉(zhuǎn)土眾筒浴，漏混然凝管土歡結(jié)腔構(gòu)董由懂主獲入碧口敬處殺結(jié)存構(gòu)頑縫哪分帝為胡四撕個(gè)績獨(dú)火立宴的辟結(jié)歡構(gòu)太單參元伍。

圖1紹興體育場鳥瞰圖項(xiàng)目挑戰(zhàn)該項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期短，從初設(shè)到施工圖完成共3個(gè)月，體育場可開啟屋蓋面積大，共12350㎡；甲方經(jīng)濟(jì)型要求，體育場鋼屋蓋不超過300Kg/㎡，目前各軟件間通常無法實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的無縫連接，導(dǎo)致大量不必要的重復(fù)工作。解決方案屋蓋體系的參數(shù)化設(shè)計(jì)參數(shù)化是BIM技術(shù)的基礎(chǔ)之一，參數(shù)化技術(shù)的引入使得模型不再僅僅是有固定形狀和屬性的對象，而是被定義了參數(shù)和規(guī)則的幾何形狀以及其他非幾何特性的對象。這些參數(shù)和規(guī)則可以在與其它對象關(guān)聯(lián)時(shí)進(jìn)行表達(dá)，從而可以根據(jù)用戶的控制或變化的環(huán)境實(shí)現(xiàn)對象的自動(dòng)更新。紹興體育場建筑外皮通過Rhino/Grasshopper參數(shù)化建模完成，在外皮基礎(chǔ)上進(jìn)一步完成了屋蓋鋼結(jié)構(gòu)幾何體系的參數(shù)化建立，為鋼結(jié)構(gòu)體系的快速優(yōu)化設(shè)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。屋蓋系統(tǒng)設(shè)計(jì)中利用參數(shù)化模型，大大便捷了方案的修改。第一輪屋蓋結(jié)構(gòu)用鋼量23000噸；第二輪抬高主桁架拱高，用鋼量優(yōu)化至12000噸，建筑師認(rèn)為拱高過高；第三輪將拱高改回第一輪方案，優(yōu)化結(jié)構(gòu)體系，用鋼量13000噸，建筑師認(rèn)為拱高適合，但固定屋蓋位移偏大，對活動(dòng)屋蓋的行走不利；第四輪則增加主要構(gòu)件截面，適當(dāng)提高拱的高度，使用鋼量控制在13000噸，且固定屋蓋位移滿足要求。數(shù)據(jù)庫技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目設(shè)計(jì)工程是一個(gè)建筑信息數(shù)據(jù)流動(dòng)、交換的過程，其中涉及到了各種不同的設(shè)計(jì)軟件。然而目前多種軟件間數(shù)據(jù)信息往往不能實(shí)現(xiàn)流程的交換，造成了反復(fù)的“二次建?！钡某霈F(xiàn)。本工程引入了數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以數(shù)據(jù)庫為媒介實(shí)現(xiàn)了多個(gè)軟件間數(shù)據(jù)信息的自由交換。在紹興體育中心體育場項(xiàng)目中，利用數(shù)據(jù)庫及編制的各軟件接口創(chuàng)建了多個(gè)軟件的BIM模型，如圖2~8所示。

圖2Revit結(jié)構(gòu)模型

圖3下部結(jié)構(gòu)及RevitMEP系統(tǒng)模型

圖4Revit模型平面圖

圖5Revit模型立面圖

圖6Revit模型剖面圖

圖7Revit建筑模型

圖8RevitMEP模型復(fù)雜節(jié)點(diǎn)有限元分析及整體模型動(dòng)力彈塑性分析CATIA的節(jié)點(diǎn)模型可以直接導(dǎo)入ABAQUS進(jìn)行有限元分析，并給出了典型節(jié)點(diǎn)的有限元分析應(yīng)力結(jié)果，通過數(shù)據(jù)接口還可以讀取數(shù)據(jù)庫信息并生成ABAQUS進(jìn)行動(dòng)力彈塑性分析的input文件。Fluent數(shù)值風(fēng)洞模擬，讀取結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)庫的節(jié)點(diǎn)和面單元導(dǎo)入Gambit后，稍作處理即可完成Fluent的前處理模型的建立，共計(jì)算了活動(dòng)屋蓋的七個(gè)狀態(tài)，每個(gè)狀態(tài)分析8個(gè)風(fēng)向角，活動(dòng)屋蓋半開敞45度風(fēng)向角。節(jié)點(diǎn)自動(dòng)化建模利用軟件開發(fā)鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)建模系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了鋼結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)模型的自動(dòng)化批量創(chuàng)建，利用數(shù)據(jù)庫及自編程序自動(dòng)創(chuàng)建各節(jié)點(diǎn)模型，并通過將生成的節(jié)點(diǎn)模型與鋼結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行了裝配，搭建完成了細(xì)節(jié)化的鋼結(jié)構(gòu)BIM模型。施工圖繪制目前設(shè)計(jì)成果的最終提交方式仍然是以二維圖紙為基礎(chǔ)的，所以仍然需要將已創(chuàng)建的三維模型轉(zhuǎn)變成二維信息?，F(xiàn)代的建筑常常會(huì)有非常復(fù)雜的造型，這些建筑的立面圖、剖視圖、平面圖通過傳統(tǒng)的繪圖方式是無法直接繪制完成的，而由于已經(jīng)建立了三維模型，再利用軟件自動(dòng)生成二維信息，然后按照制圖要求稍作處理即可完成各種工程圖的繪制。其中除注釋內(nèi)容需要設(shè)計(jì)人員在二維圖紙中手工添加外，圖形及尺寸標(biāo)注均可由系統(tǒng)自動(dòng)生成，并且所出的圖紙保證了更高的精確性和一致性，因而可以顯著提高設(shè)計(jì)人員的工作質(zhì)量和效率。材料算量傳統(tǒng)方法的鋼結(jié)構(gòu)重量計(jì)算通常是在結(jié)構(gòu)分析軟件所得的用鋼量的基礎(chǔ)上，節(jié)點(diǎn)重量按總用鋼量的5%～15%，評經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行估算。由于紹興體育場在建立了包括所有鋼節(jié)點(diǎn)在內(nèi)的BIM結(jié)構(gòu)模型，可以容易地得到精確的用鋼量統(tǒng)計(jì)。AutodeskNavisworks碰撞檢測與漫游碰撞檢測和漫游采用AutodeskNavisworks軟件。AutodeskNavisworks可集成不同格式的設(shè)計(jì)文檔，且生成模型文件占用空間小，能夠?qū)崿F(xiàn)項(xiàng)目多專業(yè)的綜合分析。1）碰撞檢測通過整合多專業(yè)的模型進(jìn)行碰撞檢測，避免重大失誤，紹興體育場最初的設(shè)計(jì)方案中，主桁架下弦拉桿采用單根直徑500mm的鋼棒。建筑師在查看三維模型后，提出意見認(rèn)為截面較大。經(jīng)協(xié)商后，方案改為兩排共8根細(xì)鋼棒。將模型導(dǎo)入AutodeskNavisworks中經(jīng)碰撞檢測后發(fā)現(xiàn)，上部一排細(xì)鋼棒與其它桿件發(fā)生碰撞，再次協(xié)商后，將方案最終定為4根直徑310mm的鋼棒。

圖9下弦采用單根較粗鋼棒圖10下弦采用8根較細(xì)鋼棒

圖11碰撞檢測圖12下弦采用4根鋼棒2）漫游漫游是將“虛擬技術(shù)”應(yīng)用在城市規(guī)范、建筑設(shè)計(jì)等領(lǐng)域，使設(shè)計(jì)人員能夠在一個(gè)虛擬的三維環(huán)境中，用動(dòng)態(tài)交互的方式對未來的建筑進(jìn)行身臨其境的全方位的審視。工程項(xiàng)目中常常會(huì)出現(xiàn)項(xiàng)目進(jìn)行到了中后期才發(fā)現(xiàn)早已存在的問題，此時(shí)再進(jìn)行變更往往為時(shí)已晚。AutodeskNavisworks的三維模型漫游功能的實(shí)現(xiàn)可以及早對建筑模型進(jìn)行審查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題。結(jié)束語BIM技術(shù)實(shí)施的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)就是實(shí)現(xiàn)信息在各軟件間的無縫連接。本項(xiàng)目提出了BIM數(shù)據(jù)庫輔助以自編各軟件數(shù)據(jù)接口的解決方案，成功實(shí)現(xiàn)了各軟件間的信息交互，避免了大量重復(fù)性工作，顯著提高了工程質(zhì)量和效率。歐特克公司提供的產(chǎn)品為進(jìn)行建筑綠色分析、BIM模