江蘇大寺院項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程

江蘇大寺院項(xiàng)目的設(shè)計(jì)流程

1自然地形空間江蘇大劇院是集娛樂、會(huì)議、展示、娛樂為一體的大型文化綜合體。用地面積19.6633萬m2,總建筑面積271386m2,建筑高度47.3m(圖1)。在潮起潮落的長(zhǎng)江之畔,蓄勢(shì)興建的江蘇大劇院取意水之靈動(dòng),造型如同漂浮在生態(tài)綠野之上的四顆水珠。每顆“水珠”內(nèi)分別容納了歌劇廳、戲劇廳、音樂廳、綜合廳等主要功能,全部坐落在一個(gè)公共活動(dòng)平臺(tái)之上。場(chǎng)所的存在彰顯層次豐富的立體空間設(shè)計(jì),在基地內(nèi)用流水的筆觸塑造了自然有機(jī)的外部空間體系。夜晚的大劇院,光芒從浮華上演的藝術(shù)活動(dòng)中漫溢而出,似水光搖曳,如畫舫凌波般動(dòng)人(圖2)2bim技術(shù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)江蘇大劇院項(xiàng)目在設(shè)計(jì)過程中有以下兩個(gè)難點(diǎn):(1)形態(tài)復(fù)雜——水滴狀的建筑體量給幕墻設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、機(jī)電設(shè)計(jì)都帶來一定的難度,基于復(fù)雜曲面進(jìn)行多專業(yè)設(shè)計(jì),必然需要BIM技術(shù)的介入與支持。(2)可持續(xù)設(shè)計(jì)——復(fù)雜的形體如何更準(zhǔn)確地進(jìn)行可持續(xù)設(shè)計(jì)與分析,以保證設(shè)計(jì)品質(zhì),是擺在設(shè)計(jì)師面前的一大難題。為解決上述難點(diǎn)問題,在設(shè)計(jì)過程中,各專業(yè)設(shè)計(jì)人員將所有的工作對(duì)象限定在同一個(gè)BIM模型中,利用統(tǒng)一的三維協(xié)同工作平臺(tái),將各個(gè)專業(yè)、各個(gè)軟件之間的數(shù)據(jù)整合到BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中,形成設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈,以確保協(xié)同設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)能夠快速共享,準(zhǔn)確傳遞到下一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)中。依托BIM數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)流程提高了工作效率,保障了本項(xiàng)目的順利實(shí)施。2.1結(jié)構(gòu)體系的確定水滴狀的建筑外形使得參數(shù)化設(shè)計(jì)成為整個(gè)項(xiàng)目貫穿始終的核心技術(shù)應(yīng)用,而參數(shù)化設(shè)計(jì)的前沿技術(shù)應(yīng)是參數(shù)驅(qū)動(dòng),當(dāng)建筑物任何一個(gè)部分發(fā)生微小改動(dòng)時(shí),其他相關(guān)元素也隨之產(chǎn)生變動(dòng)。江蘇大劇院項(xiàng)目的參數(shù)驅(qū)動(dòng)工作流程如下(圖3,4):(1)將每個(gè)單體解析為由弧形斷面沿著閉合曲線掃掠而成,在Rhino軟件中用幾何參數(shù)分別完成對(duì)路徑和斷面曲線的定義,單軌掃掠而成水滴狀建筑外殼。(2)在確定建筑外殼后,依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案構(gòu)建結(jié)構(gòu)中心線模型,為結(jié)構(gòu)計(jì)算提供準(zhǔn)確定位。將鋼結(jié)構(gòu)體系中立柱個(gè)數(shù)、軸網(wǎng)角度大小、結(jié)構(gòu)桿件厚度等均設(shè)為可調(diào)參數(shù),通過調(diào)整參數(shù)形成不同的結(jié)構(gòu)方案,進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)分析與比選。(3)參照結(jié)構(gòu)分析結(jié)果確定結(jié)構(gòu)布置方案后,對(duì)幕墻進(jìn)行菱形劃分。其中菱形的長(zhǎng)寬比例、大小均為可調(diào)參數(shù)。幕墻劃分方案確定后,編寫程序確定開窗范圍和開窗大小,最終完成立面設(shè)計(jì)。由參數(shù)驅(qū)動(dòng)的BIM設(shè)計(jì)方法便于設(shè)計(jì)師依據(jù)其他專業(yè)的分析結(jié)果快捷、高效、直觀地完成對(duì)形體設(shè)計(jì)的調(diào)整,以解決各專業(yè)同步的問題。2.2結(jié)構(gòu)體系布置模型江蘇大劇院項(xiàng)目音樂廳、歌劇廳、戲劇廳、綜合廳四個(gè)主體結(jié)構(gòu)均以地下室頂板作為整個(gè)主體結(jié)構(gòu)的嵌固端,各單體為框架-剪力墻結(jié)構(gòu)體系,屋蓋及外圍護(hù)結(jié)構(gòu)采用空間網(wǎng)架結(jié)構(gòu)(圖5)對(duì)于復(fù)雜形體基于BIM技術(shù)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)流程如下(圖6)(1)上部鋼結(jié)構(gòu)a)在確認(rèn)建筑造型Rhino模型后,根據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案在Rhino模型中構(gòu)建結(jié)構(gòu)中心線模型,為結(jié)構(gòu)計(jì)算提供準(zhǔn)確定位。b)按照結(jié)構(gòu)布置方案的不同,分別完成頂蓋和主體結(jié)構(gòu)中心線定位模型,然后整合形成無立柱、無斜桿、有斜桿和桁架4種結(jié)構(gòu)體系的鋼結(jié)構(gòu)布置模型。c)將4種鋼結(jié)構(gòu)布置模型以DWG形式導(dǎo)入專業(yè)結(jié)構(gòu)計(jì)算軟件ETABS和SAP中進(jìn)行計(jì)算,研究不同結(jié)構(gòu)布置方案下鋼結(jié)構(gòu)的內(nèi)力、變形、模態(tài)、穩(wěn)定性等方面的力學(xué)變化,綜合計(jì)算結(jié)果確定有斜桿結(jié)構(gòu)體系為最終鋼結(jié)構(gòu)布置方案。d)通過二次開發(fā)的軟件接口,將鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算模型轉(zhuǎn)化為Revit結(jié)構(gòu)模型。(2)下部混凝土結(jié)構(gòu)a)參照建筑Revit模型,結(jié)構(gòu)工程師在專業(yè)分析軟件中構(gòu)建結(jié)構(gòu)計(jì)算模型。b)在計(jì)算模型中添加荷載并指定連接方式后,導(dǎo)入PKPM中進(jìn)行計(jì)算分析。c)通過二次開發(fā)的軟件接口,將混凝土結(jié)構(gòu)計(jì)算模型轉(zhuǎn)化為Revit結(jié)構(gòu)模型。(3)整合將上部和下部的結(jié)構(gòu)模型整合到項(xiàng)目BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中,形成設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈中重要的一環(huán),與相關(guān)專業(yè)的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)共同推動(dòng)項(xiàng)目的順利實(shí)施。2.3質(zhì)量控制和模型轉(zhuǎn)換技術(shù)觀演類建筑設(shè)計(jì)中尤為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是進(jìn)行座位的視線分析。借助Rhino軟件參數(shù)化的特性,將觀眾廳座位給予一定排布邏輯,同時(shí)通過編寫計(jì)算規(guī)則,計(jì)算設(shè)計(jì)方案中每一個(gè)座位上觀眾的水平視角、最大俯角,通過邏輯判斷找出不符合劇院設(shè)計(jì)規(guī)范的位置,為設(shè)計(jì)優(yōu)化提供依據(jù)。通過參數(shù)驅(qū)動(dòng),快速進(jìn)行座位布置調(diào)整,求解到最佳座位布置方案,及時(shí)地更新到BIM數(shù)據(jù)庫(kù)中,保證了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)鏈中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性(圖7)。觀演類建筑對(duì)聲效的要求極為苛刻,在設(shè)計(jì)過程中聲學(xué)分析是必不可少的一環(huán)。為保證聲學(xué)分析的準(zhǔn)確性,將觀眾廳BIM模型直接導(dǎo)入Ecotect軟件和Odeon聲學(xué)分析軟件中進(jìn)行專業(yè)聲學(xué)分析。在分析過程中,利用BIM模型經(jīng)過一定數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)換,能夠在短時(shí)間內(nèi)獲得精確的聲學(xué)分析結(jié)果,設(shè)計(jì)師根據(jù)聲學(xué)分析結(jié)論調(diào)整吊頂及側(cè)墻的造型,以求獲得最佳的聲學(xué)效果。BIM模型的重復(fù)利用性縮短了設(shè)計(jì)周期,提高了工作效率(圖8,9)。利用BIM模型經(jīng)過一定的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,導(dǎo)入Pathfinder軟件中,再添加疏散信息、人員等信息,進(jìn)行消防性能化分析,驗(yàn)證疏散設(shè)計(jì)是否合理,確?；馂?zāi)發(fā)生時(shí)人員能夠及時(shí)逃生,避免不必要的傷亡(圖10)。3專業(yè)設(shè)計(jì)軟件BIM技術(shù)除了實(shí)現(xiàn)高效的設(shè)計(jì)協(xié)同,也在可持續(xù)設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要的作用。借助BIM模型,設(shè)計(jì)師通過Vasari、Ecotect、GBS、SimulationCFD、EnergyPlus、eQUEST等專業(yè)軟件,在方案設(shè)計(jì)階段反復(fù)推敲建筑性能的優(yōu)劣,以完善設(shè)計(jì),提高品質(zhì)。(2)室內(nèi)舒適度分析戲劇廳整體的送風(fēng)速度皆小于0.25m/s,僅下送風(fēng)的送風(fēng)口附近風(fēng)速大于0.25m/s,滿足人員舒適度的基本要求(圖13)4設(shè)計(jì)因素的客觀呈現(xiàn)在BIM平臺(tái)上設(shè)計(jì)師們能夠高效地開展三維設(shè)計(jì),BIM技術(shù)獨(dú)有的立體直觀、數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)、隨時(shí)展現(xiàn)真實(shí)空間等特點(diǎn),使設(shè)計(jì)師們能將工作重心回歸到建筑設(shè)計(jì)的本身,利于建筑藝術(shù)性的完美呈現(xiàn)。同時(shí),協(xié)同的工作模式也有助于設(shè)計(jì)師們減少人為錯(cuò)誤,提高服務(wù)品質(zhì),提升品牌價(jià)值(圖14～16)。5相關(guān)分析及優(yōu)化建議BIM技術(shù)將成為未來工程建設(shè)領(lǐng)域的一大趨勢(shì),作為以建筑設(shè)計(jì)為主業(yè)的設(shè)計(jì)院,只有掌握BIM的最新技術(shù),才能具備企業(yè)的核心競(jìng)爭(zhēng)力,走在行業(yè)的前沿。針對(duì)可持續(xù)設(shè)計(jì),我們提出了相應(yīng)的BIM分析流程(圖11),完成了相關(guān)分析,并基于分析結(jié)論對(duì)設(shè)計(jì)提出了優(yōu)化建議:(1)風(fēng)環(huán)境分析由風(fēng)環(huán)境分析圖(圖12)可見,靠近地面處速度較小,江蘇大劇院附近1.5m高度處速度最大為2m/s,平均速度在1.5m/s左右,滿足《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》建筑物周圍人行區(qū)風(fēng)速低于1.5m/s的要求。業(yè)主單位江蘇大劇院工程建設(shè)指揮部建筑設(shè)計(jì)單位:華東建筑設(shè)計(jì)研