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合肥万达茂BIM设计应用实践

来源:万达商业规划设计系统

【摘要】合肥万达茂业态众多,每个业态设计难点不同,通过传统设计手段很难解决。在整个设计过程中,设计团队紧密结合BIM技术,利用BIM技术的参数化、可视化、可模拟性、协同性等特点对不同问题提出了有针对性的解决方案,保证了整体设计的质量和进度,提升了设计品质。

【关键词】合肥万达茂建筑信息模型(BIM) 参数化设计

1.项目概况

合肥万达茂项目处于合肥滨湖新区中心位置,总建筑面积18.76万㎡,地上建筑面积15.28万㎡,地下建筑面积3.48万㎡,建筑高度24m,局部30m,层数3层,局部4层。

项目整体由外立面、地下室、室内步行街、娱乐楼、电影乐园、水公园六部分业态组成。外立面造型仿书卷形式,平铺展开,大跨度空间,整体结构由钢结构组成,所有业态包裹在这个钢结构空间内,空间位置协调困难;地下室局部2层,包括公共走道、卸货区、超市及6个机房,管线走向复杂,排布密集;水公园整体由钢桁架架空,净高24米,局部可达30m,空间跨度70米;商业步行街、娱乐楼和电影乐园作为运营时主要的营业场所,对于人的舒适度和屋顶视线干扰有着严格的要求。

各个业态复杂程度不一,遇到的问题也各不相同,设计团队通过BIM技术的参数化、可视化、可模拟性、协同性等特点逐一解决了问题。

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2.主要业态BIM应用

2.1. 外立面

2.1.1. 方案曲面的拟合优化

外立面方案设计、施工图设计通常是由不同的设计团队担当,方案团队侧重造型、外观方面,施工图团队则关注设计规范、安全性验证一块,他们的关注面是不同的,在实际工作提资成果中往往造成信息传递的有效性。

通常,外立面团队为了快速表现方案的造型效果,并不会考虑造型的几何实现细节,比如曲面连续性、曲面曲率突变等问题,但正是这些问题影响着着施工图设计团队进一步建筑结构乃至机电的选型方向,特别是空间定位、设计轮廓边界的确定。

图1是合肥万达茂项目其中一版方案的雨篷外立面,可以看到总体的造型由两个双曲面构成,并随着曲面起伏,符合项目造型仿书卷的形式。但当我们处理两个外立面之间关系,以提资结构轮廓面给施工图设计团队是发现,两个曲面中的连接处完全就不是连续的,中间有很大的间隙,设计师根本无从开展后续工作。经过BIM团队的工作,顺利的在控制原方案意图的前提下将方案曲面进行了连续拟合,并提资了相关设计轮廓线给设计师(图2)。

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图1

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图2

另外一个问题,就是曲面曲率的优化。方案造型不会考虑曲面曲率的均匀变化,很可能产生大的拐点,对后续设计乃至施工安装都会造成困难,提高造价。

水公园在做外立面设计时,曲面的曲率变化问题较大,最大曲率变化值为0.002,如图3所示,这样的造型过于突兀,以致钢结构杆件必须定制弯曲形状,极大的增加了加工难度和费用。BIM团队对原方案进行了曲率优化,将曲率的变化值控制在了0.0001,使曲面变得平缓,更重要的是钢结构杆件可以以直线段进行拟合拼装,即符合造型要求,有利于设计、加工、安装。

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图3

整个水公园全局划分了多条控制曲线,每条曲线都经过了曲率拟合,整体拟合后最大的曲面拟合偏差将近52mm,也说明原方案曲面是很不适合直接进行施工图设计的,必须经过相应的平缓优化工作。

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图4

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图5

2.1.2. 外立面的分割优化

合肥万达茂整体由金属面板和直立锁边包裹,面积巨大,成本占比很高,不同的分割形式决定着最终的拼装嵌板取材和拼接方式。在外立面方案已定的情况下,分割嵌板越是规整,越是有利于板材加工,运输,现场安装。因此选择一个合适的分割方案,对于整个外立面的设计、成本控制尤为重要。

最初,外立面方案以幕墙曲面较大的边缘轮廓按2412mm 等分,以等分点标高的水平面分割幕墙曲面,得到铝板短边方向分割缝,铝板长边方向分割缝直接按1000mm 间距进行垂直分割。这种方案的目的是保证水平缝每一根都是绝对水平的。

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图6

但是经过BIM团队分析,相同标高的铝板曲面长边弧线曲率相差较大,幕铝板长边长度相差较大,边缘轮廓较大的一侧铝板长边长度2412mm左右,而边缘轮廓较小一侧铝板长边长度在2250~4500mm之间分布,且铝板长边的尺寸无法人为控制,方案不可行。

于是,BIM团队提出了新的方案:以幕墙曲面边缘较小轮廓剖面上的四分点(最突出点,如下图)为参照点,对幕墙曲面两侧边缘轮廓均按2412mm进行等分,并将两侧边缘轮廓等分点进行对应,使得对应的一组等分点在曲面上短程线近似水平。这种方案的好处是,既能保证侧立面的水平分割缝近似于水平,同时又可以有效保证分格大小保持在一定的尺寸区域内,有利于加工。

新的方案由于短程线在曲面上的分布较为均匀,因此铝板长边尺寸较为统一,平均尺寸大小在2412mm上下分布,最终采用了新的方案。

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图7

2.1.3. 幕墙与主体结构的冲突分析

主体结构的设计是严格要求在外立面的基准控制面下进行的,但是结构设计特别是异形结构设计往往是很难精准控制空间定位的,主体结构往往在施工时会发现与外立面设计的冲突。通过BIM,可以很好的在设计阶段控制结构设计面,避免冲突。

 

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图8

2.2. 地下室

2.2.1. 管线综合优化

合肥万达茂的地下室面积大,机房分布多,管线排布密集,走向复杂,而万达对于设计的进度要求很高,同时不断的调整着方案,这无疑给设计团队提出了一个严峻的考验:如何在较短的一版方案内快速的完成功能设计,同时满足指定的净高要求?

BIM技术的使用提供了有效的解决方案。合肥万达茂项目中,首先由设计团队进行方案设计,在第一时间确定机电水暖电专业的主要走向及初步管径大小并提资给BIM团队。BIM团队结合已有的建筑结构模型,可以方便的确定最不利净高位置,然后进行三维管线综合设计。排布过程中,若出现设计不满足的情况反提给设计团队,由他们提出设计修改方案,并再次更改BIM模型,如此循环,直至排布出最优化的管线布置位置,满足苛刻的净高要求。同时,在最终的管综BIM模型中,可以自定义切出指定位置的剖面CAD图纸,提资给设计师加快出图进度,大大提高效率。

合肥万达茂地下室中由各专业管线综合BIM整合模型,确定了以下47个剖面,所剖区域包含了公共走道(31个剖面)、卸货区(2个剖面)、超市(2个剖面)及6个机房(12个剖面),其中,公共走道净高要求2700mm,卸货区净高要求3600mm,超市净高要求3700mm,机房净高要求2800mm。经管综原则调整后,不能满足公共走道的净高要求有3个剖面,其余44个剖面均能满足各自区域净高要求。设计师在BIM成果之上,及时修改了设计方案,提交了施工图,并避免了机电施工时的错误返工。

 

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图 9

3. 总结

BIM技术正掀起建筑行业的又一次技术革命,它将彻底颠覆传统的工程模式,提供传统模式不能比拟的崭新的设计手段。BIM技术的实施必须结合工程实际才能发挥工具的优越性,不同的问题依托BIM的解决方案也是不同的。合肥万达茂的BIM实践为类似体量大、造型复杂的单体建筑提供了很好的借鉴作用。

作者:华东院、施晨欢 来源:上海华东院


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