南京是六朝古都、十朝都會(huì)，素有“虎踞龍盤(pán)”之稱(chēng)。T2航站樓以“風(fēng)從虎。云從龍”為設(shè)計(jì)理念，形體輕盈通透，充滿(mǎn)張力。飄逸舒展的復(fù)雜曲面頂蓋，如行云流水，氣勢(shì)非凡，整體采用“大跨度、小曲率、多變化”的結(jié)構(gòu)形式，屬?lài)?guó)內(nèi)首創(chuàng)(圖2)。
(b)在BIM模型中構(gòu)建結(jié)構(gòu)計(jì)算單線模型，并導(dǎo)入專(zhuān)業(yè)分析軟件中進(jìn)行演算。完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；
(c)將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)整合到BIM模型中進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，并進(jìn)行三維協(xié)調(diào)、修改設(shè)計(jì)；
(d)利用確定設(shè)計(jì)的BIM模型直接導(dǎo)出屋蓋部分施工圖(圖4，5)；
(e)將屋蓋BIM模型提供給施工深化單位進(jìn)行深化設(shè)計(jì)。并對(duì)其深化引M模型進(jìn)行校核。施工單位依據(jù)BIM模型進(jìn)行下料、加工、安裝；
(f)當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)安裝出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，利用BIM模型比對(duì)現(xiàn)場(chǎng)照片，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)量，找出問(wèn)題責(zé)任方，快速解決現(xiàn)場(chǎng)問(wèn)題(圖6)。
在屋蓋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程中，BIM模型作為一個(gè)信息傳遞的統(tǒng)一載體貫穿了項(xiàng)目的全過(guò)程。各參與方通過(guò)這一載體完成了交互式協(xié)同，提高了工作效率，保證了項(xiàng)目高品質(zhì)地順利實(shí)施。
首先我們確定“云彩”的邊界條件，并繪制參數(shù)可調(diào)的簡(jiǎn)單曲線作為主樓屋蓋的輪廓?！褒埖谋臣埂笨梢杂脵M波來(lái)描述，利用單弧線控制波峰、波谷高度，并將波峰、波谷的平面位置與軸線一一對(duì)應(yīng)。通過(guò)橫波線和輪廓線可以確定屋蓋造型的經(jīng)向控制線，從而生成屋蓋的參數(shù)化三維模型(圖7)。
對(duì)于復(fù)雜異形屋面，排水設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。通過(guò)編寫(xiě)GH程序，我們可以在屋面Rhino模型中平均選取一些采樣點(diǎn)進(jìn)行排水坡度的分析，找出排水不利點(diǎn)，通過(guò)調(diào)整曲面造型或者增加排水設(shè)施等方法滿(mǎn)足屋面排水設(shè)計(jì)的要求。同時(shí)，利用BIM模型可以快捷地統(tǒng)計(jì)出匯水面積，為排水設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐(圖8)。
為實(shí)現(xiàn)屋面造型的完整性效果，在實(shí)際施工時(shí)需將屋面劃分為條板，進(jìn)行錯(cuò)縫平鋪安裝。通過(guò)GH參數(shù)化的控制手段，調(diào)整設(shè)定的板寬數(shù)據(jù)和板縫數(shù)據(jù)，可及時(shí)反映完工效果，方便設(shè)計(jì)人員判定是否達(dá)到預(yù)期。由于屋面造型極其復(fù)雜、板塊單元超長(zhǎng)等原因，會(huì)導(dǎo)致平板鋪設(shè)時(shí)板縫不齊，因此在屋面條板安裝時(shí)需對(duì)材料進(jìn)行拉伸操作以調(diào)整間隙。而且，在設(shè)計(jì)過(guò)程中需考慮材料的延展性，對(duì)劃分方案進(jìn)行可實(shí)施性分析。運(yùn)用參數(shù)化程序可獲取空間板塊問(wèn)縫隙變化，計(jì)算出理論延展系數(shù)，將其與材料實(shí)際參數(shù)進(jìn)行比對(duì)驗(yàn)證(圖9)。
為保證完工效果，通過(guò)BIM模型出具屋面控制點(diǎn)定位圖。從而指導(dǎo)施工方精確地完成屋面安裝，體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。明確控制點(diǎn)采樣方法和坐標(biāo)系原點(diǎn)后，在BIM模型中利用參數(shù)化技術(shù)確定控制點(diǎn)坐標(biāo)，并為其按一定邏輯進(jìn)行編號(hào)，同時(shí)導(dǎo)出含有點(diǎn)編號(hào)和點(diǎn)坐標(biāo)的Excel表格，完成屋面控制點(diǎn)定位圖，連同BIM模型一起交付給施工方進(jìn)行深化設(shè)計(jì)及安裝。
(a)構(gòu)建上部結(jié)構(gòu)中心線所在曲面的BIM模型(以下簡(jiǎn)稱(chēng)結(jié)構(gòu)曲面模型)
上部結(jié)構(gòu)中心線所在的曲面，由建筑完成面偏移而來(lái)。偏移距離為建筑構(gòu)造最小厚度與最大結(jié)構(gòu)桿件管徑之和，前者由建筑設(shè)計(jì)構(gòu)造方式?jīng)Q定，后者需要由結(jié)構(gòu)估算、試算確定。
(b)確定結(jié)構(gòu)平面網(wǎng)格
上部結(jié)構(gòu)平面網(wǎng)格是指上部結(jié)構(gòu)上、下弦桿以及腹桿在XY平面上的投影。在建筑完成面基礎(chǔ)之上，依據(jù)給定的建筑輪廓，確定合理的結(jié)構(gòu)單元尺寸和形式，利用參數(shù)化的手段依次繪制上、下弦桿和腹桿的平面網(wǎng)格，并將三者分圖層、分顏色。
(C)完成鋼結(jié)構(gòu)單線模型
利用繪制好的結(jié)構(gòu)平面網(wǎng)格投影到結(jié)構(gòu)曲面模型上，形成上部鋼結(jié)構(gòu)空間模型，結(jié)合下部支撐結(jié)構(gòu)單線模型，最終形成主樓部分鋼結(jié)構(gòu)單線模型。
(d)結(jié)構(gòu)試算
將鋼結(jié)構(gòu)單線模型導(dǎo)出為dwg格式，與PKPM導(dǎo)出的混凝土單線dwg文件進(jìn)行整合，完成主樓部分結(jié)構(gòu)單線模型。用3D3S軟件打開(kāi)主樓部分結(jié)構(gòu)單線模型，分圖層賦予結(jié)構(gòu)桿件相應(yīng)的材性、屬性。按導(dǎo)荷載的方法在上弦施加恒、活、風(fēng)荷載，施加地震力與溫度作用。最后在柱底施加相應(yīng)的約束，進(jìn)行結(jié)構(gòu)試算(圖11)。
(e)結(jié)構(gòu)驗(yàn)算
3D3S軟件試算完成并初步判斷模型正確后，可將模型導(dǎo)出為S2K文件，同時(shí)用SAP2000軟件讀入S2K文件，在SAP文件中重新施加一下地震質(zhì)量源、地震荷載、溫度荷載，將計(jì)算結(jié)果與3D3S軟件結(jié)果進(jìn)行比對(duì)，如果相符則完成結(jié)構(gòu)驗(yàn)算，結(jié)構(gòu)分析結(jié)果可作為下一步結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)依據(jù)。
在機(jī)場(chǎng)設(shè)計(jì)中，行李分揀運(yùn)輸系統(tǒng)因其機(jī)械排布極為復(fù)雜，設(shè)計(jì)難度尤為突出。T2航站樓的行李系統(tǒng)設(shè)在特定的設(shè)備夾層內(nèi)，同時(shí)機(jī)電管線也遍布其中，這就造成了小空間內(nèi)多專(zhuān)業(yè)聚集的情況，給設(shè)計(jì)帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)。
行李系統(tǒng)有別于常規(guī)系統(tǒng)之處在于其對(duì)行李傳送帶和檢修平臺(tái)均有凈空要求。利用行李系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位的深化模型，我們進(jìn)一步添加凈空信息，完善行李系統(tǒng)模型。在設(shè)計(jì)過(guò)程中利用Revit系列軟件構(gòu)。
建土建、機(jī)電模型，整合行李系統(tǒng)模型，導(dǎo)出NWC格式文件。通過(guò)Navisworks軟件進(jìn)行漫游和碰撞檢查，對(duì)不同專(zhuān)業(yè)的模型進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，對(duì)發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行標(biāo)記，并提出修改意見(jiàn)。同時(shí)將碰撞報(bào)告反饋給各專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)師及行李系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位，利用BIM模型協(xié)調(diào)解決碰撞問(wèn)題(圖12)。行李系統(tǒng)大量的機(jī)械設(shè)備需要結(jié)構(gòu)提供預(yù)埋連接件。通過(guò)BlM模型，結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)可直觀地發(fā)現(xiàn)行李系統(tǒng)的預(yù)埋需求?？焖贉?zhǔn)確地完成結(jié)構(gòu)預(yù)埋設(shè)計(jì)工作。
南京祿口國(guó)際機(jī)場(chǎng)二期航站樓項(xiàng)目采用國(guó)內(nèi)首創(chuàng)的“大跨度、小曲率、多變化”結(jié)構(gòu)金屬屋蓋系統(tǒng)，在建設(shè)過(guò)程中遇到了許多新問(wèn)題。通過(guò)BIM技術(shù)的研究和實(shí)踐，我們克服了技術(shù)阻礙，確保了項(xiàng)目的順利進(jìn)行，同時(shí)為以后同類(lèi)項(xiàng)目的建設(shè)提供可借鑒的經(jīng)驗(yàn)。在復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)、施工和協(xié)同工作方面，BIM技術(shù)展示出其強(qiáng)大的解決實(shí)際問(wèn)題的能力。我們相信BIM技術(shù)是對(duì)整個(gè)工程建設(shè)行業(yè)技術(shù)的一次革命，是引領(lǐng)行業(yè)信息技術(shù)走向更高層次的一項(xiàng)創(chuàng)新，BIM技術(shù)勢(shì)必將在不久的未來(lái)成為行業(yè)的主流設(shè)計(jì)力量。
建筑設(shè)計(jì)單位：華東建筑設(shè)計(jì)研究總院建筑設(shè)計(jì)
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人：郭建祥
建筑設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員：夏崴、付小飛、呂程、馮昕等
BIM設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人：李遠(yuǎn)晟
BIM設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員：朱洲江、陳理明、陳順、高鵬等
攝影，圖片版權(quán)：華東建筑設(shè)計(jì)研究總院
來(lái)源：建筑技藝雜志
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