【AT】BIM技术在米兰世博中国企业联合馆设计中的应用

2015年意大利米兰世博会中国企业联合馆选择“中国种子”作为展馆主题意象，建筑表皮卷裹的动势是对种子萌芽和生长过程的模拟；双重环形坡道则是对DNA分子结构的隐喻；建筑核心的垂直绿化直接将生机引入建筑内部。同时，建筑设计构建了“方圆”、“内外”、“虚实”、“刚柔”、“动静”等一系列空间形态的二元关系，与“道法自然”、“有无相生”的思想相通。从建筑的任何角度都可以看到内外空间的自然衔接，空气和光线可以完全到达建筑的最深处。

非线性设计
为了营造出“道法自然”、“有无相生”的思想意境，从建筑外部轮廓到环形中庭，都采用大量的非线性设计元素。
建筑为方形体量，当中嵌入树状柱筒、环形中庭及其内部的绿核，设计并非常规的“横平竖直”，而是采用灵动的曲面造型，以达到观展流线在内外之间不断转换的效果，并让游客在不知不觉中到达屋顶花园。

紧张的空间
米兰世博会提供给每个展馆的用地相对较小，周边道路用地也比较紧张。国家馆之外的所有展馆建筑高度严格控制在12m以内；而且主要室内空间要满足不小于3m净高的舒适度要求。而企业馆是一个由多家企业联合集资建设的场馆，各企业都要求有尽量多的展示面积，以在世博会期间实现其宣传的目标。需在930m2的净用地面积中设计约2 000m2的使用面积。在局促的空间里给足业主需要的面积，并满足内部的净空要求，这对建筑、结构以及设备工程师都是巨大的挑战。

BIM流程
前期设计阶段，土建专业直接在BIM模型中协同工作，最先确定建筑的形体、边界、结构形式等大方向，找出各专业在该项目设计中可能遇到的瓶颈问题，并逐一解决，避免后期出现颠覆性的改动。确定之后，各专业继续深化模型，为下一步专业间配合做准备。
中期各专业配合阶段，建筑与结构专业的BIM模型已逐步完善，基本达到施工图建模深度，建筑专业需要确认在现有的结构布置下，满足建筑功能与空间需求。此外，设备专业的主管线与大型设备也要体现在BIM模型之中，对于现有的碰撞问题，设备专业与结构专业共同协商，寻求最佳的解决方案，并对工作重点进行总体安排。
后期管线综合优化阶段，建筑与结构专业不断完善模型，并根据项目需要进行局部微调，设备专业全面介入，所有的支管与设备均在BIM模型中有所反映。结构专业根据前期的工作计划，在设备专业管线确定的基础上，直接在BIM模型中根据实际尺寸开预留孔洞，这对日后的深化设计与施工安装具有极强的指导意义。
 
立面桁架设计
由于建筑体量较小，方案设计的策略是简化外立面元素，用纯净的材料、简约的细部使建筑充满力量感。建筑入口处，外表皮向上掀起，划出一道与地面相切，直至屋面的大弧线造型。结构师选用适应建筑轮廓的立面桁架形式，高效地实现了力流的转化和落地，呈现出“帘幕掀起”的效果。
同时，采用大悬挑代替了立柱，模糊了建筑内外空间的边界与隔阂，从而实现了建筑出入口的开敞效果。设计师以BIM设计为依托，首先用Rhino搭建出建筑外轮廓，然后结构设计师用Revit软件在建筑外轮廓中进行结构布置，并导入结构分析软件。

树状柱设计
为了给中企馆的结构构件赋予美学涵义，在建筑核心设置了树状柱，它们相互交叉支撑，整体形成一个椭圆形柱筒。结构师依照不规则造型布置钢结构折形柱，使树状柱成为建筑设计的亮点。绿核影厅由树状柱筒吊挂，可取消影厅下部立柱，-2m展厅的边界得以无碍地延伸到枝状柱，环形光井被纳入展厅空间。此外，树状柱还承担着环形坡道的重量，是结构设计中的关键部分。
在枝状柱的生产和安装方案中，柱筒整体被分成内、外两个展开面以及若干小的侧面来拼装，保证了很好的表面平整度。树状柱是整个建筑内核的竖向受力构件，无法按照常规的思路进行设计。由于柱之间是相互交错的，所以二维设计甚至连柱定位这项工作都无法实现。对于这种罕见的结构形式，BIM设计发挥出了巨大的优势。
首先，建筑师与结构师可以同时在Revit中心文件中工作，建筑设计师给出建筑专业想要的柱的定位与形态，结构设计师直接根据建筑师的模型进行结构分析，最大程度地满足了建筑师的设计意图，保留了整体建筑的设计精髓；此外，由于采用树状柱的特殊设计，所以树状柱区域的管线综合就必须完全依赖于BIM模型，设备专业的工程师在已经确定的树状柱模型上进行布管工作，避免了后期的大量修改。

管线综合出图
企业馆的总高度限制在12m以内，而且主要室内空间要满足至少3m净高的舒适度要求，再加之本项目对通风、照明的苛刻要求，因此如何在有限的空间内实现管线的最优排布，成了后期设计的重点。对此，结构工程师与设备工程师配合，直接在钢梁上开洞，最大限度地发挥了设备工程师的自由度，同时也节省了专业之间相互协调的时间，所有的专业都是同时工作，一次性排定所有管线，然后结构工程师重新进行结构分析，对于受力不足的位置进行局部微调。当结构专业与设备专业设计完成之后，用BIM模型一次出钢梁开洞图与管线综合图，并将BIM开洞模型传递给施工单位，为施工单位下料、安装等工作提供可视化参考。

BIM助力跨文化交流
中企馆项目是一个多方参与的国际化项目，项目的设计方与管理方是中国人，施工与产品供应商是意大利人，这种文化与语言的差异，导致中方与意方在技术交流方面有很大的障碍。双方在电话会议或面对面的交流时，BIM三维模型可以将目前项目的进展与全貌充分展示在屏幕上，通过全景漫游，各参与方可以即时在BIM模型上留下自己的意见以及多方解决方案，会议之后，将这些记录与解决方案上传至BIM管理平台并落实到人，记录清晰、分工明确，保证项目快速高效地推进。

BIM设计思考
BIM设计的优势已经得到了设计师的一致认可。但设计仅仅是建筑行业产业链上的一环，而BIM的初衷是要用信息带动整个建筑行业，并贯穿整个项目的全生命周期，因此BIM的全面推广有赖于整个行业的成熟与联合，从目前的发展来看，BIM在全行业的开展仍存在一些问题。
北京市已经出台了《民用建筑信息模型设计标准》，上海市也于前不久印发了《上海市推进建筑信息模型技术应用三年行动计划（2015-2017）》的通知，国家及地方标准主要用于指导BIM技术在行业中的应用，起到提纲挈领的作用。而在BIM操作过程中，业主更关心我们是否能制定出针对项目的BIM标准，以便于该项目的数据能够实现全生命周期的流动。对此，同济院在实践中根据业主的需求，在项目前期向业主提供了全套的项目级BIM操作手册，在得到业主的认可后，严格用BIM操作手册指导工作，取得了良好的效果。现在，同济院也在尝试根据现有的经验，汇编出一套具有普遍指导意义的项目级BIM应用标准。
目前在BIM操作过程中，设计单位的BIM模型移交给业主之后，它的使命也就完成了。施工单位在做BIM的时候，会根据施工图再建一遍模型。这种设计施工分家的操作方式，与BIM的初衷大相径庭。在这方面，同济院进行了积极的探索，在上海国际旅游度假中心项目中，同济院与施工单位紧密合作。施工单位将自己对BIM模型的建模要求告知同济院，同济院根据这些要求（包括建模方式、命名规则等）修正模型，之后上传至鲁班工作平台，施工单位收到模型之后，直接利用该模型进行施工深化设计与施工管理，并将现场照片上传至鲁班平台与BIM模型比对，及时发现问题并修正。在该项目中，同济院在与施工单位对接等环节中积累了宝贵的经验。

结 语
BIM发展的路途可能是崎岖的，它需要建筑行业内各个参与方的全力支持，共同发力，但BIM发展的趋势已然不可逆转，业主、设计单位、施工单位、软件公司等都在自己的岗位上努力从传统思维向BIM思维转变，只有当所有人的努力累加在一起之后，我们才能看到BIM给整个建筑行业带来的深刻变化。让我们一起微笑着面对这场变革，我们也坚信这场变革最终会给我们一个微笑的结果。

李莉

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司BIM中心技术副总监，国家一级注册建造师。曾全程参与上海迪士尼乐园过山车、意大利米兰世博会企业联合馆、上海国际旅游中心办公大厦等大型项目。
 

 

 

 

张峥

国家一级注册结构工程师，现任同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司技术发展部副主任。从事超高层综合体建筑以及体育、会展、文化、交通建筑大跨度复杂钢结构的设计、研发与咨询工作。