BIM在海棠湾红树林七星度假酒店项目建筑结构设计中的应用

2012-10-25李宏业杨燕村

土木建筑工程信息技术 2012年4期

李宏业杨燕村

(CCDI悉地(北京)国际建筑设计顾问有限公司，北京 100001)

1 项目介绍

三亚海棠湾红树林费尔蒙度假酒店项目是由今典集团投资建设，投资总额约为20亿人民币，是继迪拜帆船酒店之后全球第二座七星级酒店，是“红树林”品牌超高端酒店的标志作品。酒店位于海南省有"国家海岸"之称的海棠湾，建筑外形如一只巨大的彩色贝壳，飘逸优雅的伫立于海边。酒店采取全套房设计，每层楼都有贴身管家服务，并配带阳光花园酒廊，每个尊贵套房都配有游泳池。其软硬件设施均看齐世界首家七星级酒店——迪拜帆船酒店。

图1 三亚海棠湾红树林费尔蒙度假酒店项目

三亚海棠湾红树林费尔蒙度假酒店项目基地总用地面积215 549 m2，地势中央高四周低。地块西面为城市规划道路，东面面向南海，临海为宽约25m的公共绿化带，南、北两面均为规划公共绿地。有较好的景观资源，是商务休闲酒店的理想用地。

图2 三亚海棠湾红树林费尔蒙度假酒店总体平面

海棠湾红树林七星度假酒店由三幢相连的建筑(酒店主楼、主宴会厅及小宴会厅)和一座独立的锅炉房组成，总建筑面积160 563 m2。主要建筑(酒店主楼、主宴会厅及小宴会厅)建筑面积160 329 m2，地上30层，地下4层。主体建筑高度120．2 m，最高点高度148．18 m。项目设施齐备，建成后将成为当地标志性建筑。

2 BIM与CCDI

BIM是当前建筑行业非常热的一个词，BIM的英文是 Building Information Modeling，多数被翻译为“建筑信息模型”，但笔者更倾向于另一种翻译，即“建筑信息模型化”。通过建筑模型这个载体，将围绕建筑物由各种方式产生的各种数字化信息聚集起来。当这些信息在建筑物的整个生命周期内，在产业链的各个环节流转时，可以更准确、无损的进行信息的传递、应用。如果从这个角度看，BIM这三个字符中价值最大的是“I”，即信息(Information)。“M”则是建筑信息的基础，是信息的源头。

CCDI作为一家以建筑设计为核心业务的公司，对BIM的理解简单而独到，用公司内通用的一句话说:“BIM是改变建房子的整件事”。

早在2008年CCDI就开始对BIM技术进行研究，并在以天津港油轮码头项目为代表的一些项目中，应用BIM进行设计应用。在2009年，CCDI将BIM的应用提高到战略层面，公司内部成立建筑数字化的团队，在中国首届“建筑信息模型(BIM)建筑设计大赛”中，天津港油轮码头、三亚酒店等12个项目为CCDI获得了最佳建筑设计奖、最佳BIM应用奖等多个奖项。在之后的历届BIM大赛中，CCDI也屡次获得奖项。这些成绩证明了CCDI在BIM方面的技术能力得到各方的认可。

3 BIM在海棠湾红树林七星度假酒店项目中的应用

海棠湾红树林项目的建筑造型比较异形，整体外形尤如一只巨大的彩色贝壳，主楼中部主入口雨棚则像一个半张开的贝壳，其上方是通高的双曲面造型的中庭。每层的楼板像一波波的海浪，3层以上楼层向两侧参差伸展，16层以上则层层缩回，充满动感。

由于项目独特的建筑造型，给设计工作带来很大的挑战。CCDI在项目承接之初就确定应用BIM技术来解决建筑、结构专业设计难点。下面就项目中几处设计难点的BIM技术应用进行介绍:

3．1 双曲面中庭的设计

海棠湾红树林项目的酒店塔楼中庭部分被设计成了如下图所示的造型。它以一个由双曲面组合成的形态为基调，先由大的构件搭成骨架，再用木格栅进行装饰。所有构件都沿着双曲面的走势进行排布。

众所周知，一旦形体在X、Y、Z三个方向上同时发生变化，就无法在二维平台完成设计。这时必须借助三维设计平台。塔楼中庭的这个建筑形式给建筑设计、结构设计都带来了麻烦，例如如何给这些构件准确的定位，如何使这个中庭达到形式与结构的完美结合等等。

图3 塔楼中庭模型图

对于这个中庭来说，空间定位成了贯穿于整个设计过程的关键点。通过BIM技术，设计人员在三维空间中根据“面——线——点”的原则逐步给建筑构件精确定位。

借助BIM技术，设计人员按照预想的造型先搭建大的承重构件的模型，然后进行结构分析计算，根据计算结果对承重构件的曲率、支撑点、截面进行深化调整。大的框架确定后，再补充以兼有装饰性与节能作用的格栅。

3．2 立面的参数化设计

海棠湾红树林项目裙房部分的外立面采用了大量的装饰性构件，很细腻，很有肌理。这些构件以木格栅为主。

在立面上布置大量的木格栅需要注意两方面的问题:一是木格栅的尺度、布局要融合于建筑形式和环境特征;二是木格栅的尺寸规格要尽量少，尽量统一。面对这两个问题，设计人员考虑通过参数化设计对木格栅的规格进行控制。

对木格栅立面的参数化控制主要分为三个层次。

1)木格栅立面的最基本元素是木条，因此设置木条的长宽高三个参数，这是第一层控制;

2)木条布局方式，包括间距、角度、主次关系等等，这是第二层控制;

3)木格栅的布局是受立面形态限制的，因此要对木格栅立面的边界和转折进行控制。

图4 木格栅局部立面图

有了这几个层次的参数控制，就给设计人员以及工程项目本身带来了诸多方便。首先是设计过程中根据建筑功能或美观需要可以随时调节木条尺度，可以随时调节间距、角度等布局方式。而这些改变仅仅需要输入几个数据就能完成。其次，便于工程量的统计。最后，站在建造的角度上，无疑是省钱又省力。下图是木格栅立面的效果图。

3．3 入口雨棚设计

对于任何一个建筑来说，入口的美观与否无疑是至关重要的环节。海棠湾红树林项目塔楼主立面入口处雨棚的设计同样如此。为了达到一个完美的效果，雨棚支撑做成了放射的曲线状，双层顶棚，顶棚坡度和平面形式很自然，并不是中规中矩。美观的同时还要考虑其排水，不能对建筑使用性造成影响。

上图所示是入口雨棚的效果图。通过BIM模型的可视化分析，设计人员能够对雨棚的形式及其空间效果有更清楚的认识。雨水落在雨棚上，如何流下、如何排走也能够容易的分析出来。不规则雨棚的空间定位同样也借助精准的BIM模型来完成。

3．4 结构斜柱的设计

海棠湾红树林项目自三层至十六层，两侧逐层向外伸展，悬挑长度最大处达30m，由于平面上是弧形的，两测的悬挑还带有一定弧度。

这样的建筑方案，给结构带来最大的问题是，如此大的悬挑，结构如何支撑。结构人员设计了斜柱的解决方案，但问题是斜柱并不是线性向上倾斜，而是带有一定旋转的向上倾斜、延伸。斜柱的空间定位、斜柱和悬挑楼板边界的位置关系、斜和楼板上幕墙的位置关系等等，都是摆在结构人员面前的难题。

上图中所示，是斜柱方案推敲过程中BIM搭建的模型，设计人员根据BIM模型进行斜柱的定位，然后在结构计算程序中进行计算。根据计算结果，调整BIM模型中斜柱的定位，然后在进行验算。如此多次反复，最终形成确定的结构方案。下图即为从BIM的模型中输出斜柱平面定位图。

虽然斜柱的支持方案确定了，但是斜柱尺寸很大，当斜柱处于房间中时，空间的感觉到底如何呢，会不会影响房间的使用功能，或给使用者带来不舒服的体验?常规情况下，这些问题只有在建成并投入使用后才能知道。根据业主方的要求，使用BIM技术对斜柱、悬挑楼板、幕墙进行了三维动画模拟，以人的视角模拟从电梯厅到达斜柱所处房间，并在房间中行走的动画，从动画中可以清楚的展现结构构件之间的空间关系，这种可视化的沟通方式，业主不需更多的专业知识，便能提前把控设计风险并与设计人员更好的沟通解决。