无锡万达室外主题乐园项目设计阶段BIM应用

孟艳吉1 王海斌 张 杨

(1.北京互联立方技术服务有限公司，北京 100070； 2. 万达文化旅游规划研究院有限公司， 北京 100022)

1 工程概况

1.1 项目简介

无锡万达室外主题乐园项目位于江苏省无锡市滨湖区太湖新城。地块总用地面积为56.1万m2，东西长约1km，南北宽约450m。共有6大主题园区，包含剧场、骑乘、游艺、商店、餐饮、互动等接近100个单体。项目效果图及BIM模型截图详见图1。

该项目建设单位是万达文化旅游规划研究院有限公司及无锡万达城投资有限公司，土建设计单位是同济大学建筑设计研究院，BIM设计单位是北京互联立方技术服务有限公司。

1.2 BIM应用重点

无锡万达室外主题乐园项目(以下简称“本项目”)占地面积大、建筑功能多、专业涉及广、协调难度大。BIM作为管控手段，协助建设方协调各参与方工作，BIM技术覆盖全园全专业，综合市政、景观、包装、水景、游乐设备、室内外包装、演艺制作、夜景照明等多个专业，从方案阶段开始，进行方案推敲和设计论证，复杂单体的辅助设计，提高项目设计质量与设计进度[1-2]。

(a) 项目效果图

(b) BIM全园模型

本项目BIM应用着重考虑以下几个方面：

1)三维环境中的包装模型展现、是否达到包装效果要求[3]；

2)设计方案的推敲论证，综合考虑确定最优设计；

3)复杂游艺单体多专业综合分析，解决二维设计无法实现的设计环境[4]；

4)运用游客视角进行三维漫游，解决安全隐患，避免观演穿帮，减少多余包装，节约成本；

5)解决多参与单位设计协同问题。

2 设计阶段BIM应用

2.1 基于BIM的大型假山三维设计

霞客山位于霞客奇旅区，山体表面积超过4万m2，是全球体量最大的假山。飞翼过山车和漂流河等大型设备穿越山体，内部还包含有攀爬游乐设备。四周道路环绕，山顶餐厅、小火车穿插其中，内部错综复杂，结构设计难度极大。如图2所示，霞客山包含多个专业，主要设计难点如下：

图2 霞客区假山部分专业示意

1)过山车、漂流、小火车、假山外表皮和假山内腔都并非规则形状，使得传统的二维结构设计很难有效避开特设并同时满足假山负荷要求。

2)需同时考虑安全和美观，例如过山车轨道与支撑的安全距离、排队区上空的空间要求、道路的消防疏散高度等，需多因素统筹考虑。

3)专业设计各方的软件差异，文件在CAD、3DMAX、Sketchup等软件之间无法良好地传递与整合，导致各方无法有效沟通，及时解决问题。

针对以上难点，制定BIM应用技术路线，三维协同设计环境下解决设计问题。

1)控制假山包装效果，准确展现设计意图

首先运用3D打印机打印假山主体，细节采用泥塑进行精确雕琢，推敲假山形体[5]。待确定假山设计形体之后采用3D扫描技术进行扫描(详图3(a)手持式三维扫描仪扫描假山泥模)，将模型导入BIM环境中，辅助设计管控和施工管控，可协助解决以下问题：

(a) 3D扫描技术

(b) 钢结构装配BIM设计图3 3D扫描+BIM技术辅助大型假山设计

①由方案到最终竣工，包装造型变化大，过程管控难度大；

②施工完成度或竣工效果检查评价无法量化和验收；

③土建设计依赖于包装方案，与包装雕塑模型或施工图难以匹配；

④因土建施工进度先于包装，造成包装最终效果可能受限于土建。

2)基于三维环境表现，进行方案推敲论证

基于复杂状况的场景，创建已确定的三维环境，综合考虑各个专业情况，在此基础上进行设计方案的推敲和优化，避免复杂环境中人脑三维构建的设计误差，辅助建设单位及专业设计单位进行决策。霞客山屋顶餐厅的选型根据BIM进行方案推敲：

第一版方案制定游客盘山路进入，在整合模型中发现：餐厅高度过低，游客无法看到远处景色；

第二版方案抬高山顶餐厅，保证了游客视线，但此时地面增加绕山小火车，游客需通过跨越小火车的的桥，然后盘山上餐厅，路线变长，攀越难度会使餐厅游客变少；

第三版方案改爬梯为电梯，增加餐厅观景台，使游客可以边享受美食边观景。

3)BIM优化山体表面积，辅助设计假山支撑

假山的支撑为混凝土结构，采用Revit软件根据山体模型进行过假山支撑设计，在支撑的同时考虑山体不穿帮，避免与设备钢基础和单体产生冲突，预留马道空间，之后导入Navisworks软件中进行复核是否妨碍过山车和漂流河设备以及游客安全，设计完成后，导入PKPM软件中进行结构计算，调整模型，最终形成二维图纸，设计图纸上注释说明：“假山空间关系复杂，施工单位需借助业主提供的BIM三维模型参考施工定位”；

山体表面积因预算限制需进行表面积控制，在Rhino软件中进行表面积计算，超出的面积在考虑山体美观和设备预留空间进行山体优化，将面积控制在4万m2以内。

4)采用统一整合平台，输出设计辅助格式

本项目包含常规含建筑、结构及机电的土建设计、市政、景观、游乐设备、弱电智能化、主题包装、幕墙以及反光照明等专业，BIM技术提供统一沟通平台，将多种格式的模型进行转换，最大程度保留原模型数据，在Navisworks中进行整合，协调各参建方进行全三维环境进行设计及优化；

各专业设计方软件不同，均需要山体、山体结构、土建单体、游艺设备的设计依据，在基础设计完成后，为包装、景观及土建设计导出各种格式的文件，提供参考依据。

5)BIM二次钢构预制，节约传统施工时间

在设计阶段无法准确设计的二次钢构运用BIM技术进行预支拼装，经统计钢结构预拼装率超过30%。如图3(b)所示二次钢构装配式BIM设计，改善了传统的现场工人手动焊接零预支率的状况，保障假山包装效果，节省工期。

2.2 基于BIM模型的乐园设计论证分析

模型是基础，基于模型的数据分析才是关键。

(1)古建可视化分析

运河人家位为园区主入口，为徽派古建，主要功能为游客服务、餐饮购物等。为进行效果展示，运用BIM技术对古建、结构、机电、包装、景观、市政、小市政等近十个专业超过50种元素进行了创建，图4(a)为未经渲染的截图效果，模型精细到瓦片。对包装及古建进行分析，根据人体工程学以及相关的游览习惯以人的视角进行视线分析，确保包装设置的合理性，如图4(b)，我们在连廊下看对面的主题包装，发现视线无法看到，最终取消包装，减少浪费和不必要的成本输出，节约成本。同时可配置VR眼镜，进行效果展示，提前演示入园效果，改善尚可优化的包装效果，辅助建设单位进行方案决策[6]。

(a) 古建navisworks截图

(b)包装分析图4 基于古建模型的可视化分析

(2)沉浸式体验分析

室内剧场、互动影院等建筑中设置有球形或者其他异形的屏幕，在进行室内机电管线设计、包装设计、游客行进路线设计时，需从游客角度出发，确保游客视线不被遮挡，利用BIM模型对游客体验进行评价，如图5(a)模拟游客行进过程中的视线，同时如图5(b)对投影设备的投影路径进行模拟，防止视线范围内及投影范围内有其他物体遮挡。确保游客体验。[7-8]

(a) 游乐设施分析

(b) 投影路线分析图5 沉浸式体验分析

(3)总图整体性分析

乐园作为一个整体，除了包含黑暗骑乘、室内游艺、互动剧场、交互体验、餐饮商店等单体外，还包含景观、包装、市政、小市政等辅助专业，因此乐园的BIM需考虑园区的整体性，包含建筑的相对关系、景观的完整性、多业态的视觉效果，给游客完美的游园体验。

市政的分析在于专业的准确性和覆盖的全面性，需要对所有专业进行整合和综合分析，才能发现如图6(a)小市政管线与单体基础等问题。[9]

重点如下：

1)对土球进行经验创建，避免树根的生长造成市政管线断裂；

2)除了市政一二级管网，还需要创建小市政管线，分析入户的接入情况；

3)人井的创建需依据当地图集，如图6(b)考虑检修的合理性，避免井盖密集出现及造成整理环境破坏。

(a) 灌溉与单体基础冲突

(b) 依据图集分析与路肩石合理间距图6 市政相对关系分析

根据乐园总图定位各准确单体位置，配合景观检查单体之间空间和视线关系，避免空间过小(图7(a)树木存在导致道路空间过窄，最终如图7(b)改乔木为灌木以保障空间)、互相遮挡等问题，同时检查地形竖向关系，避免排水不畅等问题。

分析包装与建筑单体的相对关系，如图8(a)对置于室外安装的机电设备情况进行分析，以游客视角核查空调室外机和风口是否造成穿帮，破坏建筑整体美观性，影响游园感受；后修改建筑外墙为弧形，外用树木进行遮挡，如图8(b)所示，保障游园效果。

(a) 树木遮挡造成通道空间不足

(b) 改乔木为灌木保证通道空间图7 单体相互关系分析

(a) 空调室外机外漏穿帮

(b) 优化包装遮挡设备图8 包装相对关系分析

室外乐园中有花车巡游，基于BIM模型，对行进花车巡游路线、消防动线进行分析，确保路线的合理性；如图9(a)，在花车巡游模拟中，发现大型乔木树冠会进入演艺人员的活动半径，有刮伤的危险，后将有预留空间的乔木进行外移，空间紧张的乔木改为小树冠或改为灌木。

根据景观专业图纸，对景墙、种植池、水景、座椅、垃圾箱、装饰灯、树木等进行BIM模型创建，根据多专业模型，辅助设计进行视线分析，考虑景观是否起到遮阴效果、大型乔木是否影响路灯光线、小品设置是否能被看到、导向标识是否清晰流畅，图9(b)为进行景观视线遮挡模拟的截图。

通过基于BIM模型的专业分析，在设计阶段管控各个专业的相对关系，充分考虑游客感受，实现设计论证及优化，提高设计质量。

(a) 花车巡游路线分析

(b) 景观视线遮挡分析图9 景观相对关系分析

(4)其他辅助应用及技术手段解决问题

除了以上乐园在设计阶段的辅助设计应用外，常规应用包含太阳能板设置分析、机电多专业协调、净高情况分析、机电安装分析、设备安装合理性分析、门窗遮挡分析、建筑使用空间分析、建筑外立面美观分析、检修空间分析、多余设计分析等，解决设计专业内专业间问题，提升设计质量。

应用无人机倾斜摄影技术对周边环境进行分析，风环境模拟对单体异形包装进行了最不利情况安全核查[10]；在模型处理方面，自主研发了快速建模软件对常规单体进行快速模型搭建，同时自主研发了算量软件，对设计阶段工程量进行计算，为成本部提供参考。

3 结论与展望

BIM技术在本项目中的应用重点在于进行全专业环境的方案推敲，辅助建设单位决策；进行复杂环境中的正向设计，解决二维环境中无法进行设计的情况；进行设计论证，以游客视角考虑游客的感受，避免穿帮，保障游园安全；综合考虑园区的衔接与专业的交互，避免包装景观浪费，节约成本，提升设计品质[11]；

对本项目的经济效益分析[12]，分为三个部分：

(1)正向设计辅助的大型游艺群的效益分析，分为如表1所示四类问题，保守估计实际解决的问题个数，工程部根据现场情况对单价进行保守估计，估算节约成本。

表1 霞客山设计阶段经济效益分析

(2)专业设计论证的全园多专业的效益分析，如表2所示分为八类问题，根据问题等级进行现场整改费用保守估算，用单项数量和单项单价进行估算；

(续)

(3)除了以上实际解决的问题，还对BIM技术在本项目产生的附加价值进行分析，如表3，包含对设计进行辅助、协调各方、为分包进行多格式提资，对节约的沟通成本和沉没成本进行估算；

表3 设计阶段附加价值经济效益分析

需要注意的是，设计阶段需要覆盖全专业，除建设单位与BIM设计单位，需要全员参与，共同协调解决问题；同时，为保障施工能够顺利进行，施工单位需要提前介入，了解设计过程管控，及时移交设计管控结果，在此基础上进行深化，保证项目品质。