数字化和智能化技术在余杭区亚运场馆改建项目中的应用——以BIM和赛时照明系统为例

徐磊

（杭州南苑控股（集团）有限公司）

1 项目概况

余杭区亚运场馆改建项目地处杭州市余杭区（因行政区划调整，现更名临平区，以下称临平区）南苑街道，北临人民大道，西邻东湖南路。建设用地134亩，总建筑面积94934㎡，本项目实行项目总承包管理模式。建设内容包含改建体育场和游泳馆，新建体育馆、综合训练馆、风雨操场、地下停车场及城市公共附属设施等，项目在第19届杭州亚运会承担足球、排球、空手道三项赛事和亚残会承担坐式排球一项赛事，同时在亚运会结束后举办其他大型体育赛事并兼顾全民健身需求。

2 设计理念

项目对原有临平体育中心进行整体升级改造。设计团队依据场地原貌，兼顾既有建筑，也根据临平地区“蚕丝之府”服装与纺织产业历史久远的传统，选定丝路为建筑设计主体。采用新颖的交互式设计手法以综合训练馆为丝路起始，连接起体育场、体育馆、游泳馆三个主场馆，隐喻“一带一路”内涵，向亚洲友人和全球观众展示我们国家的大国风范，加之建筑材料肌理色彩与照明系统变幻，展现杭州独特江南柔美。场馆在建设过程中要充分考虑交通问题和亚运赛后的合理运用，建成的地下停车场极大缓解周边居民停车困难、交通不便的困境，将绿色、智能、节俭、文明的亚运办赛理念结合到场馆设计中。

3 数字化技术BIM为项目赋能

3.1 整合模型，缩短设计周期

设计团队在扩初设计阶段即开始各专业模型整合，借助BIM进行参数化设计，将三个主场馆的方案造型的全部空间控制点赋予函数关系，通过这种数字化技术在三维空间对各控制点进行优化，控制精确度。BIM模型也作为基础模型，辅助包括建筑、结构、幕墙、机电、给排水、电气、暖通等专业，建立沟通渠道，形成BIM工作纪要，缩短设计周期。

例如，综合训练馆形体复杂、建筑外立面造型空间曲面较多，给建筑、结构、幕墙专业的衔接带来巨大挑战，通过BIM核查内部空间屋顶与体育场钢网架的连接部分，并通过参数化设计，确定幕墙网架两侧控制高度1m，获得较为精确的幕墙初步设计图纸，以便后续施工图深化工作开展[1]。

3.2 专项建模，解决设计难题

对CAD二维设计很难表达的空间造型，利用数字化技术BIM进行专项建模，解决设计难题。由于体育馆和体育场都涉及到大跨度钢结构设计，且原场馆业主提供的需改建体育场只保留了手绘竣工图，大大增加改建设计难度，在效果图无法满足展示空间关系的前提下，通过BIM建模，既确定原体育场需拆除的看台体量，又确定改建后的体育场屋面网架空间结构和与马道底板板面的相对距离。在工程设计阶段针对新老工程搭设，室内管道碰撞、区域净高分析、屋面排水专项、屋顶马道设计等主要问题开展建模，有效提高工程设计效能，提高工程设计质量；在施工阶段，对结构构件尺寸、位置、曲度和幕墙拼缝等主要重难点开展BIM建模，增强施工人员对施工流程掌控，提高施工安全可靠性，保证现场真实建筑形态符合工程设计效果。

3.3 持续优化，体现数字化技术价值

从开工到竣工交付，数字化技术运用贯穿始终，持续优化提高工程价值。例如施工期间采用了BIM与其他高新技术相结合的方法，将二维码贴在项目部和宿舍区并持续更新，管理人员和工人可以在空闲时间通过公众号观看下一个部位的模拟施工等信息。应用数字化管理，搭建不同分包企业的企业信息沟通平台，帮助信息传递、文件往来和流程审批，做到信息沟通留痕，流程可追溯。

项目19年3月开工到21年2月通过竣工验收，BIM团队始终坚持在施工期间持续更新模型并参加月会，展示可视化工程进度。当因钢结构屋面和外立面幕墙施工期间遭遇供货中断、梅雨、高温、台风等不利因素导致工期延误时，可视化三维模型帮助施工团队模拟确定赶工方案，协调各分包单位交叉作业事项，对发现的问题及时处理解决。最终项目不但按原定计划竣工，在实施期间工程建造进度还始终保持在杭州各亚运场馆改建提升类项目前列，获得杭州亚组委和各界人士的好评。

3.4 BIM设计着重四个部分

为加强需求整合，提高设计效率、保证设计质量。在余杭区亚运场馆改建项目BIM设计过程中，着重做好如下四个部分：改建体育场和游泳馆结构部分，包括主结构、屋面桁架和网架结构、造型柱结构；新建体育馆和综合训练馆建筑部分，包括屋面和幕墙造型、内部空间核查。体育工艺部分和场馆赛时改建部分。通过参数化建模和计算复核，结合拟建景观形成整体三维模型展示方案效果。

4 智能化赛时照明系统提升项目价值

本项目智能化工程采用一主机房、一备用机房的设计原则，网络布线集成安保指挥、电视转播、灯控和音控、设备监控网、亚组委专网等。共含四个系统：基础信息系统、安全保障管理系统、物业管理系统和体育专项系统。其中体育专项系统含十二项子系统：场馆扩声系统、LED大屏显示系统、赛事信息发布与查询系统、GPS标准时钟系统、升降旗控制系统、电视转播传输专网系统、计时记分及竞赛成绩处理系统、售验票系统、现场影像采集及回放系统、比赛设备集成管理系统、场馆运营系统和赛时照明系统。

4.1 照明设计，智能控制

智能化赛时照明系统在设计中始终坚持最大性价比设计准则，响应亚运会环保节俭办赛宗旨，在确保赛时使用功能前提下，比选照明设计方案，根据科学合理选择灯具，以有效控制投入为基础，及时对造价进行追踪，突显赛时灯光特点，做到最合理利用工程投入满足办赛要求。照明控制系统预留联网管线、联网接口、控制模块等，为后续维护、监控及纳入区级总控平台统一管理创造条件，完成调试后，可根据杭州亚组委照明统一管理的要求接入智慧照明平台。

体育场灯光控制系统可以对灯具进行单灯调光控制、配电柜接触器通断控制以及特定不同级别比赛模式灯光控制等。控制方式为全智能控制，例如光控、时控、手控等，使用物理按键结合触摸屏控制，在局域网覆盖范围内可实现触摸屏、手机端随时随地控制[2]。控制系统具有模块记忆预设灯光场景功能，不因停电而丢失；当每个智能照明控制系统有断电时，智能照明控制系统可保持原有场景控制状态，来电时，这种场景控制状态不会改变，以避免由于意外停电造成混乱。系统模块场景渐变时间可任意设置，以保证场景切换满足各种使用要求。重大赛事期间场地灯光秀一键实现，不同模式通过0%～100%调光满足不同照度要求。控制系统还可以将场地照明、泛光照明、室外景观照明、LED大屏显示及场馆扩声系统接入其控制系统进行联动控制。

4.2 灯具选用，绿色文明

赛时照明系统全部选用超长寿命的LED比赛照明产品，满足功能要求前提下，减少总能耗、降低碳排放。为延长使用寿命，灯具配有冷却鳍以扩大表面积获得更好的散热性能，安装吸热板以更好将灯具的热能传导出来，LED散热管理系统在灯具功率上升时，尽量降低结温，将结温控制在80℃以下。

为认真考量节能降耗，体育馆灯具最终选择简约大气且符合项目特点和使用功能的马道布灯方式，可以满足《体育场馆照明设计及检测标准》JGJ153-2016中所规定的排球、空手道Ⅵ级HDTV转播重大国家比赛、重大国际比赛转播等级对垂直照度、照度均匀度、眩光、显色性及色温等方面的要求。马道上灯具采用中、宽配光投射近区半场，灯具投射角在25°～65°之间，以保证提供足够的水平照度和垂直照度，多种配光搭配，提高照明效率。

体育场灯光注重减少对周边环境的光污染。体育场紧邻城市主干道，周边商务办公楼林立，南侧有职高学校宿舍楼，为在夜间赛时减少外溢光，不危害周边居民，不影响军、民用飞机，不干扰鸟类定向，控制炫光对场地及观众席的影响。根据专业体育照明设计软件计算及评估，体育场灯光设计采用马道结合四根灯杆的方式布灯以满足需求，灯杆采用维蒙特灯杆，布置于体育场主体建筑外围四角位置，高度62m，每杆可放置72盏1400瓦LED灯具，配备避雷针、航空障碍灯和炫光控制器，场地照明共采用288套LED-1500，其中TV应急照明灯具156套。

综合训练馆两层共四片场地，承担亚运会赛前排球热身需求，结合开阔的场地和较低的层高，最终决定采取轻量化设计，灯具功率不超过200瓦，搭配6种配光选择和抗UV保护罩。风雨操场顶部采用膜结构，中间高四边低，在照明方案模拟计算时，导入顶部结构三维模型图，做精确模拟计算后，确定灯具安装高度不统一，从7m到12m不等，款式选择结合场地布置和顶部结构，悬挂183套下照型灯具和84套侧向投射型灯具。

5 今后场馆建设建议

5.1 倡导数字化应用

积极参与前期方案调研论证，强调将数字化技术应用其中，助力场馆建设。通过成熟的数字化技术，在场馆改建这种非线性建筑项目最终落地提供了有力技术保障。数字化技术的融入使得体育场馆全过程建设更加可视化、模拟化、精确化。加强数字化技术人才培养和技术支撑，构建数字化生态，为项目增值，打造有竞争力的体育场馆。

5.2 提升智能化水平

通过提升体育场馆有效智能化建设水平。打造智慧集成平台、赋予体育场馆更高水平自主运行控制能力。体育场馆智能化为使用者提供更加人性化、现代化服务，实现绿色、节能、舒适目标，为休闲健身、体育训练、赛事转播等多种需求提供支持。

5.3 实现全民共享

保障场馆赛时与赛后可利用、可经营、可持续，实现经济社会效益最大化。例如，临平亚运场馆在亚运会结束后，不仅能继续用于临平职高的学校体育教学活动，还能开展足球、田径等竞技体育赛事，也能继续对市民开放，让市民享受最新体育设备和最优健身环境，做到还馆于民。

6 结语

余杭区亚运场馆改建项目的例子为今后同类型改造工程做好了榜样，为今后项目建设提供丰富经验。今后的工程也应该根据自身实际情况进行调整，进一步实现数字化、智能化技术和场馆建设高效融合，提高资源运用能力和综合管理能力。