上海城乡建筑设计院有限公司

是建筑,更是艺术——BIM正向设计技术在上海之鱼改造项目中的应用

案例研究

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上海之鱼(图片来源:上海城乡建筑设计院有限公司官网http://www.scadi.com.cn/product/83.html)

Summary

上海城建设计院采用BIM正向设计的方法,在项目改造方案阶段,基于Autodesk Revit®平台,结合Autodesk Twinmotion for Revit软件对改造方案进度进行了多轮动画模拟,确保了方案实施的精准性和可行性;在施工图设计阶段,利用Revit 构建参数化的技术,对造型复杂的外立面及幕墙进行深化设计;在结构改造过程中,充分利用BIM技术的数据联动性和关联性,建立了不同阶段的构件模型,并结合Autodesk Navisworks®施工模拟,为设计和施工提供了精准的指导。

上海城乡建筑设计院有限公司简介
上海城乡建筑设计院有限公司(以下简称“上海城建设计院”)创立于1978年,是早期持有国家工程设计甲级资质证书的单位之一,擅长大型居住、商办、酒店项目的规划和建筑设计,并在BIM设计、PC设计、幕墙专项设计以及新能源等领域拥有相当丰富的设计经验。

上海城建设计院BIM应用现状
伴随数字化的变革与智能化时代的到来,BIM技术已经逐渐成为建筑行业数字化转型的关键驱动力。上海城建设计院率先应用BIM技术,从2011年开始组建BIM技术团队,使用三维设计和施工指导,借助中外合作项目取得了长足的进步,之后上海城建设计院将BIM技术应用于国内诸多项目中,并逐步使用和推广BIM正向设计技术。上海城乡建筑设计院有限公司BIM中心主任丁杨兵表示, BIM技术带来的优势主要体现在以下几方面:

首先,从前期策划BIM应用方案编制、方案设计、初步设计、施工图设计直至施工实施阶段,BIM技术对建设项目的经济效益分析,成效明显;其次,通过使用BIM技术和多维度的管理手段,可以提高深化设计图纸的质量,减少图纸中错漏、碰撞的发生,辅助工程施工管理;第三,应用BIM技术,可以建立完整的工程模型和数据库;第四,BIM技术的可视化、协调性、模拟性、优化性以及数据性等功能,促进了建筑业生产方式的转变;第五,运用BIM技术从源头上提高设计水平、把控细节,对关键环节精准算量,可以有效减少材料浪费,控制成本;最后,依托BIM中心文件协同,可实现项目多专业多团队协同工作;最后,通过BIM模型建立积累的标准化三维数据库,可为批量化应用提高设计效率。

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上海之鱼(图片来源:上海城乡建筑设计院有限公司官网
http://www.scadi.com.cn/product/83.html

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上海之鱼改造项目的特点及难点
上海之鱼改造项目总建筑面积5995.38㎡,是上海市奉贤区上海之鱼环湖公园的主要景观位置,地理位置突出,既能观景,又是景观。项目包括坐拥 270 度环湖景观的 S4 栋,以及沿湖堤路的 S3 栋和 S2 栋。为了打造奉贤区的城市区域新地标,需要对此项目进行升级改造。项目要求在原有建筑主体结构基础上进行整体改造,充分利用原有建筑的主体结构进行分级分步介入改造,沿河转角处局部重点改造,其余部分微改造。

据丁杨兵介绍,改造项目在流程上与新建项目不同。新建项目从方案规划设计开始都是新的,是从无到有的一个过程。而改造项目有一个特殊性,就是改造建设团队要对原始建筑有充分的了解,并且利旧、改造和新增的部分是一种并存的状态。因此,在常规设计过程中,大家很难去定义这些部分和流程。这就需要通过BIM技术的阶段化把这些流程清晰的表达出来,然后构建。用BIM技术来承载设计属性、过程属性以及阶段属性,这样一来就可以使设计流程更加顺畅。

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[Description.] 改造前的上海之鱼实景(图片来源:上海城乡建筑设计院有限公司)

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和绝大部分改造项目相同,上海之鱼也具有改造项目的上述特点,其改造面临的主要问题是——建筑主体结构施工完毕,改动余地不大;建筑形体基本框定,突破难度大。具体表现首先是外立面造型复杂,有很多不同角度的桥板组合;其次是它的改造内容多样,利旧、加固和新增都要进行;再次,它对结构分析的合理性,安全性要求较高。最后,外立面改造的美观性要求较高。美观的同时又要确保机电系统的功能能够充分满足使用需求。

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[Description.] Photo courtesy of [credit].

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BIM正向设计技术助力上海之鱼改造项目顺利完工
基于上海之鱼的上述改造特点和难点,上海城建设计院给出了“基于原有结构的轻介入改造策略+基于空间景观的一体化改造策略”。首先是局部重点改造。利用原有结构进行局部悬挑,在朝向湖面的方向“插”入七片白色切片,这些切片处于不同的高度、方位和角度。有的切片是通过延长建筑原有的平台悬挑出来,有些以倾斜的姿态插入到原有的建筑空间体系中。建筑顶部的切片从原有结构中倾斜悬挑出来,悬挑距离达10米,是整个系统的制高点。其次是进行整体微改造。将建筑立面打开,缩小局部的室内空间,留出各个层面朝向湖面的观景平台,同时对建筑室内进行空间的合理重组与提升。

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上海之鱼改造项目建模图(图片来源:上海城乡建筑设计院有限公司)

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“为了确保能够顺利完成改造任务,上海城建设计院采用BIM正向设计的方法,综合利用BIM模型,在结构加固分析、外立面幕墙深化设计以及机电管线优化等多个环节进行了有效应用,显著降低了项目造价。此外,我们还为各阶段各部门搭建了一个高效的协同工作平台,有效减少了重复工作量和设计变更的发生,从而进一步提升了工作效率。同时,我们运用三维模拟技术对施工现场进行了精准指导,也取得了显著的效果。在整个项目过程中,Autodesk的软件和技术贯穿整个项目的全生命周期。” 丁杨兵介绍到。

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上海之鱼项目BIM模型图(图片来源:上海城乡建筑设计院有限公司)

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丁杨兵透露,2011年,上海城建设计院开始使用欧特克软件(中国)有限公司(以下简称“Autodesk”)的软件和技术作为公司BIM应用的主要软件。其中,Revit主要用于建模和解决冲突问题,Navisworks用于碰撞和施工模拟,Twinmotion for Revit用于将实时渲染添加至 BIM 建模、可视化和生产工作流中,Autodesk Civil 3D®用于应对异形场地等复杂基础设施带来的挑战。

具体到本项目,在改造方案阶段,项目团队基于Revit平台,结合Twinmotion for Revit软件来对项目改造方案进度进行了多轮动画模拟,以确保方案实施的精准性和可行性。同时,针对改造重点区域,团队采用360全景多角度论证,确保每个细节都得到充分的考虑和展示。此外,项目团队还利用3D打印技术制作了实体模型,用于进一步推敲和完善方案,从而提高方案汇报的整体效率,确保了改造项目能够顺利进行。

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上海之鱼项目生成分析图(图片来源:上海城乡建筑设计院有限公司)

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在施工图设计阶段,团队利用Revit 构建参数化的技术,对造型复杂的外立面及幕墙进行深化设计。鉴于传统的CAD技术在表达设计意图方面存在局限性,通过充分利用Revit软件的三维空间可视化和二三维数据联动等特性,有效解决了复杂空间关系问题,并实现了多级详图节点的深化出图。此外,上海城建设计院项目团队还基于BIM技术对结构改造进行了加固分析及构件阶段化分层辅助设计。

在本案的结构改造过程中涉及多种情况,如利旧、拆除、加固和新增等。为应对这些挑战,项目团队充分利用BIM技术的数据联动性和关联性,建立了不同阶段构件模型,并结合Navisworks施工模拟,为设计和施工提供了精准的指导。

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上海之鱼项目净高优化图(图片来源:上海城乡建筑设计院有限公司)

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在机电深化方面,由于建筑造型的非规则性,团队借助BIM模型对管线的上下落位点、空间高差关系以及设备安装检修空间的可行性进行了验证和优化。此外,BIM技术在设计过程中还为各阶段各部门提供了协同工作平台,有效减少了重复工作量和变更,确保了建筑的高品质和高水平。除此外,BIM技术的实时更新还确保了各专业及施工信息的一致性,为项目的顺利进行提供了有力保障。

在施工实施阶段,上海城建设计院充分运用BIM模型对施工现场进行精准指导,确保施工过程中的每一个环节都得到有效监控和管理。BIM技术以其强大的信息集成和可视化特性,为施工现场提供了前所未有的便利和高效。团队提供的轻量化模型,方便人员查看和操作。针对现场施工的重难点区域,项目团队组织进行了详细的三维交底工作。通过三维交底,可以清晰地展示施工区域的结构、设备布置以及施工顺序等关键信息,帮助现场人员更好地理解和掌握了施工要点。同时,还通过模型与现场实际情况的对比,及时发现和解决施工中存在的问题,确保了施工的正确性和安全性。

从上述使用过程来看,Autodesk软件和技术的使用为本项目的顺利高质完成提供了保障。上海城乡建筑设计院有限公司BIM中心主任丁杨兵认为:“Autodesk软件和技术所提供的直观价值,是通过基础应用,解决了很多碰撞问题、净高问题以及协调了各专业之间容易出现的一系列问题,从而直接节约成本近50多万元,同时缩短了项目周期,使整个项目提前近40天完工。另一方面,Autodesk软件和技术给上海之鱼改造项目及上海城建设计院带来的隐形价值体现在本案是改造项目在正向设计方向上的一个突破,通过这个项目,为后续的同类项目提供了宝贵的经验和人才储备。”

BIM技术的可视化、协调性、模拟性、优化性以及数据性等功能,可促进建筑业生产方式的转变。上海之鱼项目在各阶段通过使用以Autodesk系列软件为主的BIM技术和多维度的管理手段,提高了设计及施工效率和质量。同时应用BIM 技术,建立了完整的工程模型和数据库,并结合项目实际需求落地BIM技术的使用,充分体现了BIM真正的实用价值。

Autodesk软件和技术所提供的直观价值,是通过基础应用,解决了很多碰撞问题、净高问题以及协调了各专业之间容易出现的一系列问题,从而直接节约成本近50多万元,同时缩短了项目周期,使整个项目提前近40天完工。另一方面,其隐形价值体现在本案是改造项目在正向设计方向上的一个突破,通过这个项目,为后续的同类项目提供了宝贵的经验和人才储备。

丁杨兵 ,上海城乡建筑设计院有限公司 BIM 中心主任

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