■ 中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司 孫浩 楊玲 劉仕婷 楊婷 賴逸峰

核心看點(diǎn)：超高層建筑作為城市的象征，在建造過程中會遇到更大的挑戰(zhàn)，數(shù)字化應(yīng)用的可視化、參數(shù)化、協(xié)調(diào)性以及系統(tǒng)性解決問題的突出優(yōu)勢在超高層建筑建造中被充分運(yùn)用。本文以中國西南第一高樓項目為例，介紹設(shè)計階段通過數(shù)字化應(yīng)用逐個擊破規(guī)模大、參建單位眾多、周期長、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)高、能耗基數(shù)高等難點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)在多方高效協(xié)同、設(shè)計流程再造、精細(xì)化設(shè)計、低能耗建筑應(yīng)用等方面的創(chuàng)新探索與實(shí)踐，為大型項目在BIM工作中協(xié)同設(shè)計、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、效率提升方面提供參考。

項目概況及重難點(diǎn)分析

項目概況

中海天府新區(qū)超高層項目位于成都市天府新區(qū)核心區(qū)，項目規(guī)?？偨ㄖ娣e549000平方米，建筑高489米，建成后為中國西南地區(qū)第一高樓、“一帶一路”國際樞紐新地標(biāo)、超高層建筑超低能耗示范（圖1）。

圖1 中海天府新區(qū)超高層項目效果圖

項目重難點(diǎn)分析及BIM應(yīng)用策略

中海成都天府新區(qū)超高層項目面臨參建單位眾多、協(xié)調(diào)難度大、規(guī)模大、建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)高、設(shè)計難度大及能耗基數(shù)高等一系列挑戰(zhàn)，需針對性定制BIM應(yīng)用策略。面對協(xié)同難度大的挑戰(zhàn)，采用自主研發(fā)的數(shù)字設(shè)計云平臺，有效提高設(shè)計協(xié)同效率及專業(yè)內(nèi)信息流轉(zhuǎn)效率；面對全過程設(shè)計需求高的難題，提出數(shù)字化設(shè)計流程再造的工作模式，將施工圖設(shè)計、深化設(shè)計的內(nèi)容前置到方案及初設(shè)階段完成，避免后期大量反復(fù)工作；項目面臨規(guī)模大、設(shè)計難度大的挑戰(zhàn)，通過數(shù)字化精細(xì)設(shè)計、一體化及模塊化設(shè)計，提質(zhì)增效；項目能耗基數(shù)高，為響應(yīng)“雙碳”號召，運(yùn)用數(shù)字化手段構(gòu)建超低能耗建筑，打造國內(nèi)首個超低能耗超高層塔冠項目，降低全年綜合能耗，構(gòu)建高大空間舒適人居環(huán)境。

打造數(shù)字化協(xié)同平臺，實(shí)現(xiàn)各方信息交互

超高層項目參建單位眾多、涉及專業(yè)廣，整體協(xié)調(diào)要求高。該項目設(shè)計及各合作方共計近40家，全面開展BIM協(xié)同設(shè)計，將面臨嚴(yán)峻的企業(yè)間、專業(yè)間及專業(yè)內(nèi)的協(xié)同難題。為此，項目團(tuán)隊量身制定全過程BIM應(yīng)用策略及架構(gòu)，并自主研發(fā)數(shù)字設(shè)計云平臺，解決3類協(xié)同難題，支撐該項目開展全過程BIM設(shè)計。

企業(yè)間協(xié)同

項目BIM應(yīng)用工作由建設(shè)單位牽頭，BIM團(tuán)隊由設(shè)計、施工單位構(gòu)成，中國建筑西南設(shè)計研究院有限公司牽頭開展BIM設(shè)計工作。

為實(shí)現(xiàn)全生命周期信息交互，在設(shè)計階段前置考慮施工階段、竣工階段的數(shù)據(jù)應(yīng)用需求，打造數(shù)字設(shè)計云平臺，圍繞BIM模型進(jìn)行各階段的數(shù)據(jù)信息流轉(zhuǎn)和應(yīng)用，支撐項目各參與方之間的協(xié)同工作，解決企業(yè)間協(xié)同難題（圖2）。

圖2 企業(yè)間協(xié)同需求

專業(yè)間協(xié)同

在設(shè)計團(tuán)隊BIM設(shè)計過程中，各參與專業(yè)之間的協(xié)同需要完善的機(jī)制和規(guī)則，并以平臺為載體固化為軟件功能。在自主研發(fā)的數(shù)字設(shè)計云平臺框架下，打通與Revit軟件的數(shù)據(jù)交互，在云平臺端開發(fā)實(shí)現(xiàn)專業(yè)間協(xié)同、輕量化校審、設(shè)計成果數(shù)字化交付功能，設(shè)計項目管理覆蓋策劃至出圖全過程，支撐各設(shè)計專業(yè)在線協(xié)同，并輔助業(yè)主進(jìn)行項目溝通及管理，確保BIM設(shè)計有序高效推進(jìn)（圖3）。

圖3 專業(yè)間協(xié)同解決方案

專業(yè)內(nèi)協(xié)同

在各設(shè)計專業(yè)內(nèi)，由于所采用的設(shè)計、計算、模擬、仿真等軟件之間存在數(shù)據(jù)交互壁壘，單專業(yè)內(nèi)的BIM設(shè)計效率低。為支撐專業(yè)內(nèi)跨軟件協(xié)同設(shè)計，研制數(shù)據(jù)架構(gòu)更為精簡的SIM格式數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，為實(shí)現(xiàn)跨軟件一模多用奠定基礎(chǔ)?；谧匝蠸IM標(biāo)準(zhǔn)，自主研發(fā)國產(chǎn)數(shù)字化施工圖設(shè)計軟件CSWADI EasyBIM，集成和統(tǒng)一計算模型、設(shè)計模型和設(shè)計圖紙，實(shí)現(xiàn)施工圖智能設(shè)計，極大地提升了BIM設(shè)計效率和質(zhì)量。

數(shù)字化流程再造，BIM正向設(shè)計

數(shù)字化流程再造

超高層建筑層高每降低5厘米、造價將節(jié)約8000萬元，對此，設(shè)計團(tuán)隊提出了數(shù)字化流程再造的策略，將施工圖設(shè)計、深化設(shè)計的內(nèi)容前置到方案及初設(shè)階段完成，避免后期大量工作反復(fù)。方案階段，開展層高研判，對項目層高4.3米-4.5米進(jìn)行多方案比較，前置開展各專業(yè)設(shè)計、管網(wǎng)綜合分析，決策項目最優(yōu)層高；初步設(shè)計階段，前置開展設(shè)備機(jī)房優(yōu)化，明確機(jī)房位置、面積、機(jī)電路由對布局的影響；施工圖階段，前置考慮運(yùn)維需求，提前解決存在的運(yùn)維風(fēng)險。

全專業(yè)正向設(shè)計

項目全過程設(shè)計需求高，通過正向設(shè)計完成專業(yè)間精細(xì)化配合、三維校審、全專業(yè)出圖及三維成果交付。同時，基于自研的數(shù)字設(shè)計云平臺，項目BIM成果實(shí)現(xiàn)了完整的圖、模交付，大體量項目運(yùn)行流暢，達(dá)到國際先進(jìn)水平（圖4）。

圖4 項目全專業(yè)BIM模型

數(shù)字化成果沿用

中海地產(chǎn)運(yùn)維單位前置在設(shè)計階段，參與制定模型交付標(biāo)準(zhǔn)，提出運(yùn)維檢修需求等，BIM咨詢單位對各項BIM成果進(jìn)行過程審核，成果順利移交施工單位進(jìn)行沿用。同時，為滿足造價算量需求，制定模型的扣減及編碼規(guī)則，便于設(shè)計成果沿用至造價算量，在多個維度最大化沿用數(shù)字化成果。

數(shù)字化精細(xì)設(shè)計

一體化設(shè)計

在方案調(diào)整階段，采用參數(shù)化設(shè)計進(jìn)行巨柱定位控制，使得復(fù)雜的巨柱轉(zhuǎn)折、收進(jìn)等變化變得清晰、可視化，奠定各專業(yè)一體化設(shè)計的基礎(chǔ)。

基于建筑方案，在Grasshopper中快速進(jìn)行結(jié)構(gòu)方案設(shè)計，并利用節(jié)點(diǎn)與Etabs、Sap2000結(jié)構(gòu)分析軟件進(jìn)行交互，進(jìn)行伸臂層的推敲布置，實(shí)現(xiàn)方案階段的建筑結(jié)構(gòu)一體化設(shè)計（圖5）。

圖5 參數(shù)化調(diào)整結(jié)構(gòu)方案設(shè)計

針對項目冷卻塔置于塔身的特殊設(shè)計，通過數(shù)字化模擬確定冷卻塔塔身百葉以及設(shè)備層百葉選型，達(dá)到外表皮美觀與通風(fēng)效果的平衡，實(shí)現(xiàn)建筑機(jī)電一體化設(shè)計。

數(shù)據(jù)運(yùn)用提高生產(chǎn)效率

通過數(shù)據(jù)運(yùn)用提高生產(chǎn)效率，是精細(xì)化設(shè)計的重點(diǎn)。通過數(shù)字化插件，雙向同步裝修做法信息與BIM模型，實(shí)現(xiàn)了措施表與模型、圖紙實(shí)時聯(lián)動。同時，實(shí)現(xiàn)項目信息整合，使得房間信息多平臺、多軟件同步匹配，在減少錯漏的前提下，提升了圖紙信息表述的一致性和完整性（圖6）。

圖6 房間裝修做法信息協(xié)同

機(jī)電設(shè)計信息聯(lián)動也有諸多應(yīng)用，暖通水力計算通過Revit模型進(jìn)行系統(tǒng)篩選，自動統(tǒng)計管道長度及尺寸，解決傳統(tǒng)水力計算中管線復(fù)雜區(qū)域統(tǒng)計繁雜的問題。其余應(yīng)用還包括特殊防火包裹圖面表達(dá)、風(fēng)管系統(tǒng)編號，彎頭一鍵轉(zhuǎn)換等（圖7）。

圖7 機(jī)電設(shè)計信息聯(lián)動應(yīng)用

結(jié)構(gòu)專業(yè)通過參數(shù)化手段對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行不同位置構(gòu)件拆除，優(yōu)化結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過GH實(shí)現(xiàn)多款計算軟件數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，進(jìn)行多模型和多軟件的批量倒塌計算分析，完成數(shù)據(jù)高效傳遞和計算應(yīng)用（圖8）。

圖8 結(jié)構(gòu)防連續(xù)倒塌模擬分析

模塊化設(shè)計

項目標(biāo)準(zhǔn)層占比達(dá)72.25%，疊加效應(yīng)明顯，通過模塊化設(shè)計，制作空調(diào)系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)化最大構(gòu)件，滿足各區(qū)域差異性設(shè)計，大幅提質(zhì)增效（圖9）。

圖9 空調(diào)系統(tǒng)構(gòu)件模塊設(shè)計

“雙碳”背景下超高層低能耗解決方案

構(gòu)建數(shù)字模擬體系

為構(gòu)件數(shù)字模擬體系，通過模擬厘清“人工海拔”下的室外氣象參數(shù)垂直規(guī)律，為空調(diào)負(fù)荷計算提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為技術(shù)比選提供依據(jù)。

項目以滿足綠建三星、LEED金獎為構(gòu)件高效能源系統(tǒng)的目標(biāo)，其中，塔冠是目前國內(nèi)首個獲超低能耗認(rèn)證的項目（圖10）。

圖10 項目塔冠區(qū)域低能耗目標(biāo)

構(gòu)建高效能源系統(tǒng)

項目對兩種不同的超高層空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行動態(tài)模擬，分析兩種不同系統(tǒng)形式的全年綜合能耗，選擇節(jié)能率高的復(fù)合系統(tǒng)，構(gòu)建高效能源系統(tǒng)（圖11）。

圖11 空調(diào)系統(tǒng)動態(tài)模擬分析

構(gòu)建人居舒適環(huán)境

針對項目多個空中大堂、塔冠區(qū)域的高大空間，太陽得熱量大、輻射強(qiáng)度大，全玻璃幕墻的特點(diǎn)，夏季熱環(huán)境難以滿足人員舒適性，采用CFD模擬構(gòu)件人居舒適環(huán)境（圖12）。

圖12 項目高大空間特征分析

針對采塔冠區(qū)域基于CFD模擬，對熱濕環(huán)境進(jìn)行模擬分析，評估人員舒適度，并相應(yīng)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)置及參數(shù)，在保證室內(nèi)熱舒適的同時降低能耗。

對于空中大堂進(jìn)行溫濕度模擬，選擇適宜的設(shè)計輸入條件及末端布置方案。

項目總結(jié)

中海成都天府新區(qū)超高層項目通過數(shù)字化應(yīng)用解決設(shè)計階段各項重難點(diǎn)。基于自研數(shù)字設(shè)計云平臺，實(shí)現(xiàn)多方高效協(xié)同；通過再造數(shù)字化設(shè)計流程，打破傳統(tǒng)設(shè)計模式，實(shí)現(xiàn)全過程設(shè)計；通過數(shù)字化精細(xì)設(shè)計，顯著提質(zhì)增效，實(shí)現(xiàn)精細(xì)化設(shè)計；通過數(shù)字化手段構(gòu)建超低能耗建筑，打造國內(nèi)首個超低能耗超高層塔冠項目。通過項目的數(shù)字化應(yīng)用實(shí)踐為后期大型項目在BIM工作中協(xié)同設(shè)計、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、效率提升方面提供技術(shù)路線方法，引領(lǐng)超塔項目數(shù)字化設(shè)計新標(biāo)準(zhǔn)。

該項目合作單位有中海佳隆成都房地產(chǎn)開發(fā)有限公司、香港華藝設(shè)計顧問（深圳）有限公司及KPF建筑事務(wù)所等專業(yè)顧問，得益于各合作單位的支持與配合，中海成都天府新區(qū)超高層項目數(shù)字化應(yīng)用才能順利實(shí)施完成，取得良好效果。