錢凱法 潘一平 吳新泉 李遠(yuǎn)晟

(1 南京祿口國際機(jī)場二期工程建設(shè)指揮部，南京 211113;2 華東建筑設(shè)計(jì)研究總院，上海 200002)

1 項(xiàng)目簡介

南京祿口國際機(jī)場二期工程為江蘇省重點(diǎn)項(xiàng)目，新建T2 航站樓，建筑面積為26 萬m2，滿足年處理旅客1 800 萬人次規(guī)模。工程已于2014 年7 月投入使用，全面滿足青奧會的運(yùn)營需求，同時(shí)打造江蘇省及南京市全新的門戶形象，如圖1 所示。

南京是六朝古都、十朝都會，素有“虎踞龍盤”之稱，T2 航站樓以“風(fēng)從虎，云從龍”為設(shè)計(jì)理念，形體輕盈通透，充滿張力。飄逸舒展的復(fù)雜曲面頂蓋，如行云流水，氣勢非凡，整體采用“大跨度、小曲率、多變化”的結(jié)構(gòu)形式，屬國內(nèi)首創(chuàng)。

2 屋蓋系統(tǒng)設(shè)計(jì)施工一體化

圖1 鳥瞰效果圖

南京祿口國際機(jī)場二期航站樓屋蓋曲面極為復(fù)雜，屋蓋體系分為四個(gè)層次，從上至下分別為金屬屋面、鋼結(jié)構(gòu)桁架、吊頂和下部支撐結(jié)構(gòu)(如圖2)。

屋蓋系統(tǒng)基于BIM 技術(shù)的設(shè)計(jì)施工一體化理念具體實(shí)施流程如下:

1)利用參數(shù)化技術(shù)手段完成復(fù)雜屋蓋形體的找形;

2)在BIM 模型中構(gòu)建結(jié)構(gòu)計(jì)算單線模型，并導(dǎo)入專業(yè)分析軟件中進(jìn)行演算，完成結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);

3)將結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)整合到BIM 模型中進(jìn)行設(shè)計(jì)校核，并進(jìn)行三維協(xié)調(diào)、修改設(shè)計(jì);

4)利用BIM 模型直接導(dǎo)出屋蓋部分施工圖(屋蓋部分建筑平立剖面圖、部分大樣及三維定位圖)，如圖3;

圖2 緯向剖面示意圖

圖3 屋蓋大樣及三維定位點(diǎn)圖

圖4 BIM 模型與現(xiàn)場實(shí)際比對

5)將屋蓋BIM 模型提供給施工深化單位進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，并對其深化BIM 模型進(jìn)行校核。施工單位依據(jù)BIM 模型進(jìn)行下料、加工、安裝;

6)當(dāng)現(xiàn)場安裝出現(xiàn)問題時(shí)，利用BIM 模型比對現(xiàn)場照片，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)地測量，找出問題責(zé)任方，快速解決現(xiàn)場問題，如圖4。

在屋蓋系統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程中，BIM 模型做為一個(gè)信息傳遞的統(tǒng)一載體貫穿了項(xiàng)目的全過程，各參與方通過這一載體完成了交互式協(xié)同，提高了工作效率，保證了項(xiàng)目高品質(zhì)地順利實(shí)施。

圖5 主樓屋面幾何形態(tài)構(gòu)成圖

3 雙曲屋蓋參數(shù)化設(shè)計(jì)

屋蓋造型如同一片云彩中變化出龍的背脊，為構(gòu)建這一復(fù)雜的曲面造型，我們運(yùn)用了Rhino5.0 軟件及其參數(shù)化插件Grasshopper，利用軟件在曲面表達(dá)、參數(shù)化關(guān)聯(lián)方面的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)了建筑設(shè)計(jì)意圖的完美表現(xiàn)。

首先我們確定“云彩”的邊界條件，并繪制參數(shù)可調(diào)的簡單曲線作為主樓屋蓋的輪廓。“龍的背脊”可以用橫波來描述，利用單弧線控制波峰波谷高度，并將波峰波谷的平面位置與軸線一一對應(yīng)。通過橫波線和輪廓線可以確定屋蓋造型的經(jīng)向控制線，從而生成屋蓋的參數(shù)化三維模型，如圖5所示。

對于復(fù)雜異形屋面，排水設(shè)計(jì)尤為關(guān)鍵。通過編寫GH 程序，我們可以在屋面Rhino 模型中平均選取一些采樣點(diǎn)進(jìn)行排水坡度的分析，找出排水不利點(diǎn)，通過調(diào)整曲面造型或者增加排水設(shè)施等方法滿足屋面排水設(shè)計(jì)的要求。同時(shí)，利用BIM 模型可以快捷地統(tǒng)計(jì)出匯水面積，為排水設(shè)計(jì)提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支撐，如圖6 所示。

為實(shí)現(xiàn)屋面造型完整性的效果，在實(shí)際施工時(shí)需將屋面劃分為條板，進(jìn)行錯(cuò)縫平鋪安裝。通過GH 參數(shù)化的控制手段，調(diào)整設(shè)定的板寬數(shù)據(jù)和板縫數(shù)據(jù)，可及時(shí)反映完工效果，方便設(shè)計(jì)人員判定是否達(dá)到預(yù)期。由于屋面造型極其復(fù)雜、板塊單元超長等原因，容易導(dǎo)致平板鋪設(shè)時(shí)板縫不齊，安裝時(shí)需對材料進(jìn)行拉伸操作以調(diào)整間隙。因此，在設(shè)計(jì)過程中需考慮材料的延展性，對劃分方案進(jìn)行可實(shí)施性分析。運(yùn)用參數(shù)化程序，可獲取空間板塊間縫隙變化，計(jì)算出理論延展系數(shù)，將其與材料實(shí)際參數(shù)進(jìn)行比對驗(yàn)證，如圖7 所示。

圖6 屋面排水分析圖

圖7 板塊分析圖

為保證完工效果，通過BIM 模型出具屋面控制點(diǎn)定位圖，從而指導(dǎo)施工方精確地完成屋面安裝，體現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖。明確控制點(diǎn)采樣方法和坐標(biāo)系原點(diǎn)后，在BIM 模型中利用參數(shù)化技術(shù)確定控制點(diǎn)坐標(biāo)，并為其按一定邏輯進(jìn)行編號，同時(shí)導(dǎo)出含有點(diǎn)編號和點(diǎn)坐標(biāo)的Excel 表格，完成屋面控制點(diǎn)定位圖，連同BIM模型一起交付給施工方進(jìn)行深化設(shè)計(jì)及安裝。

4 結(jié)語

南京祿口國際機(jī)場二期T2 航站樓采用國內(nèi)首創(chuàng)的“大跨度、小曲率、多變化”結(jié)構(gòu)金屬屋蓋系統(tǒng)，通過合適的材料選型、優(yōu)化的三維設(shè)計(jì)、創(chuàng)新的屋面構(gòu)造等手段，金屬屋蓋部分的建安費(fèi)用為每平方米1200 元，與同類建筑相比節(jié)省造價(jià)約20%。在復(fù)雜曲面設(shè)計(jì)、施工和協(xié)同工作方面，BIM 技術(shù)均展示出其強(qiáng)大的優(yōu)勢。我們相信BIM 技術(shù)是引領(lǐng)信息技術(shù)走向更高層次的一項(xiàng)創(chuàng)新，會在不久的將來成為工程建設(shè)行業(yè)的主流設(shè)計(jì)工具。

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