BIM技术在异形建筑正向设计中的研究与应用.pdf
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1、 年 月上第 卷 第 期施工技术(中英文):技术在异形建筑正向设计中的研究与应用陈文林,王跃军,孙艳红,陈 琪(甘肃省工程设计研究院有限责任公司,甘肃 兰州;甘肃省建设设计咨询集团有限公司,甘肃 兰州)摘要 在永靖县炳灵寺 景区旅游环线塔坪游客服务中心项目中,存在异形建筑形体流线极为复杂、功能需求高、场地不规则、建设投资紧张、工期短等问题,利用 倾斜摄影的方式进行体量构思和三维实景实时设计,并对该建筑进行场地分析、参数化分析、能量分析、人流疏散分析及量化分析。在深化设计阶段,利用 技术解决建筑与结构节点复杂、机电专业管综碰撞等问题,最终以平面图纸、三维节点图和参数构件图表等方式进行呈现,并对前
2、期方案的复杂性、可行性、多样性、应用性进行正向设计研究,便于项目各参与方进行实施和管理。关键词 钢结构;建筑信息模型;正向设计;异形建筑;一模多用中图分类号;文献标识码 文章编号(),(,;,):,:;();作者简介 陈文林,副高级工程师,:收稿日期 工程概况 永靖县炳灵寺 景区旅游环线塔坪游客服务中心项目位于甘肃省临夏州永靖县炳灵寺核心石窟景区西侧塔坪村,紧邻国家 级景区炳灵寺石窟,选址一侧邻近盘山公路,是周边山地的局部制高点,东侧为山谷及黄河,西侧是山体。项目规划用地面积,总建筑面积 ,其中,地 上 建 筑 面 积,地 下 建 筑 面积 。本项目场地不规则,形体流线极为复杂,建设投资紧张,
3、建设工期较短,针对以上特点,利用 技术对其进行正向设计研究与应用(见图)。前期方案设计应用 三维实景实时设计 该场地三面环山,一面邻近高速公路。其地势复杂,加之属于湿陷性黄土地质,因此建筑位置、体 施工技术(中英文)第 卷图 项目建筑模型 量、结构形式和排水方式成为该异形建筑正向设计的重难点。在大型公共建筑游客中心项目中,大跨度曲线空间的设计与施工、复杂钢结构形式及异形空间中的管综表达难度较大,因此利用 技术展示二维设计图纸中难以表达的碰撞问题,并将虚拟现实技术应用于设计阶段、施工阶段及运维阶段。针对设计难点,结合 倾斜摄影、虚拟现实等技术对场地进行 个垂直、个侧视不同角度摄像的云踏勘模式,从
4、而获取项目规划用地的三维地理信息数字化模型,并组织建筑、结构、设备、造价、策划等专业技术人员,从场地条件、气候条件、地质条件、周边设备条件方面对场地进行总体规划和功能分区(见图)。图 倾斜摄影场地 首先,为适应当地自然气候和地理环境,将场地规划为建筑区、广场区、绿化区、休闲步道区、小车停车区、大巴停车区功能团,以满足建筑、交通与环境的合理分区。其次,为避免建筑物在湿陷性黄土中产生滑坡滑移现象,选用较深的钢混结构独立基础。最后,通过 倾斜摄影展示方式,将游客中心建立在场地坡度较高的东北侧,采用大跨度钢结构形式,主体以弧形绿叶概念为意象,与盘山公路平行,呈环抱公路态势,其南侧外部衔接 条架空的曲形
5、景观长廊,缓缓落至地面。建筑周边设游客广场和绿植水榭,在东西侧及景观廊道下方设停车场,由东侧高速路口驶入,内部为大巴车回车场地。西侧为大巴停车场,满足人流集散要求,整体因地制宜、依山傍水。通过 正向设计确定建筑规划方案和功能分区后,异形建筑平面设计也是难点。通过 计算所需功能房间的面积,并紧密排布轴网,找到屋面造型的延伸界限,形成初步弧形轴网。再调整设备、交通功能区域的面积和位置,继续优化轴网。最终通过弧形轴网定点定弧的方法优化设计建筑轴网,并生成功能合理的总平面图。三维体量构思设计 在项目 层布置贵宾室、纪念品商店、展厅、水吧、环幕影院、公共办公室、独立办公室,在 层布置餐厅、厨房、办公、设
6、备间等辅助用房。地下 层为设备房,外部景观连廊面积为 。综合考虑项目地理位置、自然气候、地质地貌及管线供应等因素,以绿色低碳为理念,以绿叶为意象,将弧形建筑体量环抱中央庭院空间,通过简洁的线条勾勒流动的空间形态。在主体屋面上布置太阳能板,架空的飘带廊道部分设种植屋面。建筑高度为 ,整体为地上 层、地下 层,主要为网架结构、钢结构及大跨度架空与曲面桁架组合结构。性能分析 场地风量分析 当建立所有模型后,利用 插件 模拟场地风压和风速。将模型导出为携带房间分类信息的 文件后,再导入 中进行识别,分别对该建筑夏季迎风面、背风面进行风压模拟。使用专业风能分析软件分析风速流线、风压数据,再通过模拟结果调
7、整设计方案,使建筑设计结果满足绿色建筑相关规范。仿真分析中,将风场处理为等温不可压流在主导风作用下的稳态湍流场,通过标准 模型进行湍流计算。基本控制方程为连续性方程、动量方程、湍流动能方程、湍流耗散方程、湍流动能与耗散率的关系方程,组成标准 模型封闭方程组。在稳态问题中,除湍流动能与耗散率的关系方程外,均可采用下式计算:()式中:为大气密度,取大气标准状态值;为流速矢量;为散度算子;为梯度算子;为广义扩散系数;为源项。为湍流普朗特数,为湍流贡献的动量扩散率与热扩散率的比值。当变量分别取常数,流体速度矢量、湍流动能、耗散率、广义扩散系数与源项分别取相应量,式()分别对应连续性方程、动量方程、湍流
8、动能方程、湍流耗散方程,各参量形式参考式()。最后,湍流动能与耗散率间的关系如下:陈文林等:技术在异形建筑正向设计中的研究与应用 ()式中:为湍动黏度;为经验常数,取值 ;为湍流动能;为耗散率。若考虑边界条件,模型计算区域的下风向(包括天空)边界为出流条件,上风向为速度入口条件。速度方向为平行地面的主导风向,速度大小设置为模拟结果与气象测点吻合。根据大气边界层理论,考虑基地环境情况,将模拟计算区域高度定为,处于大气边界层范围。此范围内的入口风速如下:()式中:表示高度 处的风速;为基准高度 处的风速,基准高度一般取地面以上。常数 根据不同地貌进行选择,此处为 。不同高度处的湍流动能根据下式设置
9、:()相应湍流耗散率根据下式设置:()通过分析场地风量、流速、风压情况,优化建筑物外形,找出最贴合场地风场的建筑体形,同时为其他专业提供设计参考数据,使建筑外形、功能、布置更加合理。数值模拟分析结果如图 所示。图 数值模拟分析结果 光照分析使用 进行光照分析,将建筑物导入 中完成不同时间段的光照分析模拟,根据模拟结果调整方案(见图)。通过光照模拟分析,降低对建筑物及周边环境的影响,进而找出该建筑各立面的最优采光角度,同时优化建筑室内光照环境,使建筑光照更合理、使用环境更舒适。人流疏散分析 大型公共建筑中的人流疏散能力为重中之重,因此设计过程中使用 进行人流疏散模拟,导入模型在 中需要人工重新定
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