基于bim的可持续设计在黑瞎子岛植物园_项目中的创新实践

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1、基于BIM的可持续设计在黑瞎子岛植物园项目中的创新实践TheInnovativePracticeofBIM-basedSustainableDesigninHeiXia-ziBotanicalGarden121撰文苏昶王万平苏骏1上海建筑设计研究院有限公司2上海现代建筑设计（集团）有限公司摘要通过介绍基于BIM的参数化技术在黑瞎子岛植物园项目设计中的创新实践，借助于一系列的三维软件及相关技术手段和方法，解决了项目本身空间关系复杂、全过程协作等难点问题。同时，通过建筑信息模型的建立，更好地完善了设

2、计、施工等多家项目参与方之间的数据共享与传输，探索并实践了真正意义上的BIM思想。关键词黑瞎子岛植物园BIM参数化曲面造型技术设计优化数据交换项目协作1工程概况将确定曲线唯一性的变量设为运算器的输入条件，这样建筑专业既黑瞎子岛植物园位于中俄边境的黑龙江省抚远县黑瞎子主岛可以继续开展诸如网壳表皮细分、室内外空间规划等深化设计工上，黑瞎子岛是中国最东方的位置（图1），于2008年正式回归，具作，结构专业也可在Midas中导入BIM衍生的模型进行诸如考虑几何有重要的战略和经济地位，作为黑瞎子岛战略性开

3、发的第一步——非线性的屈曲分析和在Ansys进行同时考虑材料非线性和几何非线黑瞎子岛植物园，是首个在岛上兴建的民用公共建筑。图1黑瞎子岛地理位置2建筑形态的优化处理黑瞎子岛植物园取寓于东方升起的太阳，内院呈环抱东方之图2黑瞎子岛植物园势，内部引入环境水系，整体为椭球体局部，形态完整（图2）。植物园地上部分为半径75m的圆，内院呈曲线状；建筑最高点为20m。建筑造型新颖，具有一定的不规则性。通过对方案造型的分析，此类造型容易遇到曲面收敛点问题。如果曲面结构不合理，不仅造型光滑度受损而影响视觉感官，

4、而且曲面收敛点位置往往也是应力集中突变的区域（图3），如果处理不好到了施工安装环节甚至会直接导致预制件加工失败。结构工程师同时也认为单层网壳计算除满足规范规定的强度、刚度计算外，还需要验算网壳的稳定性。靠近椭球表面中心的部分对于单层网壳的整体稳定计算起到控制作用，同时也是结构设计的重点和难点，此处较为平坦，很难形成很好的拱度。为了找到一条既符合建筑美学又满足结构合理性的网壳基线，图3屈曲分析62性的屈曲分析。结构计算所得的结果输出后只需在运算器中替换输入条件就能实时地反馈在建筑深化模型上，便于理

5、解和沟通（图4，5）。最可贵的是借助BIM起到的桥梁作用，建筑和结构两个专业各自在原有工作上向前迈出一步，在这个过程中改变了以往相互反复图6曲面等参线等待对方提交资料的情况，由流水作业转变为平行作业，大大提高了效率。3网架构造形式优化曲面表皮划分无论使用何种方法都必须考虑曲面等参线的特点（图6）。本项目由于收敛点问题，在其附近会出现杆件排布过于紧密的情况（图7）。设计师巧妙地将单体内院立面做倾斜处理，形成图7收敛点相对独立的内院环境。这样做的好处是既合理地组织流线，使这幅曲图8壳体网架线框模型图

6、4Grasshopper运算器图9圆钢顶梁与网架预留300mm净距连接图10优化后布置紧凑，连接巧妙图5体型优化面幕墙成为室内植物园的室外展示部分，而且可以将收敛点消失于造型之外。之后，通过配合图形算法编辑器生成不同的网架形式供设计团队比较评估，选择了结构最为合理的网架形式（图8~10）。4日照辐射优化项目中之所以使用ETFE膜替代传统玻璃幕墙的围护体系，主要出于植物对高透光性和保温性的需要。设计师遵循以植物为本的指导思想，以植物需求定位建筑物的朝向，从而获得充足的阳光。Ecotect是方案阶段

7、可持续设计最常用的定性分析软件，但复杂建筑造型在跨环境交换下数据难免有损。计算网格划分费时费力而且调整周期长，影响方案推敲的实用性。为了更好地配合设计主业提升设计品质，设计团队使用一种暂称为“基于可持续设计的参数化找型”的BIM衍生技术（图11），即在造型环境下直接调取当地的气候数据，设定计算参数，自动生成图11基于可持续设计的参数化找形63计算网格，网壳表面每块膜材的物理量能以颜色和数值随建筑造型时使室外风通过温室植物区，带走温室热量，达到自然通风降温的的调整实时更新反馈，甚至用这些反馈的物理

8、量驱动建筑造型的自目的，大大降低了建筑空调能耗。生长。由此，热带植物区和暖温带植物区就能设置在日照最充足的从室内Z=1.5m标高平面自然通风矢量图来看，室外风通过外部位，可操作性更强，建筑师更能从容拿捏感性和理性的平衡点。窗和可开启ETFE膜进入室内，外窗和可开启ETFE膜起到很好的导5室外风环境优化风作用，促使室外自然风进入室内各植物区，为植物呼吸带来新鲜黑瞎子岛位于东经134°27′，北纬48°17′，海拔高度空气的同时，带走室内热量，使得植物处于一个适宜的热湿风环境81.2m。结合CFD技