北京第一高樓中國尊項(xiàng)目BIM應(yīng)用

　　一、項(xiàng)目背景

　　1、項(xiàng)目名稱：Z15“中國尊”

　　2、項(xiàng)目設(shè)計單位：北京市建筑設(shè)計研究院有限公司

北京市建筑設(shè)計研究院有限公司(BIAD)業(yè)務(wù)范圍包括：城市規(guī)劃、投資策劃、大型公共建筑設(shè)計、民用建筑設(shè)計、室內(nèi)裝飾設(shè)計、園林景觀設(shè)計、建筑智能化系統(tǒng)工程設(shè)計、工程概預(yù)算編制、工程監(jiān)理、工程總承包等領(lǐng)域。自1949年成立以來，累計完成建筑設(shè)計面積已超過1.5億平方米，從1977年至今，設(shè)計作品獲得各類獎項(xiàng)總計1166項(xiàng)，曾被北京市政府授予“首都建筑設(shè)計突出貢獻(xiàn)設(shè)計研究單位”榮譽(yù)稱號。在全國各地設(shè)有12個分支機(jī)構(gòu)，建筑設(shè)計作品遍及全國31個省市自治區(qū)。

　　3、相關(guān)軟件應(yīng)用：
　　Autodesk Revit Architecture
　　Autodesk Revit Structure
　　Autodesk Revit MEP
　　Autodesk Navisworks
　　Autodesk Design Review
　　Autodesk Ecotect Analysis
　　Autodesk Simulation CFD
　　AutoCAD

　　4、BIM應(yīng)用評價與反饋：

在數(shù)字化時代下，我們的建筑觀也產(chǎn)生了很大變化，BIM技術(shù)不但使建筑設(shè)計成果表達(dá)上達(dá)到了空前的水平，更重要的是改變了傳統(tǒng)思維。在建筑的美學(xué)追求、技術(shù)控制、產(chǎn)品加工和建造方面提供了前所未有的可能。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　——北京市建筑設(shè)計研究院有限公司董事長 朱小地

信息化的技術(shù)手段、系統(tǒng)化的科學(xué)方法、整體化的嚴(yán)謹(jǐn)控制，能使項(xiàng)目的BIM成果全面深入地運(yùn)用到包括概念設(shè)計、方案設(shè)計、施工圖設(shè)計、施工配合、運(yùn)營維護(hù)等各個階段的各個層面，力保以精密制造的生產(chǎn)方式打造超高完成度的建筑作品。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　——北京市建筑設(shè)計研究院有限公司總經(jīng)理　徐全勝

BIM技術(shù)在建筑領(lǐng)域的運(yùn)用，可以讓建筑師以前所未有的精度來控制建筑從設(shè)計到建造的各個環(huán)節(jié)，將推動建筑設(shè)計領(lǐng)域的下一次重大變革。

　　　　——北京市建筑設(shè)計研究院有限公司執(zhí)行總建筑師、Z15中國尊項(xiàng)目主持人　邵韋平

Autodesk Revit軟件目前是建筑領(lǐng)域里針對建筑的一個最成熟軟件。它可以按照建筑師和設(shè)計師的思考方式進(jìn)行設(shè)計，為項(xiàng)目提供了更高質(zhì)量、更加精確的建筑設(shè)計。

　　　　　　　　　　　　　　——北京市建筑設(shè)計研究院有限公司BIM研究室總工程師　陳宜　

　　二、正文

　　數(shù)字化精密打造北京新高度

　　Z15“中國尊”項(xiàng)目中的BIM技術(shù)應(yīng)用

　　北京市建筑設(shè)計研究院有限公司（簡稱“北京院”）作為業(yè)內(nèi)著名的建筑設(shè)計企業(yè)，近年來在復(fù)雜形體和綜合性建筑的專業(yè)協(xié)同、同步設(shè)計等領(lǐng)域進(jìn)行了多樣化的實(shí)踐，在鳳凰衛(wèi)視傳媒中心、深圳機(jī)場T3航站樓等項(xiàng)目中均不同程度的運(yùn)用了BIM技術(shù)作為工作手段，CBD-Z15“中國尊”這一項(xiàng)目更是將BIM技術(shù)作為核心平臺，旨在從設(shè)計到施工的各個方面為建筑的全生命周期提供最適宜的解決方案。

　　項(xiàng)目概況

　　北京CBD 核心區(qū)Z15 地塊項(xiàng)目，因其獨(dú)特的造型，又名“中國尊”。中信集團(tuán)以其雄厚的實(shí)力和卓越的眼光，引進(jìn)國際高端業(yè)態(tài)資源，集金融、辦公、商業(yè)、觀光等功能為一體，著力打造世界一流的總部服務(wù)平臺。

圖1 中國尊遠(yuǎn)景

　　“中國尊”項(xiàng)目位于北京CBD核心區(qū)中軸線上，總占地面積約1.15公頃；總建筑面積為43.7萬平方米，地上35萬平方米、地下8.7萬平方米，地上108層、地下7層；高度達(dá)到528米，建成后將成為北京第一高樓，成為北京新的地標(biāo)性建筑。塔樓從中國傳統(tǒng)禮器‘尊’的形體特征中汲取造型的靈感。在解決結(jié)構(gòu)和辦公空間出租需要的同時，通過抽象處理和比例優(yōu)化，既保持了尊形突出獨(dú)特的弧形效果，又形成了比例上的高雅和秀美。塔樓平面為帶有圓角處理的正方形，而且寬度漸變。塔底幾何基形為78米寬，在385米處的腰部為54米寬，頂部為69米寬。

　　Z15建筑是集超高超大于一體的超級工程?；诖藸顩r，設(shè)計師已無法用常規(guī)的概念來實(shí)現(xiàn)建筑方案，設(shè)計上必須針對Z15工程特點(diǎn)建立一個科學(xué)合理、邏輯清晰、組織有序的總體設(shè)計框架?？傮w設(shè)計框架包括影響Z15建筑形態(tài)、結(jié)構(gòu)骨架、保障運(yùn)行的基礎(chǔ)性系統(tǒng)?？傮w設(shè)計框架構(gòu)想以建筑的巨框結(jié)構(gòu)和十個功能分區(qū)為前提條件?？紤]到規(guī)模、交通、消防、安防、氣象等因素，Z15建筑劃分五個單元模塊，其中ZB區(qū)與Z0區(qū)為模塊一，Z1區(qū)與Z2區(qū)為模塊二，Z3區(qū)與Z4區(qū)為模塊三，Z5區(qū)與Z6區(qū)為模塊四，Z7區(qū)與Z8區(qū)為模塊五。

圖2 項(xiàng)目的模塊劃分概念

　　基于模塊劃分，在條件允許的情況下，所有系統(tǒng)應(yīng)按照以上模塊劃分的原則進(jìn)行設(shè)置。在設(shè)計中首先基于模塊概念構(gòu)建關(guān)于建筑整體運(yùn)行的基礎(chǔ)性系統(tǒng)，通過基礎(chǔ)性系統(tǒng)的建立保證每個模塊具有相對獨(dú)立的運(yùn)行和安全保障條件，每個模塊之間具有可靠的安全分隔，局部的突發(fā)事件的處理優(yōu)先被控制在模塊內(nèi)部解決。

　　項(xiàng)目難點(diǎn)

　　空間——“中國尊”地處北京CBD核心區(qū)，其在城市層面的空間銜接需要精細(xì)地刻畫，尤其是與城市大型地下公共功能設(shè)施的接駁，建筑須具備與未來城市發(fā)展需求的可持續(xù)適應(yīng)性?！爸袊稹痹谒诤退糠?，為城市提供著寶貴的公共活動空間，在這些空間處理上，都采取了特殊的造型與材質(zhì)。同時，其自身超高容積率也給設(shè)計帶來了諸多挑戰(zhàn)。

　　結(jié)構(gòu)——“中國尊”作為第一座在八度抗震區(qū)建造的高度超過500米的建筑，其對結(jié)構(gòu)安全提出了嚴(yán)峻的要求。而結(jié)構(gòu)作為建筑造型實(shí)現(xiàn)的根本支撐，需要在其所在空間層面發(fā)揮應(yīng)有的表現(xiàn)作用。建筑師如何從空間層面實(shí)現(xiàn)對結(jié)構(gòu)體系及構(gòu)件的精細(xì)控制是本項(xiàng)目設(shè)計的一大難點(diǎn)。

　　專業(yè)——對于這樣一個高精尖的建筑設(shè)計，特聘請了美國的Kohn Pedersen Fox Associates PC (KPF)作為建筑設(shè)計顧問；英國的Ove Arup & PartnersHong Kong Ltd. (ARUP)作為結(jié)構(gòu)顧問；香港的Parsons Brinckerhoff (Asia) Ltd. (PB)作為機(jī)電顧問；以及中信建筑設(shè)計研究總院有限公司作為專項(xiàng)顧問。此外，還聘請了國際一流的幕墻、照明、交通、景觀等相關(guān)專業(yè)設(shè)計顧問公司，共同保證該項(xiàng)目的高端品質(zhì)。北京院作為總體設(shè)計單位，負(fù)責(zé)BIM模型的整體制作與維護(hù)。

　　BIM在建筑設(shè)計中的典型應(yīng)用

　　城市尺度的建筑造型研究。北京院借助自身的BIM資料庫提取出場地周邊的單體信息和場地信息，建立一個完整的周邊城市區(qū)域模型；并將CBD核心區(qū)地下公共空間的BIM模型進(jìn)行共同整合。詳實(shí)完整的數(shù)據(jù)資料，使中國尊能夠從空間銜接、市政銜接、造型影響評價等各方面進(jìn)行深度控制。

圖3 城市尺度的建筑造型研究

　　在設(shè)計過程中，項(xiàng)目通過先進(jìn)的計算流體動力學(xué)技術(shù)進(jìn)行模擬分析，對塔樓造型進(jìn)行優(yōu)化，同時也對場地的環(huán)境設(shè)計提供了一定的技術(shù)支持。

　　塔基和塔冠空間造型研究。塔樓在入口處，作為“中國尊”在街道尺度的標(biāo)志性表達(dá)，特意采用了復(fù)雜曲面的挑檐處理手法。既創(chuàng)造了豐富的空間效果，又為城市公民提供了一份寶貴的公共空間，建筑處理與場地景觀的精妙設(shè)計，可以讓公眾產(chǎn)生獨(dú)特的場所體驗(yàn)。而塔冠處更是為市民提供了360度的北京全景觀景平臺，建成后將成為世界上最高的公眾觀光平臺，簡潔大氣的空間氛圍營造，可以讓普通市民一睹北京作為世界知名的歷史文化古都的獨(dú)特風(fēng)采。

圖4 塔基造型處理



圖5 觀光平臺空間效果

　　BIM在結(jié)構(gòu)設(shè)計中的典型應(yīng)用

　　整個塔樓呈中部明顯收腰的造型處理，而這種處理方式也對塔樓的結(jié)構(gòu)體系產(chǎn)生了重要影響，為了能夠?qū)Y(jié)構(gòu)體系和結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行精確的建筑描述，特為“中國尊”量身定制了幾何控制系統(tǒng)。幾何控制系統(tǒng)控制了塔樓的整個結(jié)構(gòu)體系造型需求，同時也對建筑幕墻及其它維護(hù)體系進(jìn)行了精確描述。幾何控制系統(tǒng)是以最初的建筑造型原型抽離出典型控制截面，以這些截面為放樣路徑，將經(jīng)過精確描述的幾何空間弧線進(jìn)行放樣，由此產(chǎn)生基礎(chǔ)控制面。以基礎(chǔ)控制面為基準(zhǔn)，分別控制產(chǎn)生巨柱、斜撐、腰桁架、組合樓面等結(jié)構(gòu)構(gòu)件，進(jìn)而產(chǎn)生整個結(jié)構(gòu)體系。以這種方式產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)體系，是在建筑師和結(jié)構(gòu)工程師密切配合下進(jìn)行的，充分滿足了建筑的造型需求，同時也實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)安全所需要的全部條件，為“中國尊”的項(xiàng)目設(shè)計與建設(shè)提供了最重要的技術(shù)保障。

圖6 在幾何控制系統(tǒng)下生成的中國尊結(jié)構(gòu)體系

　　BIM在機(jī)電設(shè)計中的典型應(yīng)用

　　“中國尊”作為一座超高超大的建筑，機(jī)電系統(tǒng)設(shè)計有著獨(dú)有的特點(diǎn)。其在豎向分區(qū)中，各區(qū)之間設(shè)有設(shè)備層，用來集中作為機(jī)電設(shè)備安放位置，同時，在地庫中也設(shè)有大量的核心機(jī)電用房。整個項(xiàng)目，機(jī)電設(shè)計大致可以分為三部分內(nèi)容：地庫核心以Autodesk Revit作為BIM平臺，對各種機(jī)電信息進(jìn)行及時錄入，讓模型即時地反映各種機(jī)電情況，為機(jī)電綜合工作的展開創(chuàng)造了優(yōu)越條件。B007層的機(jī)電情況非常復(fù)雜，而層高相對較小，在這種不利的局面中，通過對各種機(jī)電管線的梳理，在保證滿足各種機(jī)電系統(tǒng)安裝、運(yùn)行的狀況下，依然創(chuàng)造出一些可作為庫房的空間，使項(xiàng)目對業(yè)主的價值最大化。

圖7 B007層機(jī)電綜合的階段成果

　　BIM在專項(xiàng)顧問工作中的典型應(yīng)用

　　為了保證“中國尊”的最終完成效果，項(xiàng)目團(tuán)隊聘請了大量一流的顧問公司，這些顧問在其工作的過程中也大量運(yùn)用到了BIM技術(shù)手段。

　　消防性能化顧問，其通過Autodesk Revit軟件對首層大堂和標(biāo)準(zhǔn)辦公層等建筑典型部位，進(jìn)行煙氣和人員疏散模擬，從理論層面對塔樓的安全性能進(jìn)行了論述。此外，還對大樓在不同級別火災(zāi)情況下的人員總體疏散情況進(jìn)行了分析計算，針對性地做出電梯在疏散過程中的運(yùn)行策略。

圖8 首層大堂火災(zāi)煙氣模擬　　

　　“中國尊”作為北京新的地標(biāo)建筑，在綠色和節(jié)能方面有著極高的設(shè)計要求。節(jié)能顧問通過Autodesk Ecotect Analysis對塔樓標(biāo)準(zhǔn)層不同辦公區(qū)域的日照分析，提出室內(nèi)燈光設(shè)計的優(yōu)化方案，同時也對塔樓立面的遮陽構(gòu)件也提出相應(yīng)的優(yōu)化策略。而對冷卻塔的冷卻效果分析，更是保證了設(shè)計的運(yùn)行效果。對大堂、觀光平臺等重要空間的氣流模擬分析，也極大的提升了“中國尊”在空調(diào)設(shè)計方面的舒適性。

　　總結(jié)

　1.業(yè)主對BIM空前關(guān)注，對整個項(xiàng)目BIM應(yīng)用起到極大的推動。

　　2.項(xiàng)目的各個利益相關(guān)方無論從整體還是局部都進(jìn)行了系統(tǒng)性的BIM實(shí)施計劃， 實(shí)現(xiàn)了復(fù)雜大型建筑項(xiàng)目的可管理性。

　　3.通過Z15項(xiàng)目的BIM實(shí)踐，提升了多團(tuán)隊協(xié)同工作的能力，促進(jìn)了項(xiàng)目各階段工作任務(wù)的前置及融合，帶來整個項(xiàng)目實(shí)施的全面性和前瞻性。

　　4.建筑設(shè)計任務(wù)范圍超越單純的施工圖交付，擴(kuò)展至對施工過程和運(yùn)維過程進(jìn)行更進(jìn)一步的控制。

　　5.借鑒工業(yè)化產(chǎn)品交付模式，著力于向業(yè)主提供信息整合的建筑設(shè)計產(chǎn)品，使傳統(tǒng)的“按圖施工”發(fā)展成“按模型建造和使用”成為可能。

　　6.模型走在圖紙之前的BIM設(shè)計過程可以更好地在前期就對設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行比傳統(tǒng)方式更深層次的研究，不僅僅是專業(yè)間的協(xié)調(diào)，更有益的是對設(shè)計內(nèi)容的梳理和思考。

　　7.在BIM設(shè)計過程中，對于多種數(shù)據(jù)的處理是保證BIM順利實(shí)施的基礎(chǔ)，鑒于當(dāng)前階段BIM數(shù)據(jù)的半結(jié)構(gòu)化的特點(diǎn)，通過對BIM模型信息的抽取，對數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)化處理，產(chǎn)生項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫，并將一些不適宜直接存儲在BIM模型的數(shù)據(jù)（例如房間做法等）和BIM模型進(jìn)行鏈接，最終形成可直接快速查詢應(yīng)用的項(xiàng)目BIM數(shù)據(jù)庫。

　　*本項(xiàng)目在中勘協(xié)與歐特克共同主辦的2013年“創(chuàng)新杯”BIM設(shè)計大賽中獲得 最佳BIM建筑設(shè)計獎一等獎