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摘要:bim技術能使景觀建筑設計師在三維平臺中進行曲面等復雜形態的構建創作和優化對比,并應用BIM多角度可見的特點對其空間關系、尺度關系和建造方法與施工工序相結合進行驗證。以蘇州華為項目為例,通過協同平臺進行多人團隊設計實踐驗證BIM技術對景觀建筑整體構建和高精度控制的實際意義,并對BIM技術景觀設計中的應用進行探討。
關鍵詞:BIM;景觀設計;可視化;協同平臺
目前大多數設計院還是以二維設計為主,只有少數大型綜合設計院在重大項目中應用BIM做建筑景觀設計并與施工配合。在園林景觀專業對BIM應用則更少。本文以華為蘇州企業業務項目(DK20110310地塊)景觀設計為例,簡述BIM在景觀設計中的實際應用,探討BIM在景觀設計中的推廣應用。該地塊位于江蘇省蘇州市,新華路、新慶路、新城東路、縱四河東側,吳淞江西側,總用地面積43.250hm2,景觀總面積31.263hm2(其中綠地面積19.450hm2,鋪裝面積11.100hm2,擋土墻、圍墻面積0.483hm2,園區景觀湖水面積0.230hm2)。該項目獨特的設計構思帶來復雜的多層空間形態,因此設計團隊自項目伊始就確定應用BIM技術,即構建完整的BIM三維模型并制定了相應的策略。基于BIM是數字信息技術的綜合運用,設計團隊將企業園區的建筑結構、水電各專業、生態過程、基礎設施和園區內員工業余生活需求相結合,構建有機、流動性、更契合實際的立體多層次景觀形態;同時,通過設計方法的多元化和施工建造技術的更新突破,使高精度的多維曲線和曲面造型在本項目中得以實現。
1場地及建筑性能模擬分析
協同工作平臺包括軟件環境、文件系統、幾何控制系統、模型標準、成圖文件等,以保證不同專業、景觀設計人員之間的信息更新與共享更及時,從而大幅提升信息傳輸和替換效率。本工程平臺的中心主要是幾何控制系統,一方面是因為軟件具有管理大地坐標系統和復雜曲面造型的局限性;另一方面是由于本工程屋頂的景觀處理及地下復雜的設備工程,屋頂景觀、地上景觀、地下景觀等多層次景觀內容和多層次的地上、地下復雜建筑無法通過二維的相對關系進行“整合”。1)項目設計團隊首先構建建筑軸網+城市坐標系統為景觀的“基底控制網”,其中建筑軸網確定景觀和建筑之間的平面構成關系,景觀模型能按照軸網和建筑模型精確拼合為三維空間;建立城市大地坐標和相對獨立坐標之間的關系,城市大地坐標系統定義主要消防路、小園路、廣場的走向,豎向上按照吳淞高程和相對高程進行設定。由多層次網格控制系統確定的定位內容和生成原則,能完整構建多層次的景觀要素框架,從而使這些多層次信息在三維模型中通過矢量化方式得到展現。2)建立建筑與景觀以及景觀各構件之間的關聯。地上地下建筑物、構筑物及其地面的出入口導入軟件作為景觀的基礎模型,在基礎模型的基礎上構建與建筑相關聯的景觀小品,包括生活園區主體建筑、凱旋門、車行主坡道、風井、天窗、景觀水景、雕塑小品等,地上地下建筑和景觀所形成的對應關系。3)為了在此控制網中對景觀各元素與建筑主體有效契合,構建多層次的景觀細部,從而建立完整的專業工作領域。
2參數化建模找形
應用BIM技術對曲面的構筑物小品及建筑形態進行深化建模,經過對設計基礎參數的調整反映構筑物小品和建筑形態的變化。例如一些異形模型的建模表現,運用此軟件建模更為直觀和精準。
3建筑景觀可視化及曲面構筑物等關鍵構件的設計與優化
利用原有CAD等二維軟件技術,把建筑主體、景觀構筑物、人行橋、坐凳、擋土墻、水景雕塑小品等構件聯合起來,形成三維的實物圖形;與此同時,能夠劃分多層次立體空間,進行有效合理的優化設計。通過BIM軟件分析景觀視角、評估遮擋物等。景觀設計強調步移景異的視覺感受,通過軟件視域分析的強大功能,可讓設計師判斷所設計區位的視野,判斷應遮擋的設施是否達到遮蔽目的;對于重點VIP區域景觀,亦可借助此功能,判斷是否在視覺上有被其他景物干擾的情況。曲面矮墻、坐凳、曲面水景、1.5~5.0m寬的園路和局部放大的廣場采用流線形的細部特殊設計,使園區整體呈現出流線形的形象。路牙石作為園區主要構成部分,結合了異形坐凳、植物和燈光,寬度為150~450mm,高度為150~750mm,并在三維空間中呈現為扭形。流暢的曲面造型對優化設計和施工修建提出了挑戰:①多層雙曲面需不斷優化和微細分解;②分解后的標準單元尺寸沒有辦法用正常標注描述;③通用節點無法多次利用;④施作困難。基于高精準的數字模型,設計者應用犀牛軟件對收邊石曲面進行優化,將多曲面優化分解成可展開曲面或直紋曲面,并將其分割成可加工尺寸,然后導入BIM環境中;這一過程需多次結合犀牛三維可視的特點進行動態觀察,直到效果滿意為止;最后從犀牛軟件中導出構件的空間定位數據。曲率分析是曲面分解優化的主要環節。曲線的曲率是曲線上某點的切線方向角對弧長的扭動率,曲率表明曲線在某一點彎曲程度的數值,數值越大表明曲線的彎度越大。依照曲率分析,將分解優化后的曲面分為兩類:①曲率相對小的面,可將其定義為標準平面組成的曲面,以降低構建的難易度和造價;②曲率相對較大、需三維加工和定位的多重曲面,將其分解優化成可展開曲面或直紋曲面,并分成可加工的尺寸。按照上述原則,85%以上的收邊石坐凳被優化成可用較小折面擬合的標準構件,采用傳統方法加工和材料定位,且第一位施工;剩下15%左右部分核查現場實際尺寸后重新構建模型,優化分解成可展開曲面或直紋曲面,異形再加工安裝。照明燈光則是在現場實際測量數據后加工安裝。水景位于場地東側A1樓18.0m平臺和16.4m入口處,高差2.5m,上闊下窄,由東向西跌入水景匯水池中,跌水坡面上放置2組臺階狀跌水槽,無障礙通道順延而下。水景南北兩側布置臺階將人流導入地下休憩景觀空間,異形收邊石沿水景順滑而下。設計按如下步驟進行:①將跌水的剖面分解優化成由標準單元直線和圓弧線異形構件組成的順滑曲線,從而將跌水表面分解優化成可展開的曲面;②用單一標準單元尺寸的花崗巖貼合跌水表面,反復調整花崗巖尺寸大小,保證貼合后的景觀表面不出現明顯棱角;③路牙分割石將收排水溝、給排水管線及循環泵壓在下面,可根據分解優化后的水景跌水表面確定大概收邊石位置;④南北臺階垂直且低于路牙分割石,根據路牙分割石的位置確定臺階的布置平面,根據相對高程確定并構建臺階的三維模型;⑤將臺階位置的路牙分割石分解優化成直線段,其他部分分解優化為異形光滑曲線,創建路牙分割石的實體模型并按照弧形可加工尺寸完成切割加工;⑥三維模型導入犀牛軟件建模平臺,提交給專業工廠加工,并指導現場施工。
4模擬現實
模擬建成后的三維立體空間,以遨游、動畫等形式提供仿真的視覺和空間感受及立體體驗。
5給排水、強弱電管線綜合
進行多專業碰撞核對,完成設計圖紙范圍內各種管線的布設位置及與建筑景觀結構平面布置和建筑場地豎向高程相協調的配合設計,實現多專業綜合管線“無碰撞”。
6輔助植物綠化科學化設計
日照及風場的影響對于植栽設計具有較大影響。景觀設計師通過精準的日照及陰影分析,可判斷全年中基地內各區域的日照時數,并據此選擇不同耐陰程度的植栽。以開花品種為例,日照長短對開花品種具有關鍵影響,缺乏直射日照難以開花,設計者可通過科學方法和知識積累,作為栽植設計的依據。通過全年日照及風場模擬,可取得基地內不同月份的風向風速分布位置,設計師可在強風處選擇抗風品種加以阻擋。也能用多層密植的種植方式加以分隔,并以科學的分析工具,驗證植物設計的合理性,創造較好的微空間環境。在景觀設計中可應用遮陽構筑物、公交停靠亭、停車場、水景廣場、植栽設計及對日照有特別要求的景觀設施,如標志塔樓、內部公共交通停靠設施等,準確計算太陽直射角度、時間及遮蔭程度。
7結語
在華為研發中心園區綠地項目實踐中,項目本身的專業技術需求和難點給設計團隊提供了難得的實踐機會與挑戰。經過建構規范的全面模型,項目團隊實現了信息技術在景觀階段和曲面復雜內容中的應用,極大提升了設計的實現率和施工與設計的貼合度,同時也積累了經驗。通過總結項目在設計過程中的BIM應用方法,為相關設計項目提供參考,進而提升我國BIM技術在設計中的應用水平。
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作者:張衛國 單位:新疆通藝市政規劃設計院
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