龍沐灣國際旅游度假區八爪魚酒店的BIM實踐與思考

 

 

撰  文  郭文波 李戴澗橋 姚健  香港華藝設計顧問（深圳）有限公司

摘  要  通過龍沐灣凱撒皇宮八爪魚酒店項目的BIM設計實踐，總結設計院BIM項目實施與協同經驗，探討了當下BIM實踐中的參數化設計、綠色建筑設計、BIM結構設計與計算、施工圖設計與項目人員配合等實際問題。

關鍵詞  超五星  濱海度假酒店 BIM 參數化設計  綠色建筑  結構計算

 

該項目設計為超五星級酒店，總建筑面積為26.8萬m2，塔樓地上17層，地下2層，客房9層，總建筑高度為85.7m，客房數目為1 000間。香港華藝設計顧問（深圳）有限公司為設計總包，澳大利亞PTW進行規劃方案設計，擬由美國凱撒皇宮酒店管理公司經營管理，酒店功能包括客房、餐飲、商業、宴會、劇院及游艇碼頭等。

八爪魚中心大堂造型取自原住民捕魚用的魚簍，上下部分分別承載了停機坪、夜總會、酒吧、餐廳和水下餐廳及蜜月套房，水上大堂可供游艇隨意進出，就像八爪魚吐出的泡泡，而八爪魚的八個爪在延伸出不同觀景角度的同時，也分別承載了公共區、客房、會議和劇院等豐富多樣的度假商務功能。

為解決異形構件、曲面體塊難以在深化設計及成果中精確表達，方案參數修改無法實時顯示在BIM設計模型中的問題，團隊嘗試建立一體化的工作平臺。

以禮堂穹頂為例，利用參數化設計軟件Rhino&Grasshopper對異形設計與處理的優勢，進行方案體量推敲，然后將形體及嵌板信息導出到Excel里作為轉換數據，在Autodesk Revit里通過二次開發將Excel數據導入，自動生成嵌板，完成可視化異形構件通過參數數據翻譯的過程。與此同時，建立可視化模型與數字文件的連接，在方案變動、修改模型的同時，Excel數據跟著實時變化，從而鏈接到Autodesk Revit里進行模型的同步變動，成功建立雙向工作渠道。

Rhino-Grasshopper-Revit主要是維持模型的拓撲關系基本不變，通過BIM尺寸修改驅動模型，改變表達方式中的參數值來實現模型的重建，這個過程落實了異形體塊由構思到實踐的表達，并且以雙向即時修正的工作方式拓展了BIM技術協同工作的外延。

以筆者近幾年參數化設計實踐與BIM設計實踐的經驗來看，兩者雖然都以“參數驅動建筑”為思想核心，都強調建筑內在的邏輯性并包含豐富的可提取數據，但偏重于方案前期的參數化設計手段，大多運用Grasshopper、Rhinoscript等常見軟件得到方案的設計數據，此類數據目前依然很難無偏差實時傳遞到可用于設計并擅于后期建造的BIM軟件體系之中。此次關于Grasshopper模型通過Excel表格以及轉換插件與Revit系統的對接應用雖然基本達到了實時修改設計的要求，但也不甚方便。更重要的是此方法會破壞Revit系統中以族為基本核心單元的信息化模型思路，應當僅是權宜之計。華藝BIM團隊也對Revit自身的參數化設計模塊Dynamo進行過長時間測試，Dynamo雖然可以達到控制與銜接構件族的目的，但鑒于軟件自身目前計算器和參數化設計手段過少，最后只得在此項目實施過程中放棄。筆者認為，隨著類似Dynamo的設計模塊的不斷發展完善，基于Revit本身的參數化設計方式仍大有可為。通過二次開發，強調BIM與參數化設計成果中所有數據的可提取性，將大大加強信息模型中“信息”的含金量。而利用BIM參數化軟件控制復雜的節點族，從而幫助方案初期的眾多復雜表皮數據傳遞到BIM軟件之中，并最終幫助建筑建成落地，是參數化設計與BIM相結合的發展方向和實際意義。

 

方案前期，華藝設計通過BIM能量模型調整方案形態，指導優化設計思路。運用BIM數據分析，可以測試不同開窗比及開窗位置對建筑能耗以及采光的影響，通過能量模型測試，調整八爪魚爪子的擺動角度與客房總圖形態，選擇最優方案。

在涉及客房開窗比及樓板保溫等級的控制設計中，通過詳實的BIM數據測算，結合當地氣候和光照環境，在BIM平臺中對天窗系統重新優化設計。通過對比所選方案，了解在多種天窗開窗比以及開窗方式下，建筑能耗、采光的表現，從而制定天窗設計原則。

同時，團隊還在BIM平臺內建立概念隔熱樓板及概念屋頂，考慮不同屋頂形式與洞口、空間對建筑舒適度的具體影響。

在設計伊始，建筑師運用BIM模型通過設計酒店公共活動空間的玻璃覆蓋比率，結合海景觀景需求、空調能耗、建筑形體進行綜合考慮，確定了主體建筑的玻璃使用原則，為方案下一步立面設計提供數據支持。通過對比所選方案，在方案初期考慮概念構造設計，發揮BIM平臺數據優勢，提升建筑設計品質。

通過此項目可以預見，BIM能量模型提供的豐富數據接口可以作為綠色設計的統一模型數據平臺，以能量模型為核心的綠色設計與分析內容將大量應用于項目前期階段，成為方案中的重要篇章。

基地緊鄰高檔別墅區，按照《城市區域環境噪聲標準》，以居住為主的一類區域，白晝噪聲標準為55dB，夜間噪聲標準為45dB?，F代高級民用直升機的全機升阻比達到6.6，振動水平降到0.05g，噪聲水平小于95dB，最大速度可達到350km/h，由此酒店旅游直升機的飛行噪音成為居民生活一大隱患，故華藝設計運用BIM平臺幫助確定停機坪直升機的飛行路徑。

根據點聲源衰減計算公式得出結論為滿足別墅區良好聲環境，直升機與別墅的直線距離應滿足：白晝200m，夜間300m。

將別墅區Autodesk Revit模型導出DFX格式文件，導入噪聲模擬軟件，將劃定的禁飛邊界作為線性噪聲廊道，以直升機最大噪音進行模擬，其結果滿足《城市區域環境噪聲標準》對居住建筑聲環境的要求，從而確定了直升機禁飛區與建議停機路徑。

 

BIM作為一種革命性的嶄新設計方法，其設計理念完全不同于傳統的AutoCAD設計模式，傳統設計方法圖紙與計算模型完全不相關，需通過工程師校核其一致性，而Revit完全讓三個模型融為一體，物理模型、計算模型、視圖和圖紙均是同一信息系統的組成部分，如對模型進行修改，圖紙也自動進行相應的修改。

華藝設計摒棄了傳統PKPM的計算方法，采用中國國家相關政府部門認可、符合中國設計規范的歐美結構計算軟件進行結構計算分析，所有的結構構件及荷載均在Revit中輸入，待 Revit模型——圖紙模型、物理模型、計算模型完成后，通過標準計算數據接口導入至結構計算軟件進行結構分析計算，如有需要再對計算模型進行相應的修改，以滿足中國結構設計規范的要求，經過修改后的計算模型可再導回Autodesk Revit中，此舉可避免對模型進行重復的二次修改，且保證分析模型與Revit模型的絕對一致性，徹底避免了常規設計中因人為因素導致的圖紙和計算模型不一致，大大提高了設計效率。

傳統的設計方法無法表示出工程設計的不同階段，即便做到也很容易使圖紙混亂不清難以理解，華藝設計運用BIM的階段設計參數化功能，通過對設計階段的參數設定及視圖模板參數的設定，定義出不同的設計階段，使其產生不同的設計圖紙，極大地方便了各方對不同設計階段的理解，提高了設計質量，節省了設計時間。

通常的設計過程中，建筑師和結構工程師常對建筑的某一部分有不同的設計構思，但如想把不同的設計構思表現在同一張設計圖紙上則極為困難。華藝設計運用BIM模型進行方案比較，把局部不同的設計方案表現在同一個模型中，使得建筑師、工程師與甲方得以方便地比較不同的設計方案，從而選出最優者，特別是在設計的初始階段對于BIM這項功能的使用，使得設計人員與甲方的溝通更加順暢。

不同于歐美國家的梁表、柱表的混凝土構件表示方法，中國采用的是獨創的混凝土結構平法表示法，因Revit本身對平法表示有軟件架構性的缺陷，平法表達一直是Revit結構應用的一個難點，華藝結構工程師巧妙地通過共享參數與內置構件參數實現了Revit施工圖的平法標注，使得BIM結構出圖得以大規模運用。

工程中有很多特殊的梁、柱構件，例如疊合柱、異形梁等，這些都是Revit標準的構件庫中所沒有的，華藝設計通過創建特殊的參數化梁、柱族，并且使之與計算軟件相結合，完全解決了這些特殊構件在建模、圖紙表達、結構計算中出現的問題，為將來進行更加復雜的項目設計奠定了堅實的基礎。

長久以來，無論中國還是歐美國家的設計師，對于鋼結構節點詳圖的表示均使用二維的表示方法，客戶和施工單位無法直觀地看到節點的真實樣式，我們通過運用Revit三維的參數化族的創建，在計算機中真實地表示出復雜的鋼結構節點，相關人員可看到節點各個角度的樣式，了解節點的空間形式及組裝方法，為施工方提供了直觀的三維視圖施工參照工具。

在使用BIM技術進行八爪魚項目設計的過程中，我們發現機電各專業遇到的阻力是最大的，主要問題在于設計和制圖方式的巨大差異，這也導致很多新晉BIM設計者抱怨BIM軟件設計效率低，在接觸一段時間后又選擇回到原來的路子上去。誠然，目前市面上的BIM軟件其功能、易用性及本地化等方面都有很多值得改進的地方，但我們不妨從自身的設計角度來思考一下這個問題，BIM僅僅是換一個軟件的事么？

事實上隨著近年來BIM軟件的不斷發展完善，其建模效率已經越來越高了，而影響機電專業設計效率的主要就是把建好的模型轉化為圖紙的這個階段（例如改線型、添標注、設圖層等工作）。以管線綜合為例，各專業建好模型后，得到結果如下圖所示。

如果按照傳統的制圖標準，我們需要把雙線管道改成單線顯示、更改線型、調整間距美化圖面、注釋標注、設置圖層等，不但工作量大，且現有BIM軟件不能很好地支持，最終導致出圖效率大大降低。

但這些是必須的么？傳統制圖標準中，管道單線顯示是因為原先很難根據不同管徑用雙線繪制；美化圖面是因為原先平面圖是表達管線空間關系的主要依據（十分復雜的情況下會畫剖面，不但工作量大且和平面往往不完全對應），管線過密甚至上下重疊的話則無法判斷；設置圖層是因為原先各種圖形本身并沒有屬性，需要靠圖層賦予其意義并加以區分管理。

BIM技術出現后，這些問題都可以輕易解決。由于帶有管徑等信息，雙線顯示自然可得；由于剖面、三維視圖可隨時在任何需要的位置生成，管線重疊的時候只需要輔以剖面和三維視圖，空間關系便清晰明了；關于圖層，若不導出CAD的dwg文件，甚至都可以不需要了，我們可以通過構件各種自帶的屬性去分類管理。這樣進行簡單標注后，可以直接生成如下圖所示的管線綜合圖，不但工作量大大減少，且更易于施工人員理解設計意圖。

綜上，BIM不僅僅是換一個軟件的事，更重要的是應改變我們的設計方式，當然這需要設計、審圖標準以及法律法規的共同努力。針對八爪魚項目，通過與甲方的溝通和嘗試，為了配合審查與出圖需要，我們最終還是迎合了傳統出圖表達方式，但是這仍不失為一次有意義的探索，也是筆者覺得BIM將會極大改變業界設計面貌的原因之一。

 

理論上BIM可以解決管線間、管線和建筑結構構件間的所有碰撞問題，但實際操作起來（特別是像八爪魚這樣的超大型項目）動輒一個平層，幾千條大小碰撞錯誤，修改的工作量是巨大且耗費心力的。因此日常設計中，需要考慮全部碰撞問題是否都有解決的必要性。

事實上，通過與現場施工組織人員的溝通，可以知道大多數支管和細部的碰撞在施工階段，工作人員都能夠輕松地協調圖面錯誤，由此可得到許多設計院階段BIM的實用經驗：軟碰撞需要人為判斷，且大多在圖面中是允許的；硬碰撞方面，是否需要修改則需要設計人員擁有豐富經驗，眾多末端空間錯誤即使設計人員全部協調也無太大意義。現場施工人員往往會依據自身豐富的施工經驗，確定最少用工用料原則，自行優化末端方案，這樣施工圖人員通過BIM手段在管線細節部分的過度工作會顯得比較尷尬。再加上目前BIM設計人員往往不具備施工階段的實踐經驗，基本無法考慮到施工檢修、作業空間之類的預留問題，或者是因結構施工誤差產生的余量空間的預留問題。因此在高強度繪圖和緊張的設計進度之下，抓大放小，解決后續施工中無可挽回的錯誤才是保證BIM管線綜合順利進行的正確工作方式。

我們的做法是依據以往BIM管線綜合的設計經驗，先確定好各類管道以及建筑本身構件的優先碰撞級，在分類碰撞的選擇過程中，首先解決所有干管（特別是重力流的管道）的碰撞；在條件允許的情況下，再選擇性地解決那些現場容易調整、影響較小的支管碰撞。工作的同時積極與施工方相關人員溝通——現場施工人員在諸多實踐問題上的處理經驗會讓設計師受益良多。這樣可以使管線綜合的效率大大提高，也使得BIM設計人員的工作時間和成果利益最大化。

 

    軟件自帶以外的標準族庫就相當于CAD中標準圖塊的效果，通過提取、插入、修改數據（CAD則是復制、粘貼、調整）達到完善圖紙表達并節約制圖時間的目的。并且族的優勢在于參數化可變族，根據不同的項目只需要簡單修改參數即可在平、立、剖中得到正確體現，大大節約制圖時間。制作族需要大量時間，在項目進行中現去制作族是不被項目周期允許的，這就需要平日的積累。在積累的同時還要不斷更新完善族的信息，使其便捷適用是族庫積累的目標之一。

    在國內尚不接受三維模型審批的背景下，BIM的交付形式也變得尷尬起來，不免讓人有“英雄無用武之地”之嘆，由此建立BIM審圖模式成為當務之急。華藝設計作為深圳設計行業BIM工作委員會主任單位和深圳市土木建筑學會信息化委員會的主任單位，正在積極推動BIM在政府層面有效進行行政審批工作。

    出圖交付甲方也遇到了和送審一樣的尷尬遭遇，甲方企業、施工單位無BIM技術，仍然只能按照傳統模式交付成果。BIM軟件Revit出圖需要制作設計單位專屬導圖圖層模板，Revit直接出圖則需要進行額外的相鄰樓層線型處理來滿足國內傳統制圖標準。

    協作，顧名思義就是各專業及專業內協同合作，合作就會產生無數交集，如果標準不統一、不精細，就會給后期帶來巨大的工作量，甚至會影響設計進度，這是設計方不能忍受的。制定合理的專業間及專業內協同方式及標準，不但能規范制圖、提高設計質量，更能使控制設計生命周期變得容易，因此通過設計人員的實踐，摸索出一套本企業內執行標準規范并嚴格落實下去是極為重要的。

    BIM軟件Revit修改量不同于傳統CAD修改，3D模型遠大于CAD的修改量會讓設計者望而卻步。Revit的修改優勢在于改一處而動全身，有效避免了漏改現象的頻發，但同時這一密切的聯動機制也增大了對組內設計制圖人員制圖規范性的要求。根據經驗來看，一個不夠良好的BIM制圖和建模習慣，將會對后期出圖修改產生巨大的且不可預見的影響，可能產生許多額外的工作量。此外，在初期和甲方、業主有效溝通，盡可能考慮各種可行情況，堅持原則，提高設計質量，也是減少修改量的有效辦法。

 

對于八爪魚酒店項目的BIM探索讓華藝設計在公司的參數化一體設計、BIM標準執行、項目協作管理、施工深入應用等方面更上一層樓，也為廣泛應用BIM理念進行設計提供了優秀的案例。項目基于BIM系統自身的嚴謹性及便捷性，確保了各個階段設計工作的良好展開，同時各專業之間保持了緊密的聯系及反饋機制。BIM為華藝設計帶來的不僅僅是效益，更多的是設計與管理上的突破與創新。

 

注：該項目獲2013年第四屆“創新杯”建筑信息模型（BIM）應用設計大賽最佳BIM綠色分析應用獎一等獎及最佳BIM建筑設計獎三等獎。

 

 

郭文波，香港華藝設計顧問（深圳）有限公司設計總監，華藝香港分公司負責人、信息化建設委員會副主任，國家一級注冊建筑師。1995年畢業于廈門大學建筑學專業。主持過各類大型公共建筑、居住區、規劃等設計項目，具有豐富的建筑設計經驗和基于Revit的BIM設計經驗。代表作品：南京中建大廈、濟南中海廣場——寰宇城。

 

 

本文刊登于《建筑技藝》2014年02期【BIM技術專題】