BIM技术在体育场馆中的应用研究

BIM技术在体育场馆中的应用研究1、新加坡体育中心新加坡体育中心项目作为专门为热带地区设计的绿色、生态节能体育中心采用了BIM技术。新加坡体育中心定位为国际性比赛场所及大型商业娱乐中心，可容纳55000人，需满足365天全年无休的运营理念。这个项目的设计构思是将多个体育场馆建筑共同搭建在一个统一的大平台上，整个建筑群涵盖体育场、多功能体育馆和一个室内游泳馆及水上娱乐中心。项目于2014年完工。作为目前跨度最大的拱形屋顶，在减轻自重使得建筑形式得以实现的同时，节约用钢量也是评价一个体育场馆设计是否合理的一项指标。由于新加坡已经建立了BIM标准，因此其在从设计到施工的整个过程需要遵守新加坡的BIM设计守则。整个工程涉及多个建筑单体的协调工作，需要建立完整的施工管理制度。但最复杂的设计部分还是体育中心的开启屋顶，作为世界上最大的室内体育场馆，可开启屋顶部分设计复杂，同时还需要考虑到屋顶的灯光设计与屋顶运动所产生的技术问题。BIM技术在此项目上有以下优点：提供施工模型、专业协调、自动形成准确剖面、进行碰撞检查及虚拟漫游。此外，由于建立了建筑信息模型，可以更方便、快速地获得建筑性能分析热能使用效率及对建筑整个生命周期的分析数据。新加坡体育场是世界上采用公用建筑市场化运营方式（PPP）设计建造的最大体育场。在PPP运营模式下，设计建造的部分由私营部门的合作伙伴设计和制造基础设施，而在满足公共部门合作伙伴的规范前提下，整体设计建造部分的价格往往是固定的。因此，对于负责此建筑设计的Arup公司来说，使用BIM进行体育场馆设计的益处很多。Arup公司在新加坡体育中心设计中采用了达索公司CATIA和盖里科技DigitalProject及MicrosoftOffice2007进行建筑设计。CATIA3D模型可以通过Excel2007控制模型中的数据信息，帮助建筑师很快将结构反馈信息加入到已有的建筑模型中，加快模型修改速度，同时更新模型可以迅速反馈给其他相关专业设计人员。此外，针对可能会重复设计同一类型建筑的情况，可以创建一个设计资料库，当进行类似项目设计时可直接利用原有信息确定建筑场地、座位等基本信息，大大节省设计时间，提高设计精确性。使用CATIA及DigitalProject的另外一个优点是，能够在设计阶段确定幕墙的施工单位，使幕墙设计更早介入到整个建筑设计过程中，在设计后期，幕墙公司就可以利用Arup公司提供的BIM模型加工幕墙，在提高设计精度的同时，也节约现场加工的时间及人力成本。2、英杰华体育场英杰华体育场也被称为“兰斯当路体育馆”，位于爱尔兰的都柏林，于2010年启用，是爱尔兰境内唯一的欧洲足联五星级足球场。英杰华体育场为爱尔兰国家足球队主场球场，于2007年开始建造，2010年完工并启用，全坐席可容50000名观众同时观看比赛。体育场的顶部设计为波浪形。由于体育场表皮皮设计的复杂杂性及在限制制条件下需要要不断调整的的要求，设计计师开发出一一种以使用BBentleey公司软件件GC建立的的参数化模型型为中心的协协同工作方式式。参数化的的设计方式意意味着体育场场的几何形态态可以通过参参数来控制，方方案改变时不不再需要手动动修改和重建建模型。1参数化方法的的技术实现采用参数数据、静静态几何体、GGC脚本文件件实现外围形形式的3D参参数化模型。参参数或数值数数据对应着从从原始犀牛模模型中提取的的表面控制点点位置，参数数提取后存储储在Exceel电子表格格中，数值数数据通过脚本本代码输进GGC中，复制制原来的犀牛牛模型和自动动更新原始数数据点的任何何变化。方案案组创造出一一个基于控制制曲线的图形形操作系统，以以便轻松控制制模型整体形形状，同时将将原始模型进进一步完善，进进而确定整体体的几何形状状。控制系统统与附加的全全局限制因素素相结合形成成表皮的最终终形态，然后后再解决与体体育场核心部部分的冲突。外外层表皮和结结构的几何定定义出发点是是控制屋顶第第三层结构元元素位置的垂垂直平面阵列列，平面定位位于参数化控控制的路径曲曲线和体育场场径向结构网网格的交点。结结构支架定义义在每对平面面之间。对于于一个有着独独特界面的外外壳来说，每每个平面都是是一个空间参参照物，之后后它被提取并并转换成二位位截面图。2结构分析与反反馈在设计的发展过过程中，体育育场外围护的的建筑模型要要经过多次反反复修改，因因此有必要建建立一个关于于设计意图的的有效交流机机制。项目最最具挑战性的的方面之一就就是将工程分分析纳入参数数化工作流程程中。为此，采采用C#语言言通过其应用用程序编程接接口（APII）扩展了GGC的内部功功能而编写出出一个支持参参数模型和结结构分析软件件的集成的自自定义应用程程序，能将GGC参数模型型信息直接传传输到结构分分析软件中。程程序自动指定定模型中的每每个结构元素素截面尺寸。完完全参数化的的系统能够根根据建筑师主主导的原则和和初始概念机机构生成整体体体育场屋顶顶结构模型，还还能自动生成成准备用于分分析的数据文文件，不需要要人工干预。3外壳细部设计计表层设计由紧随随体育场外壳壳曲率的聚碳碳酸酯百叶板板阵列组成。表表层的初始设设计在GC中中让面板组建建沿着边界层层表皮参数化化生成。面板板宽度不变，长长度在面板制制造商的限定定长度中可变变。以这种方方式，每块面面板的走向和和尺寸都由软软件自动调整整，以适应外外壳的曲率变变化。由于覆覆盖层模型尺尺寸过大及所所需组件数量量巨多，试图图建立整个体体育场外壳的的完全参数模模型很不现实实，因此采用用拆分策略解解决这一问题题。把整个体体育场外壳（主主模型）拆分分成小的子模模型，并将附附着在第三级级桁架上的结结构支撑定位位四层板宽。以以这种方式，超超大尺寸参数数模型处理困困难的问题通通过切分成小小的可管理部部分而得以解解决。后评价在结构设计方面面，通过自定定义集成的参参数化模型和和结构分析的的应用，可以以解决复杂模模型搭建与修修改时用人工工处理费时易易出错的问题题。设计分析析反馈周期大大幅缩减，体体现出开发此此自定义应用用程序的效果果。在建筑方面，运运用参数化模模型受益匪浅浅。通过详细细的生成和测测试所有候选选方案实现了了外壳面层的的设计目标。通通过参数化模模型及其支持持的建筑师和和制造商之间间的合作，使使得高工程价价值的面层系系统得以优化化生产并以低低成本安装。3、Avia体体育场Avia体育场场建成于20010年，可可容纳500000人，由由擅长体育建建筑设计的PPopuloous（前身身HOKSpport公司司）完成，是是第一座完全全依靠参数化化设计手段完完成的体育场场馆。整个设设计希望成为为当地的标志志性建筑，同同时建筑本身身又要与周边边环境相融合合。Avia体育场场设计采用一一个自由的曲曲线形态，应应用Benttley公司司的GC软件件进行设计，采采用多方案比比较方法获得得对周边环境境遮挡最少的的形体。此外外，采用透明明材料表皮，以以获得更多阳阳光，使得建建筑本身能够够更好地融合合于周边环境境中。设计试试图将屋顶结结构和建筑立立面组成一个个完整形体，并并包裹在主体体结构外面，打打破传统体育育场馆屋面结结构与外立面面分离的设计计方法。整个个设计方案建建立的过程是是：首先在RRhino建建立3D模型型，利用3DD模型快速建建立形体并获获得最适合的的平面形态。一一旦这个形式式得到认可，就就会在GC里里建立一个基基本模型，再再通过在Rhhino中得得到的数据导导入生成GCC脚本，并由由此脚本生成成新的模型。而而在GC中生生成的模型具具有很强的可可修改性，由由结构工程师师进行优化，并并将结构设计计数据导入模模型。这样在同一个模模型中，建筑筑师负责表皮皮和建筑形态态设计，而结结构工程师则则在这个模型型上面对结构构构件尺寸和和位置进行调调整。这时所所有参数的调调整、模型的的信息都存储储在一个Exxcel表格格里。结构工工程师只需将将调整好的数数据输入，建建筑师所使用用的模型就会会及时得到更更新。同时，幕幕墙顾问公司司和建筑师通通过统一的建建筑模型进行行研究，分析析实际建造中中有关幕墙板板材尺寸的问问题，并在SSolidWWork中以以原模型的结结构中心线作作为基础，建建立更为细致致的幕墙节点点模型，并再再次对幕墙设设计进行优化化。正是通过过对参数模型型的分析，计计算出体育场场幕墙最小厚厚度不是设计计时选择的88mm厚聚碳碳酸酯板，而而可以采用33mm厚聚碳碳酸酯板代替替，这样整体体屋顶材料的的质量可以从从200t减减少到80tt，从而使材材料的造价成成本降低到原原来的60%%。通过应用用参数化设计计及BIM技技术，Aviia体育场项项目最终节约约了约3500万美金。此外，通过建立立BIM模型型，还可以对对Avia体体育场进行能能源分析，进进而实现节能能、建设环境境友好型体育育场馆的设计计目标。对于于