建筑创作和BIM实践--徐伟平

 徐伟平：谢谢论坛主办方北京院和大会主席，这次大会的主题是建筑创作和BIM实践，按照这样的主题范围，我们现代集团选择了一些项目，就BIM这个技术来讲，中国院好像走得比较快一点，华东院和北京院都成立了相关的BIM设计团队，这些项目在我们院的一些个别项目在开展，或者说这些BIM技术的雏形在早期个别项目的个别关键技术上也在运用。武汉中心这个项目是在2009年的时候开始，因为是一个超级曲面的造型，所以说也用到了这个相关的技术。

    这个文件的内容在今年6月份，在同济大学是结构成就建筑之美的论坛上，把这个做了一些相关的介绍。当时是以结构跟建筑的关系在谈，这次我有意识的在这个文件的基础上，怎么样从BIM里面，这个里面的信息跟建筑创作，怎么样从这个信息获得创作的思考，做了这样一个介绍。这整个的项目是在武汉的汉口，就是原来的机场CBD一个军用机场动迁以后做了一个城市的CBD无。在这个CBD地区里面第一栋的启动建筑，这是超高层。这是一个塔楼的位置，整体的高度是438米，整个有效的建层是88层。从中国原创设计来看，这个超高层还算是比较高的，一个最高的项目。整体的建筑面积是在35万平方米，这样一个超高层的建筑有主要的三大板块的内容组成，上部的酒店、公寓、办公，底下的商业跟全部的商业连在一起，塔楼的城市会所跟观光这样的一个主要的三大功能，就这样组成。

    整体的结构系统还是比较规则的，是一个方形的核心筒，基本上不变，但是在上部做了一个收分，是核心筒带升臂航架组成的一个系统，也是比较经济有效的结构。值得一提的是，上面的架构为了减轻建筑的自重，是采用吊挂的结构，使得在空中大堂的位置，都是形成了一个比较大的空间。这个是结构的主要系统典型图例，脚部的超级柱跟边缘的二次结构，环带航架，升臂航架的一个组合体系。我们主要是讲建筑的表皮系统，塔楼的圆形态是在方形平面的基础上做了一个修整。两个面是同样半径的曲线，加中间一个导源组成。然后在这样一个端部，同样的拐点做了这样一个凹槽的切口。这样的话，会对风压塔楼的影响带来帮助。

    在垂直向度上，在两个向度上，在这个平行边的位置，下部是垂直，上面是一个半径的曲线，就是这样一个弧的半径。在对角线上是一个整体的弧，形成了这样一个有直面，一个大半径的曲面，这个中间修正的一个连续曲面，构成了这样一个超级的体系。这个是建筑模型与原形态的一个形体表达。从这个方案上来看，甲方也是比较喜欢的，因为他们甲方是一个泛海集团。我们从形象上，他感觉到像一个帆船，觉得比较有诗意。但是设计上比较头疼，因为是一个超级曲面以后，形成每一层边界的轮廓是逐层全部不一样的，而且是一种，就是怎么样去几何定义，就形成了一个比较大的技术挑战。

    当这样一个形体出现以后，就是怎么样去对它进行几何的定义。我们讲这个数字模型里面，这个信息模型里面是一个数字的信息，数字的信息我们叫表面的几何微分。这个开篇就是说，主要的关键还是解决一个容差的问题，每一层都不一样，怎么样求得一个最大的标准化，让这种容差被控制在视觉难以察觉的位置上。所以说通过种种尝试以后，原来我们是把容差的边缘希望通过像早期传统的设计做法，都是在边缘的地带进行人为的模拟修正。但是这样的话，我们觉得这个并不是一个很好的办法。所以说，我们希望把这个容差放在这个中间，因为两边的表现是比较强有力的。所以说，我们希望这个表现的边缘要很清晰，容差是放在这个中间。中间的数量我们希望又是板块的数量比较少，所以说，最后我们实际上是采用了一个工程统计里面的数字原理，就是连续几个命令，让它进行这样一个计算。

    因为早期的研究把与一个板块的具体数量全部确定，确定了具体数量以后，这个容差值跟标准板块的关系我们人为的形成了定义，是小于5公分之间的这样一个尺度。让它在每一个区段里面，在每一个区域里面有一个标准体系，区段与区段之间的修整，通过避难层打断，感觉成为一个比较连续的形体。这是我们的招标文件里面，所有的边缘是一个比较清晰的，等于说都是表示错半块的这样一个向中间慢慢的修正的，实现了这样一个目标。

    比较值得一提的是，这样一个数字模型，早期我们是希望借助于数学的计算工具，包括复旦大学专门来研究。但是由于没有找到一个关键路线点，所以说这个是做不下去。后来还是用一个命令，在数据上形成这样一个大的数据链。这些数据链从后面修正以后，我们把整个曲面表皮9千多个板块归纳成29种类型，基本上是在这么大的数量级里面，这样一个归纳的种类实际上是很可喜的，而且标准是占了绝大部分。也定义了这些板块里面哪些类在是哪些系统里面可以进行相关的系统设计。而这些数据链当时也是鉴于对BIM技术的认识不够，所以说每个系统没有协同，是单独在做。做数字研究的时候，数字抽象感觉到是很可喜，但是软件数字化的另外一个团队，就是怎么样把这个导入进去，实际上这都是通过数据链价值直接传输的，马上就可以进行一个形象化的模型来观察。

    这个是不同的数据链形成一个数据化的模型，我们可以在模型的空间里面进行研究以后确定我们相关的平衡方案。整个这样一个模型的表皮单元是这样一个叠形单元，等于有这样一个外部的造型，我们把它拆分，实际上后面是一个功能板块加附加造型，就是说功能板块之间的连接跟体形是一个什么样的关系，形成了下一步对系统设计上是一个挑战。我们把形成数据链的模型再通过数字打印，形成了这样一个空间的微分带数字参数的整体几何模型。归纳成我们这个表皮单元的特点，是以空间叠形的标准单元的曲面，所有的变化是一种非线性的错态的变化。所以说这个挑战，等于说连续的在一个项目里面出现这种多种因素的干扰，实际上对我们的设计挑战实际上也是比较大的。

    其中从功能板块，当微分形成，数字表皮曲面定义了以后，怎么样形成系统上帮助我们的设计。因为我们这个模型信息里面，除了数字模型的，还有几何图像模型的，应该还要有技术的信息含量，表达我们的设计如何应对。实际上把每一个微分的面都是大量的实现。早期我们想采用一种冷弯的技术去解决，让它修正这个参数，让某一个点跟其他的三个点的突破函数关系，是不是找到一个变量来做。但是我们由于有了这样一个整体的模型，由于我们这个表皮的单元被业主定义为是一个叠形单元以后。所以我们也发现，原来的思路是通过用一个功能单元去拟合空间曲面进行强制冷弯变形的光滑面，会形成每一个单元前面的一个拐点形起高低的变位。从数字链的发现上来看，实际上最大的高度会到40公分，最下垂跟水平面的差值会在20多公分，这么大的量是不可能的。如果人为的修正，把每一个单元再校成水平，实际上这个数据链实在太复杂。基于这样一个情况，我们在这个项目里面是采用了这样一个模式。把空间的每一个标准曲面空间板块，是四点不共面的，解析成一个垂直面的竖向标准板块，跟一个红色的水平向的水平转换构件解决，等于是换了一个新的思路。

    从形态的数字模拟，这样一个表皮大致可以分成四大类，下部部分是垂直类的，基本上这个曲面的变化，我们理解为从0到195基本等值的一个退台的平行关系。在这个曲面上，也是渐变，但是是悬挑的，下部的空间在这个区间上，是从小到大，本身在这个里面也是由小到大的一个渐变的退台关系。所以说这4个系统，怎么样用相同的系统原理去应对。因为从原来的工程技术上我们一直讲，工程技术上建筑师是用最精确的工程语言去表达我们的设计概念。这些模糊的难以表达的东西，怎么样从系统上可以实现。

    我们利用这个转换构件，实际上是文章做在这个位置上。针对不同的系统，我们设计了这样一个部分，这个部分是可以有变量调整的，等于说他的转换构件有下板块的信息，有上板块的信息，可以组合在下板块形体上，也可以有单独的设置。它的极致实际上就是一个垂直的板块，我们基本上标准塔楼的单元是采用标准板块的做法。当悬挑的时候，这个板块要适应它的变化。从系统上，我们院创作中心有专门的幕墙的工作团队，跟建筑师是一起协同研究的。我们把这些思考的文件，或者是达成的结果，作为过程设计文件跟业主讨论陈述，也是在最后的设计招标文件当中予以表述的。这是上下板块之间承接的图例，这都是建筑师的模型图，我们要把标准信息全部提供。还有一个比较值得一提的是，我们这样一个叠形单元，实际上侧面可以采取这种自然通风。原来早期是在这里做穿孔板，里面做开窗。但是这个冷桥的技术，凝结水的技术解决不了，而且系统上就感觉这个不是太好。所以说我们把它整合，就是说有不开窗的，有开窗的，都整合成一个系统，是采用这种内置的通风器，有需要开窗的加上内置的通风器，这样的话，通风器跟外部的构造，从型材上是予以连接的。

    在表皮上不采用穿孔板，就是两个这样的型材是用专置的型材组合。当有通风器的位置上，这个槽型的连接，是用标准的系统来满足整个的形体设计。当然了，现在新的规范，就是怎么样运用机械的连接，不同面的端部要用明框来固定，这样都是通过建筑师对这个研究，怎么样使得视觉上形成一个比较好的设计效果，进行不断的修正，跟幕墙团队再进行配合。在这个标准体系上，我们还要提一提，就是说在酒店的大堂形成了这样一个无柱的空间，因为这个层高是两层的。上面是悬吊的一个柱子，主要的原因，因为这种柱子都比较大，悬吊的柱子就是很小，跟隔墙的尺度都差不多，上面这个是标准客房。

    在酒店的平面里面，我们在这样一个主要的功能段，都是采用这样一个落地玻璃，是无柱的，所以说这个对建筑空间的表现还是比较有效。在这样一个承接里面，是两个这样的幕墙单元板块。这里面的柱子只是幕墙本身的，而不是一种土建型的结构。在重要的位置，我们这个转角全部是用那种玻璃，这样感觉视觉界面就是说，在一个比较标准的形体里面，稍微有些微微的变化，还是能够达到比较统一的，又能满足这个功能效果的。这是在不同的侧面，所以说这种模型都是建筑师团队在设计的时候，都是用直观的语言再进行创作。当然我们也是用辅助的一个模型手段，中间做了大量的模型。在这个技术层，有通风槽的位置上怎么样隐蔽，也是在这个标准单元的基础上，把它进行一种适当的变形，也是形成和标准单元的一种呼应。包括幕墙怎么样开启，跟导轨怎么结合，都是以这样一个比较完整的基本造型进行演绎发展的。所以说整个塔体的表面，基本上标准的就是说幕墙单元，标准的系统类型还不是太多的，大概是11种左右，我觉得这个还是不错的。

    这是整个做完的一个造型设计，整体到了塔楼这个部位的时候，顶端的部位实际上是一个城市会所跟观光场所，它的空间最低的位置有20多米，最高的位置大概有45米左右，基本上这个高度是在390米到438米这样的一个尺度之间。这样一个空间，这个表皮怎么做？从外部的定义，这都是我们的招标文件，已经全部定义了，蓝色的部分是容差数量，跟这个边上的关系。系统设计上，早期我们有一个思路，是希望通过结构的表达来表现这样一个空间的体系，但是鉴于设计上的精度跟其他综合的，我们是把土建结构隐藏，就是用单纯的表皮技术来做。土建结构实际上我们希望是中间的一个核心筒，通过一个扁担提供了这样一个基本的结构面。提供给幕墙的就是上部这一个点跟下部这样一个点，这样的话，它的表皮就可以更纯粹。这样一个核心筒，从方形的到椭圆形的，除了结构墙转移以外，还有其他钢结构的，也是通过这个数字技术。建筑师画了很多这样的东西，这个矢量都是建筑师团队要全部定义画出来的。这是中间的核心筒，怎么样形成这个结构和下面的功能，这个核心筒的内部是冷却塔这些有关设备。每一个层间，这样一个大空间里面因为是一个斜切的，不同的定义都是通过数字模型上，都是可以层层表达出来的。

    我们是采用一个悬挂的技术，因为我们希望这个是表现一种视觉的轻盈，所以说人为的结构艺术都化到最小。每一个水平的4.2米都是用一根水平的梁，大概是10公分高，300宽的尺度，它的重量方向通过是垂钓，这个是钓住。然后用一个35公分，大概是15公分左右的一个柱子，把这个幕墙顶住。然后再通过层间约束它的一个变形，实际上还是传统的柱子和梁。这样的话，表皮还是层间这么退的，在塔端的表皮上，我们是采用框架单元，但是用一种单元的组装方式下去的，这个上去。所以说我们在后面这个位置，在单元后面加强的结构是采用了玻璃的形式。因为我们整体进行了很多的安全论证，实际上这个方法还是相当安全的。

    整体跟后面结构的关系，这个是被固定。我们也想在空间中有一个比较大的大桥，这是一个二层的平面，也是作为一个幕墙的支撑约束系统。这样的话，我们可以把它的支撑约束构件放到再上面一层，这个是在大空间里面的一个桥面的位置上。整体的幕墙结构就是通过柱子，这个柱子被8米11道，跟隐蔽的土建结构固定。在这个位置上，又跟一个连贯的桥形成了一个联系，形成了桥、柱子整体的一个空间的复合结构。这个桥是采用在大的空间里面大跨度技术，在水平面上，也是一个很大的宽大的桥面，形成了X方向和Y方向的联系。这是幕墙空间里面的一些表现，不管是外部的还是内部的。这个都是建筑师团队在设计过程中的研究文件，现在我们在做内部的一个桥的设计。这个就是形成的这样一个塔楼，外部是比较统一，但是内部在顶部上有这样一个表现空间。要求是一个柱状的，带柱子的，因为这个是比较古典。我们还是希望是形成一个比较完整的整体，这个也是在数字模型里面解决相关的构造信息。