BIM應用丨「世界新七大奇蹟」北京大興國際機場,BIM怎會缺席!

2021-02-15 甘肅優路教育

(圖片來源:央視新聞)

(視頻:完成實景)

2016年,英國《衛報》發布「世界新七大奇蹟」名單,當時還未建成的北京大興機場,就已位列榜首!

北京大興國際機場的屋頂中心由一個六邊形天窗、六條條形天窗、八個氣泡窗相互連接,組成頂部主要自然採光體系,可以讓室內自然光採光面積超過60%。

(圖片來源:中國民用航空網)

機場內部,可以用美輪美奐來形容!

(圖片來源:中國民用航空網)

整個北京大興國際機場,是中國建築的巔峰之作。

工程結構

面積等於63個天安門廣場

室內只有8根柱子

1.全球最大單體航站樓

北京大興國際機場位於永定河北岸,佔地140萬平方米,相當於63個天安門廣場的大小。僅屋頂投影面積相當於25個足球場。用鋼量達到5.5萬噸,等於一個北京鳥巢。北京大興國際機場建成後,將成為全球最大的單體航站樓。

(圖為大興機場航站樓鋼架結構 圖源:新華網)

2.8000塊玻璃中沒有兩塊是一樣的

北京大興機場「鳳凰展翅」的「大骨架」由12300個球形節點和超過60000根杆件組成。整個航站樓一共使用了12800塊玻璃,其中屋頂用玻璃8000多塊。這麼多鋼網架和玻璃塊中,挑不出兩根杆件、兩塊玻璃的規格是相同的。

(圖為大興機場航站樓鋼架結構 圖源:新華網)

3.極簡的無柱化設計

以航站樓中心位置為原點,半徑90米的範圍,都是沒有柱子的高大空間,核心區屋頂屋蓋鋼結構投影面積18萬平方米,相當於25個足球場的面積,可以完整地裝下整個「水立方」。

(圖片來源:中國民用航空網)

而整個機場室內僅用8根C形柱來支撐。流暢的線條被C型柱一路引導到地面上,連通了高達49米的屋頂和地面。

(圖為大興機場室內的C形柱 圖源:微信公眾號「北京大興國際機場」)


C型柱開口的一側形成了一條巨大的光瀑,為室內提供了充足的照明光線,白天航站樓內幾乎不需要照明燈光。

4.能抗一個8級地震

為了機場安全,北京大興國際機場採用了層間隔震技術。這項技術目前是國內首創,層間隔震技術就是在航站樓首層板下,設置了隔震支座,將航站樓首層和地下一層完全隔開。既隔震又不影響地下層的使用。

(國內首創層間隔震技術示意圖)

大興機場彈性滑板支座(隔震裝置)

BIM設計運用

BIAD同AUTODESK聯合打造

1、BIM標準與管理

(BIM標準建立)

在項目初始階段,針對新機場項目特點同時設置了BIM數字標準與BIM管理標準。為實現這一龐大的BIM協同設計系統,設計團隊做了充分的準備,並確立了嚴格的BIM數字標準,提出了明確的BIM文件接口標準,保證整體設計的協同推進。核心團隊進行了專項BIM培訓,並對電腦設備進行了升級;設置了各級BIM負責人;制定了BIM管理計劃;從文件命名規則、圖層標準,到模型拆解邏輯、深度標準,以及交付成果的表達和要求,都進行了詳細規定。

2、設計策略

在當前技術條件下,單一的BIM工具完全無法實現如此複雜項目的設計目標。我們在策劃階段,就確定了多平臺協同工作,以適用性為導向的BIM技術框架。如建築外圍護體系使用Autodesk T-spline同Rhinoceros結合共同作為設計的核心平臺處理自由曲面;大平面體系中,主平面系統使用傳統的Autodesk Cad平臺,保證設計的時效性;對於專項系統中樓電梯、核心筒、衛生間、機房這樣的獨立標準組件,我們使用Autodesk Revit平臺,利用建築信息化的優勢,確保這些複雜組件的三維準確性。通過成熟的協同設計平臺,將這三個大的體系整合在大平面中,實時更新,協同工作。

(BIM應用框架)

通過這樣適用、高效的BIM和協同設計平臺,我們得以整合上百人的設計團隊,只用了一年的時間,就完成了新機場從方案調整深化、初步設計、施工圖的全部設計過程,體現出了BIM技術對於設計效率的巨大提升。

3、外維護體系BIM應用

(屋頂曲面與屋面主結構網格關係)

航站樓的自由曲面造型是外圍護工程的難點。我們通過主動創新,在BIM平臺上綜合運用Autodesk T-spline曲面建模與編程工具,實現了對外圍護系統的全參數化控制,大到屋面鋼結構定位,小到吊頂板塊劃分,都在同一套屋面主網格系統的控制下展開。

屋面主網格是一套整合屋面,採光頂,幕牆,鋼結構等多專業,多層級的空間定位系統,以受參數化程序控制的屋面鋼結構中心線為基礎,在滿足建築效果的同時符合結構邏輯。在主網格系統的基礎上,我們通過逐級深化的方式不斷推進設計,接力主網格程序對屋面大吊頂進行分縫,分板參數化設計,對吊頂板塊進行數據化分析,優化板塊類型。

各屋面子系統,如虹吸雨水,馬道等也採用三維方式定位設計

(航站樓室內空間效果圖)

4、大平面體系BIM應用

                        (北京新機場大平面體系模型)

北京新機場大平面體系的BIM架構分為主平面系統和專項系統兩部分,在主平面系統中,我們運用Autodesk AutoCAD平臺上成熟的協同設計模式快速推進設計,並隨設計節點創建和更新建築、結構、設備全專業的Autodesk Revit模型,同各專項系統,外圍護系統模型一起在Autodesk Navisworks,Autodesk Stingray中進行三維校核及漫遊演示。

(Revit全專業設計模型)

在專項系統設計中,我們發揮Autodesk Revit平臺的優勢,集中處理大量信息:全樓共計141個不同的衛生間,148部自動扶梯,42部玻璃電梯,98部混凝土電梯,設備專業的BIM設計中,我們將全樓數百間機房作為專項系統進行全BIM設計,其中最大的單間空調機房內同時運行設備40多臺,我們對BIM的應用不僅止於管線的幾何表達,更看中其信息處理能力,如流量,壓力,流速等,為更深入,高效的設計提供依據。

(機房BIM圖紙表達)

北京新機場也將機場建築特有的專項設計向前推進:標識系統是機場功能組織的重要環節,我們利用基於Autodesk Revit平臺的Dynamo編程對全航站樓共計3114塊標識牌進行參數化設計與管理,包含每塊標識牌的位置,類型,指向信息等;行李系統的幾何信息與運行分析同樣有賴於BIM專項設計。

(標識系統Dynamo程序)

5、計算機智能設計

(採光頂遮陽網片樣本與遺傳算法程序)

遺傳算法是人工智慧領域的計算機技術,我們將其應用在遮陽網片計算和C形頂的結構劃分這兩部分工作中,計算機在我們通過程序設定的邏輯與條件下,找到了問題的最優解。這是以往無法憑人力得到的。為了降低航站樓能耗,我們將一層輕薄的遮陽網片置於採光頂玻璃片的中空層中,在保障室內採光的同時可以最大程度遮擋南向直射光。每個遮陽網片單元形式由4個參數控制,每個參數的不同取值會組合產生上萬種形式。計算機根據採光頂所處的位置從中篩選出其中熱工性能的最優解,使得透過採光頂獲得約60%進光量的同時僅接收約40%的熱能。

(採光頂結構分格效果與遺傳算法程序)

C形柱上方的採光頂是室內空間的視覺焦點。綜合視覺與結構需求,我們需要在結構網格劃分上實現三個目標:1.邊緣整齊2,玻璃分板均勻 3.分板結構梁程相近。為此,我們為主要劃分線設置了88個控制點,通過遺傳算法調整各個控制點的相對關係,最終得到分板均勻,具有張力的結構網格。

6、專項分析研究與設計驗證

新機場的設計中,我們使用計算機技術對建築光環境,CFD,熱工等物理環境進行分析模擬,使航站樓更安全,節能,高效。包含如下主要內容:

(建築室外風環境物理風洞模型與計算機模擬分析)

1、室外光環境的模擬分析輔助採光與遮陽的設計;室內照明系統的分析計算。

2、物理風洞實驗分析與計算機模擬分析;室內自然通風模擬。

3、基於建築物理模型的圍護結構熱工參數優化分析。

(電梯等候時間與旅客流線模擬)

計算機模擬技術不但用於模擬航站樓所處的物理環境,還應用與對機場未來運行的狀況的仿真分析:在航站樓內,通過對機場室內人流的模擬,我們可以評估出等候每處電梯,安檢排隊的等候時間,進而優化流線設計,提高運行效率。在航站樓外,通過建立起場跑滑系統數學模型,優化調整登機口布局,獲得最優的站坪運行效率;

7、BIM信息管理

(機房信息數據統計)

我們在新機場的項目中建立了完整的資料庫。例如將衛生間系統的數據同機場運營經驗統計數據相關聯,即可判斷出各處衛生間潔具數量是否能應對高峰期的客流壓力。通過數據的信息交付,新機場各系統的海量信息將在未來持續服務於施工與運營。

8、技術支持

高效,穩定的軟體平臺是建築設計的技術保障,BIAD長期使用歐特克產品保障大型航站樓項目的設計工作的順利推進,面對北京新機場這一超級工程的新挑戰,我們結合項目和團隊特點有針對的協調和使用軟體產品,拓展了對近年來歐特克新產品的應用廣度與深度,為今後大型項目的BIM應用積累了寶貴的經驗。我們也期待作為專業設計機構,同以歐特克為代表的軟體服務商共同開括建築信息化設計的未來。

黑科技遍地,機器人幫你停車

1.智能停車樓,3分鐘停車取車

停車樓位於機場北側,分為東西兩個停車樓,地上三層、地下一層,共有4238個停車位,含630個充電車位,並配套近萬平米便民服務設施。停車樓屋頂採用領先的薄膜光伏發電系統,鋪設2萬塊光伏薄膜組件,每年可節省約300萬度電量。停車樓的一層將布局148個停車位,均依靠兩個機器人完成泊車,車主將車放在指定入口處,由機器智能設備將車輛運送到車位,不僅可以縮短車主的泊車時間,同時由於機器人精準停車,車輛間距縮短,節省出更多空間。

2.機場高速及跑道自融雪系統

現在如果出現大雪天氣,地上積雪來不及清除,會導致機場暫時關閉。而在新機場未來的四條跑道中,將有一條採用自融雪技術,可以實現即使冬天下大雪,也不用關閉機場。通往機場的高速公路也值得一提,高速全線大面積採用了融冰雪材料,可以把結冰點降到零下12℃左右。在一個項目如此大範圍地採用,自融冰雪路面技術在國內尚屬首例。

3.為行李植入晶片,防止丟失

北京大興機場預計2025年旅客吞吐量將達7200萬,而目前國外的大型機場行李系統解決方案只能支撐2000萬的旅客量。為了解決這一問題,中國相關領域的專家研發出一套具有自主智慧財產權的高速行李傳輸系統,將之前90%左右的行李正確識別率提升到了99%。之前的機場行李牌只有一個二維碼,但新式機場行李牌裡是一個射頻識別的晶片,相當於一代身份證與二代身份證的區別。

人性化設計,不能再貼心了

1.登機只用8分鐘

什麼是五大指廊?由長度411米的東南、中南、西南三座指廊和長度298米的東北、西北兩座指廊組成。它們以主航站樓為中心向四周散射,配合上下雙層平臺,使得航站樓中心前往各登機口的距離得到最大的優化,旅客從航站樓大廳沿指廊前往最遠端登機口乘機,步行距離最遠不超過600米,所需時間不超8分鐘。

2.絕美的中國風庭院休息區

在航站樓五個指廊的盡端,分別設有5個中式風格的室外庭院——中國園、瓷園、田園、絲園、茶園,使室內外空間相互融合,為旅客提供了放鬆的候機環境和綠色的活動空間。其中,中國園是五個園區中唯一擁有建築物的園區,八角亭、六角亭、敞軒、榭、廊、殿座、歇山頂、硬山頂、懸山頂……這裡幾乎涵蓋了中國傳統古建築所具有的全部特點。

3.極致的無縫換乘

整個航站樓的正下方,你可以快速換乘京霸高鐵、廊涿城際、新機場快軌等,這是世界首座高鐵下穿的航站樓。

4.專有的「親友話別區」

一般在安檢處,家人和旅客便要分別,但大興國際機場五層的商業區中,有專門「親友話別區」的獨特設計,使得旅客在安檢後依然可以在大廳回首與家人告別,家人也可以在高處目送親人候機。

這是2019年9月4日拍攝的北京大興國際機場航站樓內部,這裡可以讓旅客與家人告別。(新華社記者 張晨霖 攝)

5.告別候機焦慮,讓你逛街休閒甚至遊泳

一旦有特殊天氣或突發事件,機場該如何應對?北京新機場將提供各種休息等候區、商業餐飲設施、娛樂休閒健身設施,包括電影院和泳池,通過寬敞充足的等候空間、齊全多樣個性化的服務設施、及時準確全面對稱的信息取得等措施,緩解你的候機焦慮。

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