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        未來建筑的方向:機械制造與數字化設計的融合

        2017-05-06 16:07:00 dqj9008 104

               在北京朝陽公園西南角,一座外形圓融、柔和的建筑十分引人注目。其曲線的殼體猶如一條沒有開頭和結尾的延續的條狀紐帶,將宏偉的中庭空間纏繞包裹。1480300272.png

               這是一座面向未來的建筑。在北京朝陽公園西南角,一座外形圓融、柔和的建筑十分引人注目。其曲線的殼體猶如一條沒有開頭和結尾的延續的條狀紐帶,將宏偉的中庭空間纏繞包裹。

               這是一座具有文化內涵的建筑。

          這座建筑造型來自“莫比烏斯環”的設計理念,而且與中國傳統文化中太極圖十分相近,它有界無邊、無限循環的空間意境也暗合了太極文化中事物相互關聯的自然觀,從而讓建筑傳遞出濃郁的中國傳統文化精神。

          這是一座充滿了科技感的建筑。

          它是國內首個全面應用數字信息技術的工程,設計團隊克服了諸多前所未見的技術難題,他們探索出了本土建筑師利用制造業成熟技術打造高完成度的建筑成果的技術轉移方式,充分利用數字信息化技術達到精確、高效的工程控制與建造配合,完成建筑業的產業升級。

          這座名為鳳凰中心的建筑如今已成為北京的新地標。

          由北京市建筑設計研究院有限公司執行總建筑師邵韋平領銜的設計團隊,歷時6年,最終完成了這項“不可能完成的任務”。

          鳳凰中心是國內首個完全由本土團隊自主打造的地標建筑,可以說吹響了“中國設計、中國建造”的號角。美國著名評論家、建筑師JosephGiovannini認為,鳳凰中心的設計和建成,“意味著現代建筑創新的接力棒已經傳遞到中國人手中”。據了解,2012年鳳凰中心被國外著名設計網站評選為“2012十大文化建筑”,獲得了國內外業界的一致好評,該項目并榮獲了2015年度北京市科學技術獎二等獎。

          “莫比烏斯環”帶來的挑戰

          在過去的十幾年里,眾多的新地標在北京拔地而起,例如“鳥巢”“水立方”國家大劇院、T3航站樓等,這些建筑代表了國內建筑界非常高的水平。然而,其中絕大部分都是由國外建筑師設計完成的,對于中國本土建筑師來說,這多少有些遺憾。

          改變始于2008年。當年,來自香港的鳳凰國際傳媒衛視決定在北京建一座總部大樓。地點選在了北京朝陽公園的西南角,朝陽公園是北京四環以內最大的城市公園,周邊綠地環繞,其后面還有大片森林景觀。

          “這個地點有個特征,西側的道路是一個曲線型,與北邊、南邊的道路圍合成一個不是很規矩不規則的綠地形用地形態,用地西側后面還有大片森林景觀。特別是綠地的北側有幾棟高層住宅民房,當時很多居民擔心項目建設會對他們住宅的采光、日照產生影響?!鄙垌f平告訴記者,“我們希望這個建筑建成后它對周邊環境是友好的,同時能和城市空間相呼應,而不是以一個生硬的姿態出現?!?/p>

          為此,設計團隊提出了“莫比烏斯環”的概念,這是一個數學模型,它用一個條帶把一個長的枝條兩頭反轉連接后,形成了這樣一個特殊的形態,這個形態的特點就是有界無邊。有一個形象的比喻,如果有一只螞蟻在“莫比烏斯環”里面爬,它可以無限循環的爬下去,而沒有盡頭。

          “這個概念其實與中國傳統的太極文化,包括鳳凰衛視國際傳媒所倡導的“開放、圓融、創新”的企業文化有很強的互動性。這個形態與基地能夠很好地契合,并形成一個獨特的造型?!鄙垌f平說。

          經過多輪競標,最終邵韋平團隊提出的“莫比烏斯環”方案脫穎而出。

          設計團隊在提出這樣一個“莫比烏斯環”的概念以后,便面臨著一個巨大的問題:如何把這樣一個形態的建筑表達出來?

          “我們要想辦法把它變成一個真實的實體,而不是一個空洞的概念,就必須讓它落地?!鄙垌f平給自己出了一個難題,如何把這樣一個很浪漫的想法變成一個可操作的建筑。

          讓設計從浪漫的想法到可實施的建筑

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          由于獨特的創意構思,鳳凰中心具有復雜的三維形態,這為建筑的深化設計和施工提出了嚴峻的挑戰。隨著大量前所未有技術難題的涌現,傳統的建筑設計方法與設計工具已經不足以應對復雜形體的控制。

          因此,設計團隊開創性的大量運用了三維數字技術技術。三維數字技術統指將建筑信息模型(BIM)和參數化設計等相關技術運用在建筑深化設計、加工、建造的各個環節,在當時,這對于大部分設計師和本土建筑行業來說,還是十分陌生的領域,這一實踐更是開創性的。

          據了解,三維數字技術可以利用建筑信息模型以及參數化編程控制技術,生成無法手繪的技術信息,完成常規技術無法實現的設計成果。并且,三維數字技術的運用可以讓設計成果矢量化與精確化,并且能夠進行智能化的調整和修正,優化工程的生產、建造與運行工序。

          “實際上在幕墻和鋼結構等方面,我們突破了傳統意義上通過二維圖紙的表達方式,通過模型進行數字化的設計、計算、分析,將建筑的信息精確化、有理化,用模型來進行信息的傳遞和加工。所有的單元都通過數據來進行表述,這樣的話就可以在很短的時間內將建筑部構件單元的數據進行優化調控和輸出,這些輸出還可以進行修改,大大提高了工程效率。同時這些模型和數據還可以進行后期運維協同的一些管理?!鄙垌f平說。

          建筑設計的數字化時代到了

          然而,為了實現鳳凰中心的精確化的建造,建筑師需要精確的控制建筑的建造效果,但一系列傳統項目中沒有出現過的具體問題卻涌現出來,項目團隊面臨了前所未有的挑戰:如何在復雜曲面的形態上實現建筑設計的深化?如何實現復雜曲面外殼的結構方案,滿足結構受力的同時為建筑提供舒適的內部空間和外觀,并實現精確化加工?如何將設計的數字化信息精確的傳遞給協作設計專業和加工建造環節,實現數字化信息在產業鏈上的連續性?

          面對難題,迎難而上。項目團隊決定以數字信息技術手段為依據,創造性的提出整體性工程控制方法。建筑師承擔設計總承包的角色,利用數字信息模型為工程的每一技術環節把關,將設計深化、施工、部品加工制造進行統籌協調,讓設計單位、承包單位、建筑部品制造單位在同一平臺上和標準上進行工作。

          邵韋平帶領設計團隊為鳳凰中心建立了完整的高精度的建筑模型信息系統與數據庫,將高端制造業的數字應用技術轉移到工程中,比如引入高精度的三階曲線標準,保證彎扭構件的數據精度,從而提高了彎扭構件形態的美學表現力。在高精確度的數字平臺上,集成了建筑全面的信息和精確的數據尺寸,并且包含了建筑材料、重量、價格等非幾何信息,形成了鳳凰中心的“建筑數字信息庫”數據庫。

          為了實現鳳凰中心復雜的非線性外殼形體,設計團隊創建了一套幾何控制體系,在建筑形體、結構設計、幕墻劃分等方面對建筑進行精確控制。并且通過三維模型、程序計算、邏輯修正等手段,不斷的對成果進行優化。

          由于外部形體的復雜性,外幕墻的技術處理成為了關鍵。3000多塊不同的幕墻單元,沒有一塊采用曲面玻璃。建筑設計采用了結構與幕墻一體化的設計策略,首創了彌合自由曲面的單向非連續折板玻璃幕墻系統,用平板的玻璃幕墻單元擬合自由曲面,大大降低了成本,同時增加建筑的可實現性。從而使得“莫比烏斯環”的形體被舞動的鋼結構梁和自然的鱗片肌理所包裹,形成了以鳳凰羽翼為意向的建筑表皮效果。

          “現在我們對BIM技術有了更深入的了解和認識,并深深地感到數字設計技術已日趨成熟,已經或將要對建筑設計及相關領域的發展產生深刻的影響。建筑設計真正意義上的數字化時代已經到了?!鄙垌f平說。

          數字實踐的成功案例

          如今,鳳凰中心擁有迷人的曲線,大樓整體的樣子看上去十分簡潔,并與周圍空間更加融合,同時與公園形成很和諧的關系。

          環形的外殼包裹了南北兩個辦公空間,辦公部分放在南側,演播室放在北側。而南高北低的關系,既為辦公空間創造了良好的日照、通風、景觀條件,避免演播空間的光照與噪音問題,又巧妙的避開了對北側居民住宅的日照遮擋的影響,是一個一舉兩得的構想。

          鳳凰中心最終的形態由3800塊玻璃幕墻單元圍合,每一塊都有不同的尺寸和細部節點?!?D建模軟件讓建筑師能夠構思和實現這個項目,并且需要很高的控制精度?!鄙垌f平說。

          這些楔形幕墻單元的玻璃每一塊的形狀和尺寸都不同,且不是正方形而是菱形,這也為建造帶來了很大的困難。正因為數字化技術的應用,幕墻廠家能夠精準快速的自動生成所有幕墻的幾何尺寸,從而進行下料生產,數控機床最終實現了數字化的設計、加工建造、控制,從而可以為設計的模型進行生產加工,實現了數控幕墻的自動化。

          巨大的玻璃幕墻使得建筑與朝陽公園形成了視覺上的連續性,并一直延伸到周邊街區。整個建筑也充分體現了對綠色節能和低碳環保設計理念的響應。光滑的外形沒有鋪設一根雨水管,所有在表皮形成的雨水順著外表的主肋導向建筑底部連續的雨水收集池,經過集中過濾處理后提供藝術水景及庭院澆灌。

          建筑外殼同時又是一件“綠色外衣”,它為功能空間提供了氣候緩沖空間。建筑的雙層外皮很好地提高了功能區的舒適度和建筑能耗。

          鳳凰中心是一個數字實踐的成功案例,帶有強烈的數字印記。它首次實現了設計企業、制造企業、建造企業全面數字化對接。通過信息模型,實現無紙化設計深化、加工,實現了精確的工程控制;它也真正實現了建筑的全信息化模式。未來,數字信息庫還會用在建筑的全生命周期,如運營、維護、安防等階段,大大推動了中國建筑產業信息化水平。

          邵韋平告訴記者,“目前,這一創新技術已經應用在了北京CBD核心區第一高樓,526m的Z15地塊‘中國尊’超高層辦公樓的設計實踐中?!?/p>


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