BIM技术在运动场馆中的应用研究

BIM技术在运动场馆中的应用研究
1.新加坡体育中心
新加坡体育中心项目使用BIM技术作为专为热带地区设计的绿色生态能源体育中心。新加坡体育中心定位为国际比赛场地和大型商业和娱乐中心,可容纳55,000人。它必须符合365天的经营理念。该项目设计了许多体育场建筑,建在统一的大型平台上,包括体育馆,多功能体育馆,室内游泳池和水上娱乐中心。该项目于2014年完工。作为跨度最大的拱形屋顶,钢材的节约也是评估体育场设计是否合理同时减轻重量和制造建筑形式的指标。由于新加坡已经建立了BIM标准,因此从设计到施工的整个过程需要符合新加坡的BIM设计规范。

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整个项目涉及多个建筑单元的协调,需要一个完整的施工管理系统。但设计中最复杂的部分是体育中心的开放式屋顶。作为世界上最大的室内体育场,屋顶的设计可以打开,需要考虑屋顶照明设计和屋顶运动引起的技术问题。 BIM技术在该项目中具有以下优势:提供建筑模型,专业协调,自动形成精确轮廓,碰撞检查和虚拟漫游。此外,由于建筑信息模型的建立,更加方便快捷地获得建筑物性能分析热能利用效率和建筑物整个生命周期的分析数据。新加坡体育场是世界上使用公共建筑市场运营(PPP)设计和建造的最大体育场。在PPP运营模式下,设计和施工部分由私营部门合作伙伴设计和制造,整体设计和施工部分的价格通常在满足公共部门合作伙伴要求的前提下确定。因此,对于负责该建筑设计的Arup来说,使用BIM进行体育场设计有很多好处。 Arup使用DassaultSystèmesCATIA和Geely Digital Project以及Microsoft Office 2007进行新加坡体育中心设计的建筑设计。
CATIA3D模型可以通过Excel2007控制模型中的数据信息,帮助架构师快速将结构反馈信息添加到现有建筑模型中,加快模型修改,并更新模型以快速反馈给其他相关专业设计人员。另外,对于可以重复设计相同类型的建筑物的情况,可以创建设计数据库。在进行类似的工程设计时,可以直接使用原始信息确定建筑工地和座椅等基本信息,大大节省了设计时间,提高了设计精度。 。使用CATIA和DigitalProject的另一个优点是它可以在设计阶段确定幕墙的结构单元,从而使幕墙设计可以更早地参与整个建筑设计过程。在设计的后期阶段,幕墙公司可以使用Arup提供的BIM模型来处理幕墙。除了提高设计精度外,它还节省了现场处理时间和人工成本。2.英杰华体育场


英杰华体育场,也被称为“兰斯路体育馆”,于2010年在爱尔兰都柏林开业,是爱尔兰唯一的欧足联五星级足球场。英杰华体育场是爱尔兰国家足球队的主场。它建于2007年,并于2010年完工并开放。全部座位可同时容纳50,000名观众。体育场的顶部设计为波浪形。

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由于体育场皮肤设计的复杂性以及在约束条件下不断调整的需要,设计师开发了一种以使用Bentley软件GC构建的参数模型为中心的协作方法。参数化设计意味着体育场的几何形状可以通过参数控制,并且不再需要手动修改和重建模型。
1参数化方法的技术实现
使用参数数据,静态几何和GC脚本文件实现外围形式的3D参数模型。参数或数值数据对应于从原始犀牛模型中提取的表面控制点的位置。提取参数并将其存储在Excel电子表格中。通过脚本代码将数值数据输入GC,复制原始rhino模型,并自动更新原始数据点。任何变化。解决方案团队基于控制曲线创建了一个图形操作系统,可以轻松控制模型的整体形状,同时进一步细化原始模型以确定整体几何形状。控制系统与额外的全局约束相结合,形成皮肤的最终形式,然后解决与体育场核心的冲突。外壳和结构的几何定义基于垂直平面阵列,该阵列控制屋顶第三层的结构元件的位置。该平面位于参数控制的路径曲线和体育场径向结构网格的交叉点处。在每对平面之间限定结构支架。对于具有唯一接口的shell,每个平面都是空间参考,然后将其提取并转换为二维截面。
2结构分析和反馈
在设计的发展过程中,体育场外保护的建筑模型必须反复修改,因此有必要建立有效的设计意图沟通机制。该项目最具挑战性的方面之一是在参数化工作流程中包含工程分析。为此,C#语言用于通过其应用程序编程接口(API)扩展GC的内部功能,以编写支持参数模型和结构分析软件的集成自定义应用程序,可以直接将GC参数模型信息传输到结构体。在分析软件中。程序自动指定模型中每个结构元素的横截面尺寸。完全参数化的系统能够基于建筑师主导的原则和初始概念机制生成整体体育场屋顶结构模型,以及自动生成数据文件以供分析而无需人工干预。3壳细节设计
皮肤设计包括一系列聚碳酸酯百叶窗,遵循体育场外壳的曲率。 GC中表面层的初始设计允许面板组件沿边界层皮肤参数化。面板宽度是恒定的,长度可在面板制造商定义的长度内变化。以这种方式,每个面板的方向和尺寸由软件自动调节,以适应壳体的曲率。由于覆盖模型的超大尺寸和所需的大量组件,尝试建立整个体育场围栏的完整参数模型是不现实的,因此使用分裂策略来解决该问题。整个体育场外壳(主模型)被分成小的子模型,并且连接到第三级桁架的结构支撑被定位成四层宽。这样,通过切割成可管理的小部件难以解决处理超大参数模型的问题。
评估后
在结构设计方面,通过定制集成参数化模型和结构分析的应用,可以解决构建和修改复杂模型时耗时且容易出错的手动处理问题。设计分析反馈周期已大大减少,反映了开发此自定义应用程序的有效性。
在架构方面,参数模型的使用已经受益匪浅。外壳的设计目标是通过详细生成和测试所有候选解决方案来实现的。通过参数模型以及它支持的建筑师和制造商之间的协作,高工程表面系统针对生产进行了优化,并以低成本安装。
3.阿维亚体育场
Avia Stadium建于2010年,可容纳50,000人,由Populous(前身为HOKSport)完成,专门从事体育建筑。这是第一个完全依赖参数化设计的体育场。整个设计预计将成为当地的标志性建筑,建筑本身必须与周围环境融为一体。
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Avia体育场采用自由曲线形式设计,使用Bentley的GC软件设计,并采用多程序比较方法,以实现对周围环境的最少遮挡。此外,使用透明材料的皮肤,以获得更多的阳光,使建筑本身可以更好地融入周围环境。该设计试图形成屋顶结构和建筑立面的完整结构,并将其包裹在主体结构外部,打破了将传统体育场屋顶结构与立面分离的设计方法。建立整个设计过程:首先,在Rhino中建立3D模型,并使用3D模型快速建立形状并获得最合适的平面形状。批准此表单后,将在GC中创建基本模型,并通过导入Rhino中获取的数据生成GC脚本,并从脚本生成新模型。 GC中生成的模型具有高度可修改性,由结构工程师进行优化,并将结构设计数据导入模型中。因此,在同一模型中,建筑师负责皮肤和建筑形式设计,而结构工程师则调整模型上结构构件的尺寸和位置。此时,所有参数调整和模型信息都存储在Excel电子表格中。结构工程师只需输入调整后的数据,架构师使用的模型将及时更新。同时,幕墙顾问和建筑师通过统一的建筑模型进行研究,分析了实际施工中幕墙板尺寸的相关问题,并在结构中心线的基础上建立了更为详细的幕墙节点模型。 SolidWork中的原始模型。并再次优化幕墙设计。通过对参数模型的分析,体育场幕墙的最小厚度不是设计时选择的8mm厚的聚碳酸酯板,而是可以用3mm厚的聚碳酸酯板代替,从而使整体质量屋面材料可从200吨减少到80吨。因此,材料成本降低到60%。通过应用参数化设计和BIM技术,Avia Stadium项目最终节省了大约350万美元。
此外,通过建立BIM模型,可以在Avia体育场进行能量分析,以实现节能和环保的体育场设计目标。对于分工明确的外国公司,参数信息模型可以更好地促进公司间合作,这也是BIM技术加速设计,协调和合作的原因之一。在整个模型的设计过程中,架构师扮演着整个设计过程的角色。除了整个建筑的完整信息之外,在建设阶段可以在该信息模型中修改完整的建筑信息模型,这大大节省了现场处理的人力和材料成本。
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