北京大兴国际机场地跨北京市大兴区和河北省廊坊市,从高空俯瞰,北京大兴国际机场宛若展翅的凤凰。 到2040年,将共达到7条跑道,占地68平方公里,年货邮量为400万吨,旅客量达到1亿人次以上,届时将成为全球最大枢纽机场。 一、项目概况
北京大兴国际机场地跨北京市大兴区和河北省廊坊市,从高空俯瞰,北京大兴国际机场宛若展翅的凤凰。 到2040年,将共达到7条跑道,占地68平方公里,年货邮量为400万吨,旅客量达到1亿人次以上,届时将成为全球最大枢纽机场。
机场主体建筑航站楼由中央主楼和五条互呈60度夹角的放射状指廊构成,航站楼以北的综合服务楼平面形状与航站楼的指廊相同,与航站楼共同形成了外包直径1200米的总体构型。
北京新机场中心区域的支撑间距达200米,所形成的无柱空间可以完整的放下一个水立方。
为保证中心区屋面及支撑结构体的完整,以及功能区的完整,北京新机场航站楼中心区混凝土楼板513mX411m不设缝,是国内最大的单块混凝土楼板。这块完整的混凝土大板,可以将国家体育中心(鸟巢)置于其上。
作为综合交通枢纽,航站楼主楼地上共四层,采用了上部双出发层-下部双到达层的基本楼层功能设置,并配置了双层出港高架桥,航站楼近机位共79 个,地下一层设置轨道进出站的连接过厅和轨道站厅,连接地下二层的两条城际铁路线和三条城市地铁线, 采用8台16线布局,与目前的北京火车站规模相当。
综上所述,北京新机场航站区工程具有项目规模巨大、建筑功能复合,专业系统众多、协调环节密集,质量标准严格等主要特点,对工程建设的规划、设计、施工、管理都提出了很高的要求,在紧迫的设计周期下,BIM的应用充满机遇与挑战,需要协调一致的BIM标准和具有针对性的BIM设计策略。
在项目初始阶段,针对新机场项目特点同时设置了BIM数字标准与BIM管理标准。为实现这一庞大的BIM协同设计系统,设计团队做了充分的准备,并确立了严格的BIM数字标准,提出了明确的BIM文件接口标准,保证整体设计的协同推进。
核心团队进行了专项BIM培训,并对电脑设备进行了升级;设置了各级BIM负责人;制定了BIM管理计划;从文件命名规则、图层标准,到模型拆解逻辑、深度标准,以及交付成果的表达和要求,都进行了详细规定。
在当前技术条件下,单一的BIM工具完全无法实现如此复杂项目的设计目标。在策划阶段,就确定了多平台协同工作,以适用性为导向的BIM技术框架。
如建筑外围护体系使用Autodesk T-spline同Rhinoceros结合共同作为设计的核心平台处理自由曲面;大平面体系中,主平面系统使用传统的Autodesk Cad平台,保证设计的时效性;对于专项系统中楼电梯、核心筒、卫生间、机房这样的独立标准组件,我们使用Autodesk Revit平台,利用建筑信息化的优势,确保这些复杂组件的三维准确性。
通过成熟的协同设计平台,将这三个大的体系整合在大平面中,实时更新,协同工作。
通过这样适用、高效的BIM和协同设计平台,得以整合上百人的设计团队,只用了一年的时间,就完成了新机场从方案调整深化、初步设计、施工图的全部设计过程,体现出了BIM技术对于设计效率的巨大提升。
航站楼的自由曲面造型是外围护工程的难点。BIAD通过主动创新,在BIM平台上综合运用Autodesk T-spline曲面建模与编程工具,实现了对外围护系统的全参数化控制,大到屋面钢结构定位,小到吊顶板块划分,都在同一套屋面主网格系统的控制下展开。
屋面主网格是一套整合屋面,采光顶,幕墙,钢结构等多专业,多层级的空间定位系统,以受参数化程序控制的屋面钢结构中心线为基础,在满足建筑效果的同时符合结构逻辑。
在主网格系统的基础上,我们通过逐级深化的方式不断推进设计,接力主网格程序对屋面大吊顶进行分缝,分板参数化设计,对吊顶板块进行数据化分析,优化板块类型。
各屋面子系统,如虹吸雨水,马道等也采用三维方式定位设计
北京新机场大平面体系的BIM架构分为主平面系统和专项系统两部分,在主平面系统中,运用Autodesk AutoCAD平台上成熟的协同设计模式快速推进设计,并随设计节点创建和更新建筑、结构、设备全专业的Autodesk Revit模型,同各专项系统,外围护系统模型一起在Autodesk Navisworks,Autodesk Stingray中进行三维校核及漫游演示。
在专项系统设计中,BIAD发挥Autodesk Revit平台的优势,集中处理大量信息:全楼共计141个不同的卫生间,148部自动扶梯,42部玻璃电梯,98部混凝土电梯,设备专业的BIM设计中,将全楼数百间机房作为专项系统进行全BIM设计,其中最大的单间空调机房内同时运行设备40多台,BIAD对BIM的应用不仅止于管线的几何表达,更看中其信息处理能力,如流量,压力,流速等,为更深入,高效的设计提供依据。
北京新机场也将机场建筑特有的专项设计向前推进:标识系统是机场功能组织的重要环节,BIAD利用基于Autodesk Revit平台的Dynamo编程对全航站楼共计3114块标识牌进行参数化设计与管理,包含每块标识牌的位置,类型,指向信息等;行李系统的几何信息与运行分析同样有赖于BIM专项设计。
遗传算法是人工智能领域的计算机技术,BIAD将其应用在遮阳网片计算和C形顶的结构划分这两部分工作中,计算机在我们通过程序设定的逻辑与条件下,找到了问题的最优解。
这是以往无法凭人力得到的。为了降低航站楼能耗,BIAD将一层轻薄的遮阳网片置于采光顶玻璃片的中空层中,在保障室内采光的同时可以最大程度遮挡南向直射光。每个遮阳网片单元形式由4个参数控制,每个参数的不同取值会组合产生上万种形式。
计算机根据采光顶所处的位置从中筛选出其中热工性能的最优解,使得透过采光顶获得约60%进光量的同时仅接收约40%的热能。
C形柱上方的采光顶是室内空间的视觉焦点。综合视觉与结构需求,需要在结构网格划分上实现三个目标:1.边缘整齐2,玻璃分板均匀 3.分板结构梁程相近。为此,我们为主要划分线设置了88个控制点,通过遗传算法调整各个控制点的相对关系,最终得到分板均匀,具有张力的结构网格。
新机场的设计中,BIAD使用计算机技术对建筑光环境,CFD,热工等物理环境进行分析模拟,使航站楼更安全,节能,高效。包含如下主要内容:
室外风环境物理风洞模型与计算机模拟分析
1、室外光环境的模拟分析辅助采光与遮阳的设计;室内照明系统的分析计算。
2、物理风洞实验分析与计算机模拟分析;室内自然通风模拟。
计算机模拟技术不但用于模拟航站楼所处的物理环境,还应用与对机场未来运行的状况的仿真分析:在航站楼内,通过对机场室内人流的模拟,可以评估出等候每处电梯,安检排队的等候时间,进而优化流线设计,提高运行效率。在航站楼外,通过建立起场跑滑系统数学模型,优化调整登机口布局,获得最优的站坪运行效率;
实施方在新机场的项目中建立了完整的数据库。例如将卫生间系统的数据同机场运营经验统计数据相关联,即可判断出各处卫生间洁具数量是否能应对高峰期的客流压力。通过数据的信息交付,新机场各系统的海量信息将在未来持续服务于施工与运营。