绍兴体育中心体育场的BIM应用

【摘要】绍兴体育会展中心体育场位于绍兴市西北柯北新城，总建筑面积77500平方米，观众座位40000席。屋盖采用活动开启式，开启面积12350平方米，是国内目前可开启面积最大的开闭式体育场。

一、项目背景

1、项目名称： 绍兴体育中心体育场

2、项目设计单位： 北京市建筑设计研究院有限公司

北京市建筑设计研究院有限公司（BIAD）业务范围包括：城市规划、投资策划、大型公共建筑设计、民用建筑设计、室内装饰设计、园林景观设计、建筑智能化系统工程设计、工程概预算编制、工程监理、工程总承包等领域。自1949年成立以来，累计完成建筑设计面积已超过1.5亿平方米，从1977年至今，设计作品获得各类奖项总计1166项，曾被北京市政府授予“首都建筑设计突出贡献设计研究单位”荣誉称号。在全国各地设有12个分支机构，建筑设计作品遍及全国31个省市自治区。

3、相关软件及解决方案：

Autodesk Revit Architecture

Autodesk Revit Structure

Autodesk Revit MEP

Autodesk Navisworks

AutoCAD

4、BIM应用评价与反馈：

BIM技术是一种新的设计革命，它代表着今后世界建筑设计的潮流。作为二十一世纪的中国建筑公司必须学习它、掌握它、利用它，为人类造福。

——北京市建筑设计研究院有限公司总经理徐全胜

欧特克BIM软件是由可视化模型、信息技术和参数化设计构成的，我们将努力在今后的工作中把这三方面结合的更好。

——北京市建筑设计研究院副总工程师、教授级高级工程师 甘明

每一个结构工程师都需要与时俱进，二十一世纪的中国结构工程师必须在做好手头设计工作的同时，掌握BIM技术，才能不落后于时代。

──北京市建筑设计研究院副总工程师、教授级高级工程师 甘明

二、正文

绍兴体育中心体育场的BIM应用

项目概况

绍兴体育会展中心体育场位于绍兴市西北的柯北新城，总建筑面积77500平方米，观众座位40000席。屋盖采用活动开启式，开启面积12350平方米，是国内目前可开启面积最大的开闭式体育场。屋面的投影为椭圆形，长轴260米，短轴200米，整个屋面由固定和活动两部分组成。活动屋面采用平面桁架体系，固定屋面为空间桁架体系，由“井”字型分布的4条主桁架、次桁架和环桁架组成。下部混凝土结构体系为钢筋混凝土框架+钢筋混凝土筒，混凝土结构由主入口处结构缝分为四个独立的结构单元。

图1绍兴体育场鸟瞰图

项目挑战

该项目设计周期短，从初设到施工图完成共3个月，体育场可开启屋盖面积大，共12350㎡；甲方经济型要求，体育场钢屋盖不超过300Kg/㎡，目前各软件间通常无法实现数据的无缝连接，导致大量不必要的重复工作。

解决方案

屋盖体系的参数化设计

参数化是BIM技术的基础之一，参数化技术的引入使得模型不再仅仅是有固定形状和属性的对象，而是被定义了参数和规则的几何形状以及其他非几何特性的对象。这些参数和规则可以在与其它对象关联时进行表达，从而可以根据用户的控制或变化的环境实现对象的自动更新。绍兴体育场建筑外皮通过Rhino/Grasshopper参数化建模完成，在外皮基础上进一步完成了屋盖钢结构几何体系的参数化建立，为钢结构体系的快速优化设计打下坚实的基础。

屋盖系统设计中利用参数化模型，大大便捷了方案的修改。第一轮屋盖结构用钢量23000吨；第二轮抬高主桁架拱高，用钢量优化至12000吨，建筑师认为拱高过高；第三轮将拱高改回第一轮方案，优化结构体系，用钢量13000吨，建筑师认为拱高适合，但固定屋盖位移偏大，对活动屋盖的行走不利；第四轮则增加主要构件截面，适当提高拱的高度，使用钢量控制在13000吨，且固定屋盖位移满足要求。

数据库技术应用

项目设计工程是一个建筑信息数据流动、交换的过程，其中涉及到了各种不同的设计软件。然而目前多种软件间数据信息往往不能实现流程的交换，造成了反复的“二次建模”的出现。本工程引入了数据库技术，以数据库为媒介实现了多个软件间数据信息的自由交换。

在绍兴体育中心体育场项目中，利用数据库及编制的各软件接口创建了多个软件的BIM模型，如图2~8所示。

图2Revit结构模型

图3下部结构及RevitMEP系统模型

图4 Revit模型平面图

图5 Revit模型立面图

图6 Revit模型剖面图

图7 Revit建筑模型

图8 RevitMEP模型

复杂节点有限元分析及整体模型动力弹塑性分析

CATIA的节点模型可以直接导入ABAQUS进行有限元分析，并给出了典型节点的有限元分析应力结果，通过数据接口还可以读取数据库信息并生成ABAQUS进行动力弹塑性分析的input文件。

Fluent数值风洞模拟，读取结构数据库的节点和面单元导入Gambit后，稍作处理即可完成Fluent的前处理模型的建立，共计算了活动屋盖的七个状态，每个状态分析8个风向角，活动屋盖半开敞45度风向角。

节点自动化建模

利用软件开发钢结构节点建模系统，实现了钢结构节点模型的自动化批量创建，利用数据库及自编程序自动创建各节点模型，并通过将生成的节点模型与钢结构构件进行了装配，搭建完成了细节化的钢结构BIM模型。

施工图绘制

目前设计成果的最终提交方式仍然是以二维图纸为基础的，所以仍然需要将已创建的三维模型转变成二维信息。现代的建筑常常会有非常复杂的造型，这些建筑的立面图、剖视图、平面图通过传统的绘图方式是无法直接绘制完成的，而由于已经建立了三维模型，再利用软件自动生成二维信息，然后按照制图要求稍作处理即可完成各种工程图的绘制。其中除注释内容需要设计人员在二维图纸中手工添加外，图形及尺寸标注均可由系统自动生成，并且所出的图纸保证了更高的精确性和一致性，因而可以显著提高设计人员的工作质量和效率。

材料算量

传统方法的钢结构重量计算通常是在结构分析软件所得的用钢量的基础上，节点重量按总用钢量的5%～15%，评经验进行估算。由于绍兴体育场在建立了包括所有钢节点在内的BIM结构模型，可以容易地得到精确的用钢量统计。

Autodesk Navisworks碰撞检测与漫游

碰撞检测和漫游采用Autodesk Navisworks软件。Autodesk Navisworks可集成不同格式的设计文档，且生成模型文件占用空间小，能够实现项目多专业的综合分析。

1）碰撞检测

通过整合多专业的模型进行碰撞检测，避免重大失误，绍兴体育场最初的设计方案中，主桁架下弦拉杆采用单根直径500mm的钢棒。建筑师在查看三维模型后，提出意见认为截面较大。经协商后，方案改为两排共8根细钢棒。将模型导入Autodesk Navisworks中经碰撞检测后发现，上部一排细钢棒与其它杆件发生碰撞，再次协商后，将方案最终定为4根直径310mm的钢棒。

图9下弦采用单根较粗钢棒 

图10下弦采用8根较细钢棒

图11碰撞检测       

                图12下弦采用4根钢棒

2）漫游

漫游是将“虚拟技术”应用在城市规范、建筑设计等领域，使设计人员能够在一个虚拟的三维环境中，用动态交互的方式对未来的建筑进行身临其境的全方位的审视。工程项目中常常会出现项目进行到了中后期才发现早已存在的问题，此时再进行变更往往为时已晚。Autodesk Navisworks的三维模型漫游功能的实现可以及早对建筑模型进行审查，及时发现问题。

结束语

BIM技术实施的一个关键环节就是实现信息在各软件间的无缝连接。本项目提出了BIM数据库辅助以自编各软件数据接口的解决方案，成功实现了各软件间的信息交互，避免了大量重复性工作，显著提高了工程质量和效率。欧特克公司提供的产品为进行建筑绿色分析、BIM模型的搭建及指导施工图等工作提供了便利。通过开发Autodesk Revit与数据库的双向接口，大大提高了信息传递效率。通过CATIA/DP二次开发实现了基于BIM数据库的完整结构模型（含所有节点）的创建，便于及时与建筑师进行沟通，而且极大地减轻了设计师的出图工作。本项目是北京院在BIM初级阶段对BIM技术应用的积极探索，对今后的工作有很重要的指导意义。

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