北京第一高樓中國尊項目BIM應用

　　一、項目背景

　　1、項目名稱：Z15“中國尊”

　　2、項目設計單位：北京市建筑設計研究院有限公司

北京市建筑設計研究院有限公司(BIAD)業務范圍包括：城市規劃、投資策劃、大型公共建筑設計、民用建筑設計、室內裝飾設計、園林景觀設計、建筑智能化系統工程設計、工程概預算編制、工程監理、工程總承包等領域。自1949年成立以來，累計完成建筑設計面積已超過1.5億平方米，從1977年至今，設計作品獲得各類獎項總計1166項，曾被北京市政府授予“首都建筑設計突出貢獻設計研究單位”榮譽稱號。在全國各地設有12個分支機構，建筑設計作品遍及全國31個省市自治區。

　　3、相關軟件應用：
　　Autodesk Revit Architecture
　　Autodesk Revit Structure
　　Autodesk Revit MEP
　　Autodesk Navisworks
　　Autodesk Design Review
　　Autodesk Ecotect Analysis
　　Autodesk Simulation CFD
　　AutoCAD

　　4、BIM應用評價與反饋：

在數字化時代下，我們的建筑觀也產生了很大變化，BIM技術不但使建筑設計成果表達上達到了空前的水平，更重要的是改變了傳統思維。在建筑的美學追求、技術控制、產品加工和建造方面提供了前所未有的可能。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　——北京市建筑設計研究院有限公司董事長 朱小地

信息化的技術手段、系統化的科學方法、整體化的嚴謹控制，能使項目的BIM成果全面深入地運用到包括概念設計、方案設計、施工圖設計、施工配合、運營維護等各個階段的各個層面，力保以精密制造的生產方式打造超高完成度的建筑作品。


　　　　　　　　　　　　　　　　　　——北京市建筑設計研究院有限公司總經理　徐全勝

BIM技術在建筑領域的運用，可以讓建筑師以前所未有的精度來控制建筑從設計到建造的各個環節，將推動建筑設計領域的下一次重大變革。

　　　　——北京市建筑設計研究院有限公司執行總建筑師、Z15中國尊項目主持人　邵韋平

Autodesk Revit軟件目前是建筑領域里針對建筑的一個最成熟軟件。它可以按照建筑師和設計師的思考方式進行設計，為項目提供了更高質量、更加精確的建筑設計。

　　　　　　　　　　　　　　——北京市建筑設計研究院有限公司BIM研究室總工程師　陳宜　

　　二、正文

　　數字化精密打造北京新高度

　　Z15“中國尊”項目中的BIM技術應用

　　北京市建筑設計研究院有限公司（簡稱“北京院”）作為業內著名的建筑設計企業，近年來在復雜形體和綜合性建筑的專業協同、同步設計等領域進行了多樣化的實踐，在鳳凰衛視傳媒中心、深圳機場T3航站樓等項目中均不同程度的運用了BIM技術作為工作手段，CBD-Z15“中國尊”這一項目更是將BIM技術作為核心平臺，旨在從設計到施工的各個方面為建筑的全生命周期提供最適宜的解決方案。

　　項目概況

　　北京CBD 核心區Z15 地塊項目，因其獨特的造型，又名“中國尊”。中信集團以其雄厚的實力和卓越的眼光，引進國際高端業態資源，集金融、辦公、商業、觀光等功能為一體，著力打造世界一流的總部服務平臺。

圖1 中國尊遠景

　　“中國尊”項目位于北京CBD核心區中軸線上，總占地面積約1.15公頃；總建筑面積為43.7萬平方米，地上35萬平方米、地下8.7萬平方米，地上108層、地下7層；高度達到528米，建成后將成為北京第一高樓，成為北京新的地標性建筑。塔樓從中國傳統禮器‘尊’的形體特征中汲取造型的靈感。在解決結構和辦公空間出租需要的同時，通過抽象處理和比例優化，既保持了尊形突出獨特的弧形效果，又形成了比例上的高雅和秀美。塔樓平面為帶有圓角處理的正方形，而且寬度漸變。塔底幾何基形為78米寬，在385米處的腰部為54米寬，頂部為69米寬。

　　Z15建筑是集超高超大于一體的超級工程。基于此狀況，設計師已無法用常規的概念來實現建筑方案，設計上必須針對Z15工程特點建立一個科學合理、邏輯清晰、組織有序的總體設計框架。總體設計框架包括影響Z15建筑形態、結構骨架、保障運行的基礎性系統。總體設計框架構想以建筑的巨框結構和十個功能分區為前提條件。考慮到規模、交通、消防、安防、氣象等因素，Z15建筑劃分五個單元模塊，其中ZB區與Z0區為模塊一，Z1區與Z2區為模塊二，Z3區與Z4區為模塊三，Z5區與Z6區為模塊四，Z7區與Z8區為模塊五。

圖2 項目的模塊劃分概念

　　基于模塊劃分，在條件允許的情況下，所有系統應按照以上模塊劃分的原則進行設置。在設計中首先基于模塊概念構建關于建筑整體運行的基礎性系統，通過基礎性系統的建立保證每個模塊具有相對獨立的運行和安全保障條件，每個模塊之間具有可靠的安全分隔，局部的突發事件的處理優先被控制在模塊內部解決。

　　項目難點

　　空間——“中國尊”地處北京CBD核心區，其在城市層面的空間銜接需要精細地刻畫，尤其是與城市大型地下公共功能設施的接駁，建筑須具備與未來城市發展需求的可持續適應性。“中國尊”在塔冠和塔基部分，為城市提供著寶貴的公共活動空間，在這些空間處理上，都采取了特殊的造型與材質。同時，其自身超高容積率也給設計帶來了諸多挑戰。

　　結構——“中國尊”作為第一座在八度抗震區建造的高度超過500米的建筑，其對結構安全提出了嚴峻的要求。而結構作為建筑造型實現的根本支撐，需要在其所在空間層面發揮應有的表現作用。建筑師如何從空間層面實現對結構體系及構件的精細控制是本項目設計的一大難點。

　　專業——對于這樣一個高精尖的建筑設計，特聘請了美國的Kohn Pedersen Fox Associates PC (KPF)作為建筑設計顧問；英國的Ove Arup & PartnersHong Kong Ltd. (ARUP)作為結構顧問；香港的Parsons Brinckerhoff (Asia) Ltd. (PB)作為機電顧問；以及中信建筑設計研究總院有限公司作為專項顧問。此外，還聘請了國際一流的幕墻、照明、交通、景觀等相關專業設計顧問公司，共同保證該項目的高端品質。北京院作為總體設計單位，負責BIM模型的整體制作與維護。

　　BIM在建筑設計中的典型應用

　　城市尺度的建筑造型研究。北京院借助自身的BIM資料庫提取出場地周邊的單體信息和場地信息，建立一個完整的周邊城市區域模型；并將CBD核心區地下公共空間的BIM模型進行共同整合。詳實完整的數據資料，使中國尊能夠從空間銜接、市政銜接、造型影響評價等各方面進行深度控制。

圖3 城市尺度的建筑造型研究

　　在設計過程中，項目通過先進的計算流體動力學技術進行模擬分析，對塔樓造型進行優化，同時也對場地的環境設計提供了一定的技術支持。

　　塔基和塔冠空間造型研究。塔樓在入口處，作為“中國尊”在街道尺度的標志性表達，特意采用了復雜曲面的挑檐處理手法。既創造了豐富的空間效果，又為城市公民提供了一份寶貴的公共空間，建筑處理與場地景觀的精妙設計，可以讓公眾產生獨特的場所體驗。而塔冠處更是為市民提供了360度的北京全景觀景平臺，建成后將成為世界上最高的公眾觀光平臺，簡潔大氣的空間氛圍營造，可以讓普通市民一睹北京作為世界知名的歷史文化古都的獨特風采。

圖4 塔基造型處理



圖5 觀光平臺空間效果

　　BIM在結構設計中的典型應用

　　整個塔樓呈中部明顯收腰的造型處理，而這種處理方式也對塔樓的結構體系產生了重要影響，為了能夠對結構體系和結構構件進行精確的建筑描述，特為“中國尊”量身定制了幾何控制系統。幾何控制系統控制了塔樓的整個結構體系造型需求，同時也對建筑幕墻及其它維護體系進行了精確描述。幾何控制系統是以最初的建筑造型原型抽離出典型控制截面，以這些截面為放樣路徑，將經過精確描述的幾何空間弧線進行放樣，由此產生基礎控制面。以基礎控制面為基準，分別控制產生巨柱、斜撐、腰桁架、組合樓面等結構構件，進而產生整個結構體系。以這種方式產生的結構體系，是在建筑師和結構工程師密切配合下進行的，充分滿足了建筑的造型需求，同時也實現了結構安全所需要的全部條件，為“中國尊”的項目設計與建設提供了最重要的技術保障。

圖6 在幾何控制系統下生成的中國尊結構體系

　　BIM在機電設計中的典型應用

　　“中國尊”作為一座超高超大的建筑，機電系統設計有著獨有的特點。其在豎向分區中，各區之間設有設備層，用來集中作為機電設備安放位置，同時，在地庫中也設有大量的核心機電用房。整個項目，機電設計大致可以分為三部分內容：地庫核心以Autodesk Revit作為BIM平臺，對各種機電信息進行及時錄入，讓模型即時地反映各種機電情況，為機電綜合工作的展開創造了優越條件。B007層的機電情況非常復雜，而層高相對較小，在這種不利的局面中，通過對各種機電管線的梳理，在保證滿足各種機電系統安裝、運行的狀況下，依然創造出一些可作為庫房的空間，使項目對業主的價值最大化。

圖7 B007層機電綜合的階段成果

　　BIM在專項顧問工作中的典型應用

　　為了保證“中國尊”的最終完成效果，項目團隊聘請了大量一流的顧問公司，這些顧問在其工作的過程中也大量運用到了BIM技術手段。

　　消防性能化顧問，其通過Autodesk Revit軟件對首層大堂和標準辦公層等建筑典型部位，進行煙氣和人員疏散模擬，從理論層面對塔樓的安全性能進行了論述。此外，還對大樓在不同級別火災情況下的人員總體疏散情況進行了分析計算，針對性地做出電梯在疏散過程中的運行策略。

圖8 首層大堂火災煙氣模擬　　

　　“中國尊”作為北京新的地標建筑，在綠色和節能方面有著極高的設計要求。節能顧問通過Autodesk Ecotect Analysis對塔樓標準層不同辦公區域的日照分析，提出室內燈光設計的優化方案，同時也對塔樓立面的遮陽構件也提出相應的優化策略。而對冷卻塔的冷卻效果分析，更是保證了設計的運行效果。對大堂、觀光平臺等重要空間的氣流模擬分析，也極大的提升了“中國尊”在空調設計方面的舒適性。

　　總結

　1.業主對BIM空前關注，對整個項目BIM應用起到極大的推動。

　　2.項目的各個利益相關方無論從整體還是局部都進行了系統性的BIM實施計劃， 實現了復雜大型建筑項目的可管理性。

　　3.通過Z15項目的BIM實踐，提升了多團隊協同工作的能力，促進了項目各階段工作任務的前置及融合，帶來整個項目實施的全面性和前瞻性。

　　4.建筑設計任務范圍超越單純的施工圖交付，擴展至對施工過程和運維過程進行更進一步的控制。

　　5.借鑒工業化產品交付模式，著力于向業主提供信息整合的建筑設計產品，使傳統的“按圖施工”發展成“按模型建造和使用”成為可能。

　　6.模型走在圖紙之前的BIM設計過程可以更好地在前期就對設計內容進行比傳統方式更深層次的研究，不僅僅是專業間的協調，更有益的是對設計內容的梳理和思考。

　　7.在BIM設計過程中，對于多種數據的處理是保證BIM順利實施的基礎，鑒于當前階段BIM數據的半結構化的特點，通過對BIM模型信息的抽取，對數據進行結構化處理，產生項目數據庫，并將一些不適宜直接存儲在BIM模型的數據（例如房間做法等）和BIM模型進行鏈接，最終形成可直接快速查詢應用的項目BIM數據庫。

　　*本項目在中勘協與歐特克共同主辦的2013年“創新杯”BIM設計大賽中獲得 最佳BIM建筑設計獎一等獎