北京新机场旅客航站楼及综合换乘中心BIM设计应用

xycost

具体内容来源：BIAD（北京院)

北京新机场设计阶段BIM

相关软件及解决方案：

Autodesk Dynamo studio

Autodesk T-spline for Rhino

Autodesk Revit Architecture

Autodesk Revit Structure

Autodesk Revit MEP

Autodesk Navisworks

Autodesk Stingray

Autodesk Simulation CFD

Autodesk 360

一、项目概况

项目效果图

北京新机场旅客航站及综合换乘中心工程是北京在21世纪面向未来发展的超级工程，总建筑面积143万平方米，满足本期4500万人次，2025年7200万人次年旅客吞吐量的设计容量。

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。

我们可以从航站楼与大型公共建筑的比较中感受其尺度：

新机场无助空间与水立方尺度比较

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。

单块混凝土板与鸟巢体育场尺度比较

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。

航站楼中轴线剖透视

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。

二、BIM标准与管理

BIM标准建立

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。

三、设计策略

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。我们在策划阶段，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。

BIM应用框架

通过这样适用、高效的BIM和协同设计平台，我们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。

四、外维护体系BIM应用

屋顶曲面与屋面主结构网格关系

航站楼的自由曲面造型是外围护工程的难点。我们通过主动创新，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

航站楼室内空间效果图

五、大平面体系BIM应用

   北京新机场大平面体系模型

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，我们运用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。

  Revit全专业设计模型

在专项系统设计中，我们发挥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，我们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，我们对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。

机房BIM图纸表达

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，我们利用基于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。

标识系统Dynamo程序

六、计算机智能设计

采光顶遮阳网片样本与遗传算法程序

遗传算法是人工智能领域的计算机技术，我们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，我们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。

采光顶结构分格效果与遗传算法程序

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，我们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。

七、专项分析研究与设计验证

新机场的设计中，我们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：

  建筑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。

3、基于建筑物理模型的围护结构热工参数优化分析。

  电梯等候时间与旅客流线模拟

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，我们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；

八、BIM信息管理

机房信息数据统计

我们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。

九、技术支持

高效，稳定的软件平台是建筑设计的技术保障，BIAD长期使用欧特克产品保障大型航站楼项目的设计工作的顺利推进，面对北京新机场这一超级工程的新挑战，我们结合项目和团队特点有针对的协调和使用软件产品，拓展了对近年来欧特克新产品的应用广度与深度，为今后大型项目的BIM应用积累了宝贵的经验。我们也期待作为专业设计机构，同以欧特克为代表的软件服务商共同开括建筑信息化设计的未来。

海南省BIM中心致力于海南省BIM事业的发展，率先在海南省内开展BIM培训，BIM网站，BIM设计，BIM造价，BIM全过程管理、BIM+GIS＼FM＼VR＼AR＼大数据＼云计算＼智慧城市的探索，为海南省建筑信息化作出自己的贡献。我们的网站是www.xycost.net，公众号“CPPDBIM”，长按下面的二维码有惊喜哟>_<~