海口双子塔·南塔项目是一个超高层综合体项目,建筑高度428米,位列全球在建及建成的高楼中第45位,全国在建及建成的高楼中第26位,海南省在建及建成的高楼中第1位。

海口双子塔·南塔项目设计阶段BIM技术应用结硕果      项目建设用地面积34198㎡,总建筑面积38.8万㎡。业态为超5A甲级写字楼+高档SOHO+超五星级瑞吉酒店+高档商业配套+高空观光。建筑主体地上94层,地下4层。建筑高度428米,建成后是海南省最高的超高层综合体建筑。

海口双子塔·南塔项目不但是万众瞩目的标志性建筑,更代表了我国乃至世界建筑的最高水平。

 

建筑造型灵动多变,结构设计难度位列世界前三  

海口双子塔·南塔项目的设计理念是“莲花”,暗合佛家真理,与海南主流的佛教文化相呼应。海口双子塔·南塔项目是世界结构设计难度最高的项目之一,仅次于迪拜塔和台北101大楼。

海口双子塔·南塔项目设计阶段BIM技术应用结硕果

建筑形体演变过程

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建筑意向图

建筑师从塔楼最经济、最高效的尺度出发,决定塔楼底层边长约66米,再用环绕平面的8根巨柱及巨型斜撑保证塔身稳定。这8根巨型钢柱环绕内部空间,相互靠拢,形成连续的巨型三角形稳定结构。这个结构的形状具有一种安静和谐的美感,同时又拥有发展变化的可能性,就像一朵含苞待放的莲花,静静地等待着下一步的生长。在每一个三角形稳定结构的内部,工程师再次用巨型带状桁架连接两条长边,这些桁架在避难层与8根巨柱相连确保了整个塔身的基本结构的整体刚度。

项目所在地海口市的抗震设防烈度为8度(0.30g),是全国省会城市中抗震设防等级最高的城市之一,再加上海南省强台风发生频繁,是抗震设防高烈度和强台风重点双控地区,为建筑主体结构设计带来巨大挑战。项目经过四次抗震设防超限审查会议论证,最终明确结构体系采用核心筒结构+外围巨型框架+伸臂桁架结构体系,即在68层以上的酒店区域进行结构转换,核心筒区域取消楼板,形成一个贯通117米的大中庭,形成独特的室内开敞空间。

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建筑立面高效节能,层层有变化,四面各不同

塔楼立面采用单元式幕墙,立面凸凹关系兼顾节能设计。幕墙单元最大的特点是对每个位置日光情况的具体反映。在对塔身进行光照分析之后,可以精确地预测出立面上每个位置的光照条件。

每个幕墙单元都被分为上下两部分,下部分为透明的玻璃,上部分为背面附有隔热板的不透明玻璃。根据光照条件,设计为相应的倾斜角度,形成折板的形式。随着日照角度的变化,立面每个单元的划分从北立面平直状态的单元可以平滑过渡到南立面最大的30°角,形成流畅连续的曲面变化。同时幕墙单元之间增加了竖向金属遮阳板,提高幕墙节能性能。

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折板遮阳示意图

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竖向金属遮阳示意图

 

海口双子塔·南塔的幕墙体系层层有变化,每一层的四个方向折板倾斜角度也不同,板块有理化程度低,给幕墙设计带来非常大的困难。

物业类型丰富,机电系统复杂

海口双子塔·南塔融合了众多的功能,各功能分区明确,并有机联系,形成完整的综合体。物业类型涵盖超5A甲级写字楼、高档SOHO、超五星级瑞吉酒店、高档商业配套、高级会所餐厅、高空观光等业态。

建筑形态不规则,结构非常规扭转,外立面变化多,业态丰富,机电系统复杂等等制约因素,使用常规设计手段完成海口双子塔·南塔项目几乎不可能。因此BIM技术的应用成为必然。在设计过程中,通过BIM技术有效解决了建筑空间的合理设计,使得建筑各类功能空间、各业态完美协调布置,实现了不同专业、不同单位的协同,可以说海口双子塔·南塔人建筑设计成果是高科技新技术的集成。

设计阶段BIM应用的方案

 

          海口双子塔·南塔项目自2010年建筑方案阶段起就采用BIM技术进行设计,是目前国内第一个从方案设计阶段开始应用BIM技术的超高层项目。BIM使用思路如下:

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方案阶段使用Rhino、Autodesk等系列软件完成建筑初步模拟和分析,应用模型的可传递性导入Revit进行初步设计和施工图设计,利用Revit方案参数化模型进行量化深化,并整合各扩展软件结果,实现设计方案的全面深化。同时延伸到ETABS、Autodesk Simulation CFD等软件进行结构、节能计算,为方案设计提供强有力的技术支持,使设计更加合理化。

1、方案设计阶段通过Rhino进行非线性形体及细节的模型创建,并成功转入Revit,形成完整的幕墙模型,。

2、基于Revit模型拓展运用了Ecotect分件,对塔楼各个方向的日照能量分布进行模拟,在此基础上进行外表皮幕墙的节能设计。根据节能计算结果,将塔楼各方向外幕墙遮阳板的斜率进行线性变化,以适应不同的遮阳效果。

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3、通过Autodesk Simulation CFD,对塔楼酒店空中大堂及观光层观景平台等主要高大空间进行温度及风速模拟,用于指导机电设计。通过CFD软件的模拟,对于超高层大空间的温度气流以及舒适度都会有直观的了解。

通过BIM技术,实现了建筑、结构、机电、幕墙、室内空间各设计单位的全面协同。

                

                    设计阶段BIM应用成效

通过BIM技术,可有效解决海口双子塔·南塔外立面变化多、建筑功能复杂等特点带来的普通二维图纸无法精确完整地表达每一个标准层信息的问题。设计阶段解决了空间协调、管线碰撞等问题,达到节省工程造价的目的,直接经济效益超过6亿元。主要应用在以下方面:

1、利用Revit强大的三维管线综合能力,及时发现以往二维设计难以发现的问题。特别是设备层,由于腰桁架、伸臂桁架等加强结构的影响,设备布置及管线汇总难度极大,利用传统的工作方式将浪费很多时间及精力,而Revit使这一切变得清晰而简单。

2、通过Revit实现管线布置的精细化设计,进一步节约设备管线空间,及时发现解决设备管线与建筑结构的细节问题。通过精缺的碰撞分析,提前解决碰撞点,杜绝错误发生的可能。

3、非线性形态给结构设计带来了巨大难度,通过BIM技术的多软件配合进行结构精确分析,为非线性结构的模型搭建、结构计算、以及模拟分析提供了必要的平台。例如8根巨型柱在立面上是双向倾斜的,绕建筑中心点逐层旋转,位置也随着各层建筑平面的变化而变化。利用BIM技术可完成构件精确定位及计算分析,实现结构建筑的互相校核。

海口双子塔·南塔项目BIM技术运用取得丰硕成果,在国内外都取得大奖:

1、2014年9月海口双子塔·南塔项目荣获中国勘察设计协会“创新杯”——建筑信息模型(BIM)设计大赛二等奖,该奖项肯定了海口双子塔·南塔项目在BIM技术设计应用的不断开拓和努力。

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2、2017年11月21日,海口双子塔·南塔项目在第三届国际BIM大奖赛上荣获“最佳超高层项目BIM应用奖”(Super Highrise Project Award),主办方高度肯定了海口双子塔·南塔项目中在创新BIM 应用、快速决策、项目管理、以及促进BIM 技术在建筑全生命周期应用的杰出贡献和倡议,并充分肯定了海口双子塔·南塔项目对推动中国超高层项目BIM技术进步的积极作用。

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BIM技术的延伸性、协同性、一致性、组织性和准备性五大特点,可以有效地解决复杂超高层项目的各类问题。海建工程作为有远大追求的EPC承包商,已将BIM运用作为必备的技术手段和业务要求,以适应日新月异的建筑发展大趋势,我们时刻关注BIM技术的新动态、新发展,不断创新,在各建设项目中积极应用BIM平台进行技术管理,努力走在行业前列。

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