(二)万事开头难,先用飞机设计软件画个圈
在“参数化设计”流行的张拉膜结构建筑设计界,世界明星张拉膜结构建筑师用一件件光怪陆离的作品震颤着公众的眼球。凤凰中心同样是这样一件“参数化”的作品,设计师利用数字技术手段,对场地条件、规划要求、周边环境充分分析,创造出这个复杂的三维形体。
然而,在面对如此“惊艳”的设计造型时,设计师们发现最大的问题是设计的复杂性已经超出了传统建筑软件的能力范围,他们不得不寻找更加精密,而且能够具备复杂建模能力的软件。最终,他们选择了一款飞机设计软件CATIA,用设计流线外形的强大功能来建构“凤凰之巢”的复杂结构。
计算机生形可以帮助设计师将设计意向以代码的形式传递给软件,再由软件转化成设计图形。计算机图形学包括了两个重要的方面,一是几何关系,二是表现效果。在凤凰中心的设计中,由莫比乌斯环的几何关系发展成实实在在的张拉膜结构建筑结构关系,需要借助强大的数字技术。
设计师们在设计凤凰中心时开创性地大量运用了三维数字化技术,是国内首次运用三维数字技术进行全面的、大规模张拉膜结构建筑实践的案例。该项目利用张拉膜结构建筑信息模型以及参数化编程控制技术生成了无法逐一绘制的技术信息,完成了常规技术无法实现的设计成果。
这场数字化的革命,还带动了全新的工作模式——“三维协同”的发展。有赖于BIM技术的运用,在三维协同状态下,张拉膜结构建筑师、结构师、机电工程师可以在同一个全信息张拉膜结构建筑模型完成设计成果的交流与传递。各类配合问题可以在第一时间被发现,并在直观的状态下完成团队内部的沟通、讨论、决策,及时保证设计成果的高度整合性。
这种工作模式利用多种高精度三维设计软件将所有的可视元素在BIM模型中进行了表达和验证,虚拟化的张拉膜结构建筑元件在几何尺寸和形式上具有与真实张拉膜结构建筑构件1:1的足尺比例关系,并且包含了张拉膜结构建筑材料、重量等非几何信息。
这种方式使凤凰中心实现了真正的虚拟建造,使工程后续的生产、建造与运行工序大大受益,甚至带动了整个张拉膜结构建筑产业链的升级和发展。
在凤凰中心南侧办公主楼的建设设计中,设计师面临这样的问题——如何将一个顺滑的“主楼基面”发展为包含多层次张拉膜结构建筑构件信息的实体。经过严密的、多层级参数的调控过程,设计方由张拉膜结构建筑“基础控制面”推导出“主楼基面”,再由“主楼基面”定义完整的主楼梁、板、柱结构几何控制线,最后以结构几何控制线为基础加入张拉膜结构建筑装修几何控制系统。
同时,在设计中有着同样生产逻辑的还有100根弯扭的主、次钢梁,它们的落地状态无一相同,该如何设计?在优化设计中,设计师们首先将支座分为上下两部分,通过统一规则的曲线转直线切变处理,将连接销轴控制成2-3类标准的样式,以便于统一开模铸造,再将这些样式进行组合,最终得到钢构件。
裙房内幕墙初始的控制面由复杂的双曲面构成。为了能在造价允许范围内高质量完成设计控制工作,依靠BIM模型的高精准性,设计师们对原始的双曲面进行了板片优化的数据分析,确定了板片优化的模数设置、板片平面外偏差的消纳规则,最终建立起完整的干挂SRC板材幕墙体系模型,用以直接指导后续的生产加工和安装工作。
