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彭武《践行数字化》-揭秘上海中心大厦参数化设计-第七届上海建筑师沙龙

ArMaster 2012-11-26 14:30 原作者: 雪冰 来自: 建筑中国俱乐部

简介 :彭武《践行数字化》-揭秘上海中心大厦参数化设计-第七届上海建筑师沙龙上海中心项目是我们从07年开始参与直到最终的接标,前期做了很多工作,从20多家单位中不断的筛选,最后剩下四家,我们Gensler、 SOM、Foster和同 ...


彭武《践行数字化》-揭秘上海中心大厦参数化设计-第七届上海建筑师沙龙

彭武:美国Gensler建筑师事务所高级建筑师、中国美院访问教师、香港大学访问教师、参数化设计资深专家、上海中心大厦设计项目负责人

各位来宾,各位同仁大家下午好,我就跟大家分享一些用到参数化技术和信息的项目,做一些简要的介绍。

上海中心项目是我们从07年开始参与直到最终的接标,前期做了很多工作,从20多家单位中不断的筛选,最后剩下四家,我们Gensler、 SOM、Foster和同济设计院。在08年初最终确定选择Gensler。我们在设计过程当中,运用了大量的数据化工具,包括参数化,BIM等等一些目前国际比较前沿的技术。在比较短的时间内就完成了这个项目的设计稿。大家可以看一下排名表,这是已建的超高层建筑物,迪拜塔是最高的,其他的都在亚洲。要设计300米以上的超高层建筑的之前,我们简单的介绍一下超高层发展的历史,我们之前看到的超高层建筑,它对于300米以上的建筑来说风力是最重要的一个因素。所以80年代90年代的过程当中,国际上主要的设计师对风做过一些研究。所有的风实验都表明,你可以用不同的几何来设计。比如芝加哥的螺旋塔等等,它们利用了一些扭转几何,实际上这种技术在之前做过很多的研究,只是在工程领域内有很多很难克服的困难,在2000年之前都是很难实现的。对于这样的效能我们选择了一个恰当的方案和范围,我们不可能在这两方面兼得,所以我们找了两个设计当中最好的点,最后通过我们的风重实验选择了一个扭转的外形,一会我会详细的解释一下。

第二个我们是对城市用地的一个理解,因为在陆家嘴对用地有非常严格的要求,所以我们提出了垂直城市的概念,怎么把所有的建筑融合在一个垂直体里面叠加。2000年以前这个规划已经完成,必须在陆家嘴形成这样一个超高层的群落。这是14年以后可能出现的一个场景。

作为这个项目,比较有特色的是我们用了一个双层的玻璃幕墙,它是两层幕墙,其实也是对风能和性能作一个综合的结果。内部性能是一个重要的结合点,就是内部墙,但是我们外部表层是一个扭转的外形,所以两个表层当中我们有一个中体。在垂直方向上面我们一共有21个中体在塔里面,它对我们来说是一个挑战,我们要研究空气运动的方式、温度的分布,我们如何解决温室效应的问题。这个风重实验是这个项目成功很关键的一步,我们在加拿大的国家科学研究院的实验室里,这个研究院是风重里面最大的研究院,是专门应用于商业的风重,因为大部分的风重是给军方用的,我们国家有4米的,这个有9米高,我们可以做一个模型,模型越大数据越准确。风重工程说明我们的这个超高层建筑是不对称的,是可以扭转的。我们通过一种参数化模型输出到我们风重工程师,从扭转的角度、比例,最后我们选择了一个120度的扭转,实际上我们是从90度到210度按照每10分递增角度做测试,最后我们选择了120度,它从立面上看不是特别的扭转,如果210度就扭转的特别的厉害,在城市上我们的业主和政府部门对这个都不是很满意。但是这个120度就是我们可以减少30%的一个风压,对结构设计是一个很高的指标。因为风在不同的剖面上我们可以看到,风吹到这个建筑上会在这个几何上产生一些压力。所以每一层的压力都是不对称的,这样就不会出现剧烈的摆动,这就是这个风压力分布图,我们最后从45米到605米总共扭转了120度,这个参数是非常重要的。这个120度给我们结构设计节约了2亿人民币的造价,虽然它花了200万人民币的投资,但还是非常值得的投资。

最后是找了很多部门的人员,包括我们的风重工程师和垂直交通的工程师一起完成的,我们所有的设计人员在不同的办公室,有的在美国,有的在欧洲,这是一个全球化的数字化的实践。因为垂直交通也是超高层建筑除了几何外形以外最重要的一个因素。我们在讨论数字化和设计的时候,因为这两个概念它是不一样的,所以我们常常是用技术和艺术来表达它,它在美学上或是科学上有不同的交差点,我们可以去理解它,比较详细的去描述这些关系。

数字化设计有一些概念非常重要,比如我们涉及到一些复杂的几何,包括计算几何外形,都是基于计算的,在计算机里面不断的运算,输入不同的条件,反馈不同的模型和数据。它整个的设计过程随时可以渐进的,你可以分解不同的问题。当然我们最后要回到一个关于建造的问题,就是所有的这些东西我们都可以实现,都可以交付,你的业主可以让它去施工。

设计阶段我们用了大量的参数化软件,这是一个测试模型,我们设计不同的参数把这些模型给我们不同的顾问。然后我们也用这个参数软件输出一个几何平面,三维模型。所有的设计基本上都是基于性能化的,因为目前国内的规范很多的问题是不能覆盖的,比如说消防结构等等一些问题,我们必须通过性能化分析,通过计算机模型来对不同的问题进行演算,能耗、结构、安全和建筑表皮,PPT是一个比较关键的步骤。对中庭的能耗进行模拟,对我们的结构进行模拟,因为这个结构在风和地震的作用下会产生不同的摆动,对通常人来说很难理解这个运动,但是对结构部门来讲这个运动是最关键的问题。他们要了解这个塔楼在不同的风向上产生什么样的运动,既要保证它的安全也要保证它有足够的空间去位移。就像我们人的活动一样的,我们可以站起来移动。还有对节点的分析,这些都是基于计算机的平台,通过这些分析我们了解我们结构的薄弱点在哪里,知道在哪里要加强的设计。比如我们航架的一个旋转的加强设计。包括在600米的高度,我们的要求是在两个小时之内所有的人必须在这个大楼里面撤离出来。这种模拟实际上很难通过实际的模型测试的,所以我们的消防顾问通过他们自己编的软件对这个大楼的疏散情况做的了一个模拟,他们界定了一个模型,我们也是分享了一个参数模型,然后在里面通过人员的密度把人员的情况布置在里面,开始进行演算设置了很多的参数,然后可以看到不同的人员从这个大楼里面出去,1个小时40分钟以后基本上就疏散完毕了或是一些人进入了避难层。这些都是基于计算机平台完成的。

对于我们的防火幕墙来说,我们有两层幕墙,我们内部抹墙要有足够的消防保护,90分钟内不会被火烧穿,这个也是在我们的计算机软件里面模型,它是基于模拟911破坏过程,就是飞机击中五角场大楼的时候的一个模拟情况,它提供了一个火灾以后在中体里面的温度分布,然后进行一个幕墙的保护。我们也是在实际的模型里面对我们的玻璃进行消防测试,我们用的这个玻璃可以在90分钟之内不破坏。我们用了软件做我们的一个辐射分析,包括中庭的遮阳分析。这些对我们的幕墙设计非常的重要,它对于玻璃的选型、遮阳节点的设计。包括我们比较敏感的,因为目前光污染在上海是一个比较敏感的话题,尤其是环球建起来以后,这个投诉的情况特别多,所以我们也用软件对我们每个玻璃形成的反射角度做了模拟,这样使我们选择一个正确的幕墙的系统。

对于这种设计来说,它的几何比较复杂,我们也可以用传统的二维的切割机做模型,但是我们用的三维的模型来做的,两三天以后就可以有一个非常准确的三维模型,我们晚上发出去第二天早上就送过来了,夕发朝至。这对我们很重要,这是三种不同的打印技术,我们也用全铝的CIC进行雕刻,也有这种压克力的三维打印。在扩出的设计过程当中我们用了大量的编成软件,来做一个设计文档的交付。在这个软件里面我们建立了一个成套的模型,包括建筑结构,所有的因素,这样的话比较方便的输出我们的图纸。这种软件是说实际上我们不做二维的绘图了,我们实际上是在计算机里面造一个房子,所有的元素都跟这个实际的建筑连接的,比如墙、柱子,然后输出所有的图纸。这个模型的数据非常大,我们是按照区来说在我们的服务器上,每个人只能访问一定的文件,比如这个区的文件就包括我们的设备、结构、两层幕墙,包括幕墙的支撑结构。然后我们再输出图纸,实际上我们在店里面修改的数据都会在这个图纸上进行反应。我们在不同的软件之间交换数据,有时候我们是用业界标准的交换模式来做的,有时候我们自己也会编一些代码来更快的生成我们的图纸。我们在参数化软件里面生成了我们的构建,把这个构建完成以后我们输出Excel文件,通过我们的一些代码,一些脚本驱动我们的编成软件形成几何外形。我们通过好几个星期的工作只要在这里面几分钟就可以完成。

这个表皮是相对的比较复杂一点,因为它有扭转和收风的关系,它克服了很多风的问题,就是你怎么样形成一个可设计的,这个系统是不是可行的问题,我们的产业是不是支持这个加工的制做。所以我们做了全三维的模型,包括我们的玻璃框还有金属板材,在这里面都可以表达,然后再跟厂家谈是不是可以加工的事情。我们也用了DP这个软件来做了这个原形,通过我们的公式和脚本,我们驱动了一个参数化的BI M模型,就是关于这个表皮的。实际上它只需要做一个表皮的模型就可以了,因为里面有很多重复的东西,它变化的只是这个方向,有一些在水平位置每一块可能都不一样,然后在竖向上每一层都一样的,但是每上去一层玻璃减少10毫米,我们就是要准确的知道这些信息,我们就可以跟我们的厂家来说,这个东西它是可以造起来的。程序运行起来就可以把所有的版面就形成了,我们不用画任何的东西,只是定义一个方式,定义一个它的关系在这个DP软件里面。

我们厂家也可以用不同的平台进行这个版面的模拟,他们也是会用Revit做模拟的,我们做好以后他们自己也会分析一遍。他们做了一个很复杂和详细的关于玻璃幕墙的情况,不同的版面他们定义不同的参数。加工厂做这个加工设计的时候,他们已经对整个系统已经非常了解了,在防水等等方面都非常的了解,这是完成的样板的部分,明天大概要开始整个幕墙的性能的测试。

我们所有的施工单位全程使用BIM软件,我们设计阶段用到的,他们施工阶段也在用,就是基于加工的BIM软件,包括这种模型。现在我们的钢结构厂家已经把整个塔楼的模型建起来了,一个是说按照他们的施工进度来促进塔楼的建设,这里面所有的钢件、连接、节点全部都做好了,而且这些节点都是基于加工的。目前对厂家来说,加工图的概念已经不一样了,比如是一个钢结构模型,它可以直接输出加工图纸。这个加工图纸可以直接跟机器连接,图纸也可以输出二维连接给加工的工人,这些图纸的作用不再是用来切割。他们会进行一些大型钢结构的运行,因为在以前的施工领域,他们所有的钢结构都要在工厂预拼,但是对于这个项目来说100多米的覆盖面积没有任何的厂房允许他们做这个事情,他们会做一部分的预拼装,会把大部分的钢构建三维扫描,然后再计算机里面进行预装。这个完全通过数字化来解决这个问题,而且效果非常好。

他们会在施工的过程中对整个结构变形进行模拟,在施工的不同的阶段,对塔楼位移、结构树立有一个预估,然后通过不同的手段来解决这些问题。比如目前我们施工过程当中,基本上每层楼比我们设计的高度要高5-6毫米,在建成以后这个高度会压下去,就会达到一个准确的高度,所以这些知识都是他们施工厂家理解这些结构、混凝土在这些环境下面是怎么变化的。因为它要保证两圈的进度不能差太大,差太大就会有一些偏差。这些都是在电脑里面进行了数字化的运行,这些生产出来以后马上三维扫描,然后在电脑里面进行预装。因为你设计出来的尺寸跟实际上不一样的,这个概念是跟重要。


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引用 opusky 2012-11-26 17:42
非常有启发性的讲座,受益匪浅。

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