数字化技术在重庆时尚文化城超高层幕墙项目中的应用

项目概况

本项目位于重庆市，解放碑，核心地段，塔楼高度299 米，幕墙总面积约8.6 万平米。由建设单位重庆新华书店集团，设计单位中机中联，以及总承包商中建八局进行牵头建造。

建筑概念是 Aedas 主导，为了表达“书卷缱绻掩山城”的主题，结合了重庆山城风貌，融合了梯田、吊脚楼等元素，采用退台式的建筑设计。外立面采用了双曲面表皮构成，外饰分格采用阶差、错位的方式，BIM 应用的重难点也是集中在这些不利因素叠加的部位。

BIM 综述

本项目自设计之初，即定下采用全专业全周期的BIM实施方案，基于全周期的应用主旨，整个项目的BIM 团队包括了从业主、顾问、总包到专业分包，各专业各层次的组织构架。涵盖结构、建筑、机电、装饰、钢结构、幕墙等专业，满足项目从BIM 管理、设计、生产到维护各个维度的需求。

本项目BIM 应用的主要目标：1，BIM 协同助力绿色设计，打造一个节能、健康、舒适、全龄、人性化的绿色建筑；2，参数化BIM 技术与智慧建造深度融合，Rhino+GH+iPython 参数化建模技术应用；3，应用 BIM 及信息化技术，将项目管理平台打造成各参与方的信息交流中心；

应对上述主要工作目标和要求，项目所有参建单元的BIM 工程师，对项目的各个建设阶段，共同建立了设计建模标准、施工应用实施方案和竣工交付编码标准，三位一体的全过程实施应用标准。确保了统一的技术规格、数据格式和模型精度，便于各阶段模型之间的流通深化。

截至目前，项目各主要专业基本完工，据业主粗略的统计，各参建单元基于Rhino、Revit 等BIM 软件，创建了结构、建筑、钢结构、机电、幕墙5 个专业大类的BIM 模型，模型创建及应用贯穿规划、设计、施工及竣工阶段，模型迭代累计超10 版本，共计约500GB有效模型数据。

针对BIM 实施目标，本文将对以下3 个重点方面进行详述：1，方案阶段如何与设计单位进行“绿色协同 BIM 设计”工作；2，施工准备阶段如何对“装配式异形单元体幕墙”进行参数化深化建模；3，施工阶段如何应用“BIM 智能平台”进行综合项目管理和信息化运营；

绿色设计

本项目在方案阶段，包括幕墙的各个专业均采用BIM 协同的工作方式来配合建筑设计单位进行方案设计，在方案比选、性能模拟分析与设计、建筑空间管理等方面辅助设计单位进行决策。

1） 建筑空间管理：

裙房文化+ 商业的新型模式，对建筑空间管理提出了更高的要求。通过自研净高分析插件，快速进行了净高分析，形成净高分析图，对净高不满足装饰要求的区域进行优化，幕墙和机电、结构的碰撞处理也在这个阶段完成，最终确保内外装饰与机电暖通等各专业的安装满足净高要求。

复杂的建筑造型，对协调异形幕墙与建筑之间的关系提出了更高的要求。通过BIM 模型对幕墙表皮方案模型进行干涉分析，经过多轮的建模、合模、分析及修改，协调解决了结构板边界、结构梁高与幕墙表皮安装空间的干涉问题，确定最终的建筑边界范围线及结构边界做法。

2） 建筑群风场分析与设计

由于建筑表皮过于异形，设计单位牵头进行了风场分析与模拟，采用Phoenics 软件，重点从场地通风环境状况及周边行人区舒适性、建筑竖向自然通风潜力、裙房架空层等室外活动空间的安全性、舒适性等方面进行室外通风环境的模拟分析，结合定量分析数据和可视化分析结果进行设计优化，为外幕墙结构设计以及节能设计提供基础数据。

塔楼 100m 以上在 10% 大风情况下室外风速超过了 4m/s ，不适宜直接开启外窗进行自然通风，因此采用外挂穿孔铝板加内部设置隐蔽开启扇的方式进行自然通风；

通过对室内人行活动高度风速、空气龄进行模拟分析，根据模拟结果对房间布局与门窗开启进行合理设计，确保人员在室内活动舒适，同时室内主要功能房间空气品质良好。

3） 光学方面的优化设计

采用 Rhino 和 Grasshopper 软件，评估典型时段室外平台天然采光及遮阳效果，优化裙房轮廓、走廊宽度和外立面遮阳线条。对遮阳系统的设计方案、出挑方式、出挑尺寸，以及遮阳叶片的角度、排布间距和数量进行了优化设计，减少了日照辐射对室内温度的影响，从而减少空调的能耗。

采用 Rhino 和 Grasshopper Ladybug 软件，评估活动平台晴天眩光状况，为建筑立面深化设计提供参考，如活动平台眩光对行人活

动造成不舒适，并进行设计优化。

4） 噪声与隔声设计

通过CadnaA 软件，从场地噪声的监控、设备运行噪声、轨道交通二号线运行噪声的影响进行噪声分析。同时针对布置在裙楼屋顶冷却塔的运行噪声，采用软件对其进行预测分析，提出优化设计方案：1. 冷却塔排风口噪声和热量均较大，未考虑周边背景噪声时，塔楼14～21 层局部立面噪声超标1～4 dB（A） 。不影响散热的情况下，应进行消声处理，采用消声风筒或导向消声风筒。2. 轻餐饮外墙噪声最高达到71 dB（A），建议墙体采用蒸压加气混凝土或钢筋混凝土设计，并尽可能不设置开口。

综合上述空间、风、光、声4 个方面基于BIM 技术的建筑分析，将BIM 技术与低碳分析结合，大大提高低碳管理效率，在技术层面实践了“绿色设计”的理念。

智慧建造

本项目塔楼幕墙面积约5.5 万平米，由曲面、阶差、错位相叠加的单元体组成，是整个项目技术的重点及难点，我司BIM 团队采用全过程的参数化BIM 技术进行深化设计，助力异形单元体的生产和建造。

项目位于重庆市解放碑CBD 中心位置，周边交通拥挤，材料进场组织困难，现场可用场地不足 10% ，几乎为“零场地”可用，无法布置太多的单元板块以及幕墙材料。借助BIM 提前预演规划以及协调总包配合：借用位于青年路一侧的总包场地，架空搭设钢结构提料平台，预留基坑内部分裙房区域暂不施工。经优化后项目平均每天安排4 组运输单位从加工厂运输单元板块，以确保高峰期可以进场20 个单元板块，满足单元板块的安装所需。

通过BIM 模型预分析，本项目单元板块的翘曲数值在 -270～180mm 之间，层间阶差尺寸在 -175～210mm 之间，水平夹角为160～182 度，倾斜角度为82～90 度之间，为实现上述双曲、阶差、错位的外饰效果，设计团队决定采用冷弯单元加转换框的设计思路，对单元板块进行LOD400 深度全参数化拟合建模的BIM 技术路线；

基于此，团队在 Rhino 软件中用GH+Python 编写脚本代码，对幕墙表皮进行有理化分析，对每一个单元板块基准平面的相对阶差尺寸、单元间错层水平尺寸、平板单元倾斜角度、异形曲面单元的代表倾斜角、单元间水平夹角度等数据进行了逐一计算。

根据数据分析我们发现：四边形分格会导致单元板块同时出现翘曲和扭曲两种几何特性，再进一步通过对加工阶段与预拼装阶段的BIM 模型进行对比后又发现，这会导致对插单元龙骨之间出现错位现象从而无法实施的问题。要解决此问题，有2 个技术办法：热弯单元和冷弯单元。若全采用热弯成型单元，将导致项目成本大幅上涨；若全采用冷弯单元，公母竖框之间的插接间隙无法适应所有的水平阶差。为寻求经济与技术的平衡，我们通过对每个单元板块的加工阶段和预拼装阶段建立双态BIM 模型，通过模型比对分析后，将原方案中约3000 个热成型单元优化为冷弯单元，此举措施在满足实施可行的前提下，大幅度减少了单元板块的材料成本和加工周期。并且通过热成型与冷弯单元的模型比对，我们发现二者在曲率、尺寸、单元间缝隙、特别是装饰线条的直线度等外饰效果的表现方面差别极小，忠实还原了原有建筑设计效果，也成功地被设计单位和业主所接受。

通过比对模型和有限元数字仿真分析结果的数据，我司协同建设和设计单位，制定了冷弯单元以及合并优化的设计方案，并依据分析结果确定了新方案中的临界冷弯曲率、翘曲临界值、拱高合并值等设计指标。

原方案采用横龙骨拼接的设计方案来实现转折效果，但是拼接位置衬板及螺钉尺寸各异，实际加工难度高，依赖人工操作，生产周期较长。通过对 BIM 模型进行模拟和分析后，我司设计团队采用了合并拱高的设计方案，通过不同角度的竖框插接来实现转折效果，虽增加了型材种类，以及角度加工参数，但可以充分利用数控机床加工效率高的优势，总体上缩短了生产周期；

为了确保单元安装的可行性，在进行单元体生产之前，我司采用天宝三维扫描仪以及RealWorks 软件，对现场“裙摆部位”的空间造型主钢结构进行三维扫描，并进行逆向建模，所得模型用于检查单元幕墙表皮与结构之间的放尺准确；同时根据现场实际钢结构的空间定位，调整对应单元板块的挂件系统定位，进一步确保单元板块安装可行性。

通过全参数化技术对单元板块进行深化建模，使得模型可以根据输入参数的变化而自动更新。比如设计方案调整、加工工艺或是主体结构误差等因素，都会导致输入参数的变化，而模型自动更新的功能，可以保证各构件的加工尺寸以及安装定位的空间坐标，等信息也同样会自动更新，因此全参数化技术可以使得模型修改非常方便，能够迅速的应对各种不可预见因素导致的模型调整。

全参数化技术的实现是通过GH 和Python 编写算法，Copilot 以及文心一言等AI 的应用，在代码编写方面为团队提供很大的助力。通过运行脚本程序驱动 Rhino 软件进行自动建模，脚本程序根据，系统节点图中的逻辑关系，抽象为几何算法，采用自适应参数来匹配各种输入条件，为对接数字化加工，建模细节深度达到LOD400的标准，得益于全参数的模型，使得加工和组装工艺参数均可以在模型中提取出来。

在加工阶段，设计师深入一线加工厂，编写数据换算算法，通过GH 脚本对参数化的BIM 模型进行驱动，自动从模型中提取单元加工工艺参数、面板工艺参数、零部件的尺寸等BOM 所需数据，然后将模型中提取的单元加工参数对接加工厂的数字化设备所需的数据信息进行加工生产，在实际项目中实践了BIM 技术在智能制造领域的应用。

综上所述，通过场地布置、冷弯分析、转折优化、参数化建模等BIM 技术的应用，使得团队解决了双曲、阶差、错层单元的技术难题，并且通过BIM 技术手段为项目降本增效，顺利实施提供了大力的帮助。

智能管理

为提高项目在建造过程中的沟通和管理效率，项目采用了“CMCU 设计云平台“、“C8BIM 施工协同平台”、“智慧工地系统”、“智慧书城系统“。

其中CMCU 云平台对BIM 设计进行管理，充分发挥BIM 模型的数据价值与可视化交流功能，深入应用BIM 轻量化模型，将云平台打造成文档图纸资料中心、参与各方的信息交流中心与轻量化模型的展示中心。

C8BIM 协同管理平台是多终端集成应用的BIM 云平台，提供多端口的协同应用、多专业协作、用户管理中心。BIM 协同管理平台采用云 + 端的模式，所有数据均存储于云平台，各应用端调用数据。项目各参与方应用平台的相关功能模块实现了项目质量提升，达到项目工期的缩短，管理效率提升、工程造价降低、文件存储规范等目的。

智慧工地系统通过通过施工现场布置的传感设备和无线网络，将数据集成至平台进行处理，同时通过管理系统、数字展厅等方式进行反馈联动，实现了对施工现场人机料法环，质量、进度、安全等全面监控与分析，借用互联网和物联网的协作，实现了信息和现实之间的互联，提高施工现场管理效率。

智慧书城系统将建设智能机房、全覆盖WiFi 等智能化基础硬件设施，制定了智慧书城“云+ 中台 + 端”的体系架构，通过“数字化”方式将顾客、书城、商家，等各数字化触点紧密联系在一起，以数据为中心，以平台为纽带，实现了“人—场—商—物”的全链条连通，建立“书城数字化运营大脑”。平台的应用为建设方创造经济效益的同时也带动各个参与方BIM 技术应用能力的提升。

成果总结

效益分析方面，通过BIM 分析窗墙比优化率达 9% ，预计可节省建造费用约300 万元；降低运营费约100 万/ 年；深化幕墙面积55000 ㎡，节约幕墙材料成本约124 万，节省加工周期 730 人天；通过对接数字化工厂加工，节省异形单元板块生产及安装工期130天；

社会影响力，截止目前为止，项目累计接待参观考察200 余次，累计接待人数超过2260 人次，新华社、重庆市地方多家媒体先后对解放碑时尚文化城项目建设情况进行报道，提升了项目智慧建造的形象

本项目BIM 技术在绿色设计、智慧施工、智能管理方面的成功应用，不仅在项目内部形成了标准化技术体系，也通过超高层异形单元体项目的设计与建造，完善了西南区域同类型项目建造体系的空白，打造了超高层综合体建筑领域，BIM 应用的标杆。