復雜公共建筑的數字化應用
——以深圳某服裝公司總部基地為例

張文杰（深圳中電藍?？毓捎邢薰?，廣東 深圳 518057）

0 引 言

近年在國家政策引導及調控下，建筑行業高速增長階段已經成為過去時，粗放式建設發展也已成為歷史[1]。隨著社會經濟的不斷發展和科技的進步，傳統建筑行業的弊端也逐一顯現，需要對當下建筑行業的發展與未來重新進行思考。從國家政策及社會發展規律方面，智能化和數字化、綠色建筑和可持續發展、智慧城市建設、創新和科技發展將會成為建筑行業的發展方向[2–4]。2011年，建設部（現為“住房和城鄉建設部”）發布《建筑信息模型（BIM）技術應用導則》，明確了建筑信息模型（Building Information Modeling，簡稱“BIM”）技術在建設工程中的應用范圍、原則和要求，鼓勵在重點工程和示范項目中推廣應用BIM技術，推動建筑行業數字化轉型。2019年，住房和城鄉建設部發布了《城市與建筑數字孿生：引導意見》，提出要發展數字孿生技術，實現城市與建筑數字孿生，促進數字技術與建筑、城市的深度融合，推動建筑行業數字化應用的發展。建筑本身從“遮風擋雨”的基本功能到“舒適、綠色、智能、智慧”，從“橫平豎直”的基本造型到“折線曲面”，在此趨勢下，對建筑建設過程中的數字化應用已成為當下建筑行業創新發展的基礎[5]。

數字化應用是指將建筑項目設計、施工和運營等各個階段的信息集成和數字化管理，以數字化的形式交付給建筑項目的各參與方[6]。它是通過信息技術和數字化工具將建筑項目的各個環節連接起來，實現信息共享、協同工作和數據傳遞的過程。數字化應用使得建筑項目的生命周期得以數字化呈現，從而提高了項目的效率、質量和可持續性。

從國家政策及實際應用結合方面來看，數字化已經是未來的發展趨勢，而實際國內大部分數字化應用基本屬于BIM的應用，而絕大部分BIM應用停留在翻模應用水平，僅僅主要解決基本管線碰撞的問題[7]。然而，對于復雜建筑、曲面建筑，BIM模型輔助設計則無法完成設計、建造要求，必須通過數字化設計方式才能實現。傳統意義上的建筑BIM模型已不足以滿足項目的實際需要，建設過程中各參建方圍繞核心數字模型進行數字化相互交付、數字化深入分析方能解決如此復雜的項目。當前，已有一些復雜公共建筑在整個建設過程中采用了數字化技術、正向BIM的運用，建設過程中通過數字化技術協同了各參建單位，達成了較高的建筑完成度及建設品質[8-9]。因此，數字化技術在公共建筑中的應用有望成為未來的一個發展趨勢。本研究首先介紹了數字化應用的基本特點與關鍵技術，并以深圳某服裝公司總部基地為例，分析數字化應用在公共建筑建設過程中發揮的價值與效益。本研究成果為促進數字化技術在公共建筑中的應用與實踐提供有效的參考。

1 數字化應用的基本特點與關鍵技術

1.1 數字化應用的基本特點

（1）集成性。數字化應用將建筑項目的各參與方連接起來，實現信息的集成和共享。通過數字化手段的應用，方案、設計和施工等不同維度的信息可以在同一個數據管理平臺上進行管理和交流，從而實現建筑建設全過程的協同工作。

（2）數字化。數字化應用是基于信息技術和數字化工具的管理方式。區別于BIM模型輔助，數字化應用是通過數字化的手段協同工作，并將建筑項目的各種信息、數據和文檔轉換為以數字的形式進行交互、傳遞、處理及存儲。

（3）實時性。數字化應用能夠使項目信息實時更新和傳遞。各參與方、參與個人可以及時獲取到最新的項目信息，實時進行溝通和協調，從而減少信息傳遞的延遲和錯誤。

（4）可視化。數字化應用通過圖形化和可視化的方式呈現項目信息。通過三維模型、圖表和圖像等形式，將復雜的項目信息直觀地展現出來，方便項目各參與方理解和決策。

（5）可持續性。數字化應用將建筑項目的全過程信息數字化存檔，并可根據使用者的需求持續地錄入數據，能夠實現信息的長期存儲和追溯。這有助于建筑項目的決策管理與運營。

1.2 數字化應用的關鍵技術

（1）建模技術。建模技術是數字化應用的基礎，包括BIM、計算機輔助設計（Computer Aided Design，簡稱“CAD”）等技術。BIM是數字化應用的核心技術及載體，它通過將建筑項目的信息集成在一個三維模型中，實現信息的統一管理和共享。

（2）數據分析與分類技術。數據分析技術可以對項目信息進行深入挖掘和分析，幫助參與方發現其數據的特點、類型和類別等關鍵信息。通過數據分析對建筑數字信息進行分類，為信息編譯奠定好基礎。

（3）數據語義化技術。語義化技術旨在賦予數字化信息更多的含義和語義，使信息更加智能化和易于理解。語義化技術主要涉及對數據、信息和知識的語義表示和處理，從而實現信息的結構化、標準化和語義化。語義化技術在數字化應用中的應用，可以提高信息的可理解性、可搜索性和可利用性，促進信息的共享和交流，支持項目的智能化管理和決策。該技術后續也能為數字孿生的運維軟件應用做好堅實的數據底座。

2 復雜公共建筑的數字化應用案例

2.1 項目概況

本文以深圳某服裝公司總部基地為案例，該項目占地約4.98萬m2，建筑面積約11.5萬m2，建筑功能集辦公、展覽、休閑、商業和酒店為一體，項目目前投資約10億元。

負責項目方案設計的為境外設計團隊，施工圖設計單位、施工單位均為國內公司。項目設計特點為仿生態式建筑，建筑方案大量采用雙曲面造型，建筑風格類似西班牙建筑大師高迪的作品。

2.2 項目建設重難點

（1）境內外團隊的實時溝通存在問題。負責項目方案設計的為境外設計團隊，而施工圖設計單位、施工單位為國內單位。由于方案創作在境外，而設計深化實施在國內，因此在實時溝通上存在地域、理念和規范落地等多方面的問題。

（2）項目建設單位要求高。項目的建設單位對于項目方案落地還原度尤為關注，在對項目的設計質量要求、設計可實施性、施工質量和項目還原度等方面的要求均非常重視。

（3）項目建設難度大。項目建設難度比較大，項目設計方案中大量運用了雙曲面，而雙曲面的設計、施工并無類似的工程先例及相關經驗，同時方案的還原度要求很高。

（4）項目外立面及裝飾設計一體化要求高。項目外立面做法及室內裝飾設計方案均由境外設計團隊把控，對于建筑主體與立面、室內裝飾的銜接及相關機電服從室內裝飾的要求很高，需要給予系統性考慮。

3 數字化應用在項目建設中發揮的價值

項目建設的核心關鍵在于各參建方對建筑方案的認知統一，信息及相關要求的傳遞準確。項目在方案創作初期到建設完成均采用統一的建筑數字化模型，項目建設期間的設計與施工工作均是以BIM模型作為檢驗、實施的唯一依據。

3.1 設計階段的數字化應用

3.1.1 基于模型的協同設計

鑒于項目各團隊與各專業較為分散，存在溝通不便的問題。因此，在整體項目推進過程中，建設單位與方案設計團隊堅持以一個模型為核心，所有涉及方案修改、結構修改、機電修改的問題均在同一個模型調整，修改完成，設計圖紙閉合后，再向施工單位提交模型及施工圖對照施工。

本項目BIM數字模型的工作邏輯圖，如圖1所示。模型最初由境外方案團隊進行初步模型的創作，提交業主基本方案（包括數字模型與三維打印模型）確認后由施工圖設計團隊、顧問團隊和施工團隊對模型進行技術性評估（包括消防設計、結構設計、機電設計和可實施性現場樣板驗證等），在進行充分交流及初步深化設計后向境外方案團隊提交修改意見，商定后由境外方案團隊完成最終實施模型并提交業主。

圖1 項目BIM數字模型工作邏輯圖

以建筑、結構為例，建筑模型中使用了大量直紋雙曲面（圖2為項目直紋雙曲面數字模型圖）。雙曲面的構成原理、直母線的空間定位及曲率的定義均在數字化模型中，通過其基本原理可以實現方案模型→數字模型→計算模型的搭建。在結構試算后可將模型調整要求及基本結構構建尺寸反提方案調整，從建筑模型到計算模型的過程示意圖如圖3所示。通過模型的不斷迭代修正，最終完成模型的構建。

圖2 項目直紋雙曲面數字模型圖

圖3 從建筑模型到計算模型的過程示意圖

通過局部構建計算模型可搭建整體結構計算模型，用于驗證建筑、結構的構造要求。整體計算模型與方案模型通過數字化三維通用格式進行驗證。

3.1.2 外立面的協同設計

項目外立面裝飾參照高迪風格，而高迪風格的裝飾要求難度大，且對一些施工人員素質要求極高。因此，在項目推進過程中，采用了數字化模擬的方法，在數字模型中進行三維推算，同時在施工過程中對工人進行數字化專項交底。反打貼磚技術工序圖如圖4所示。

圖4 反打貼磚技術工序圖

3.2 施工階段的數字化應用

3.2.1 現場數模結合施工

方案設計雙曲面為混凝土材質，采用傳統支模綁扎鋼筋難度極大。施工團隊直接采用設計數字三維模型，按數字模型直紋雙曲面的直母線邏輯放置控制鋼管，同時計算模板各層搭設措施要求，模板搭設完成再進一步用數字模型網格法驗證，最終完成方案設計效果。模板數字化搭設示意圖如圖5所示。

圖5 模板數字化搭設示意圖

3.2.2 施工模擬

施工過程的數字模擬技術要求在符合建筑效果前提下，完成設計要求的施工工序。項目屋面采用拱形結構形式，受建筑構造所限，兩側柱需承擔較大的水平推力，施工過程中采取數字模擬方式全過程分析評估風險。

與此同時，施工模擬模型以方案模型為基礎，通過在模型中增加臨時構件的方式進行。從施工措施搭設到施工措施拆除的各階段均進行模擬，一方面驗證設計要求，一方面驗證施工工藝。施工模擬工序圖如圖6所示，施工模擬數字模型與施工現場如圖7所示。

圖6 施工模擬工序圖

圖7 施工模擬數字模型與施工現場

4 結 語

隨著社會發展，數字化已與各行各業形成交融，在信息技術的加持下，很多行業面臨著前所未有的挑戰與變化。建筑行業作為傳統行業已經感受到了信息化、數字化和智能化帶來的沖擊，數字化技術、人工智能技術等已對傳統的設計、建設思路和建設流程產生了深遠的影響，建造本身不再是傳統的方式，數字化應用已經是新的發展方向[10-11]。近年國內也涌現出一批通過數字化方式完成的建筑，如北京大興國際機場、鳳凰傳媒大廈等，這些建筑方案從設計初期就通過數字化方式設計曲面、布置建筑平面，在建設全過程通過數字化應用輔助完成項目，實現了高質量、高效率的目標[12]。本文以深圳某服裝公司總部基地為例，針對存在項目設計、施工難度大，持續時間長和境外合作等問題，通過應用數字化技術，確保了設計方案的還原度，最大程度地滿足建筑追求的風格和效果，取得了良好的項目效益。研究結果可為復雜公共建筑的數字化應用提供可復制的經驗和做法，為今后類似項目的實施提供借鑒與參考，同時對推進數字化應用在建筑業的發展也具有一定的促進意義。