高山興 范斯媛 GAO Shanxing，F(xiàn)AN Siyuan

1 華凱國際（香港）有限公司

2 中國建筑西北設計研究院有限公司

距離20世紀與21世紀之交北京國家大劇院建筑方案設計所引發(fā)的巨大爭議，已經過去了快二十個年頭。當我們再次回首，除卻對建筑周圍人文和空間環(huán)境影響的討論，當年同樣飽受質疑的、形式與功能分離導致的建筑形態(tài)，以及新奇奪目的造型特點，在今日看來卻具有了開創(chuàng)性的意義——打開了中國新時期劇院乃至大型公共建筑設計的嶄新局面。

一方面，傳統(tǒng)的建筑形態(tài)被完全突破，同時建筑的標志性也成為了設計中的重點，如廣州大劇院、珠海大劇院、哈爾濱大劇院等。另一方面，得益于新時期“信息與計算機輔助設計”的發(fā)展完善和普及，那些新奇的、具有標志性的建筑形態(tài)進一步趨向于復雜化、非線性和不規(guī)則化，參數化設計和BIM技術在設計和營建過程中的應用為這一切的實現(xiàn)提供了高效和有序的保障。萬達青島東方影都大劇院項目就是這一系列優(yōu)秀設計思想的集中體現(xiàn)。

1 項目概況

青島東方影都大劇院位于青島市黃島區(qū)西海岸經濟新區(qū)中央商務區(qū)東方影都項目的核心區(qū)域，是一座專為國際電影節(jié)打造的文化建筑，將會作為電影節(jié)的主會場，舉辦電影節(jié)開閉幕式與頒獎典禮，平時則用于綜合文藝演出與偶爾的音樂會演出（圖1）。項目用地為填海區(qū)域，北部為黃海靈山灣，總建筑面積為2.4萬m2，建筑層數為地上4層、地下2層，擁有2 200座特大型劇場及相關附屬用房。東方影都大劇院與東側緊鄰的秀場項目一同成為了黃島區(qū)西海岸最重要的標志性建筑。

2 設計理念

方案主題名為“碧海銀螺”，設計理念來源于海螺的圖形。青島市是北方重要的沿海城市，項目用地正處于城市的海岸線上。選擇海螺這樣一個極具海洋特征和文化底蘊的海洋生物形象作為大劇院形態(tài)設計的概念源頭，能夠塑造極佳的城市海岸線景觀，融入國際化的文化背景，讓其標志性的建筑形態(tài)更加深入人心。海螺與海關系最為親密，據說將其放在耳邊閉目聆聽，就可以聽到海的聲音；海螺作為樂器的歷史也很悠久，符合大劇院的功能定位；不僅如此，海螺自身優(yōu)美的曲線形態(tài)也很適合轉譯于建筑的形態(tài)創(chuàng)作之中。

大劇院形態(tài)設計的重點在于如何用建筑語言去表達海螺的概念意象，通過對海螺本身生物形態(tài)特征的分析和挖掘，我們將這些生物特征與建筑形態(tài)、表皮肌理結合起來。整體造型設計為螺旋狀上升的復雜曲線，通過橫向的復合鋁板幕墻構造出層疊的造型。我們采用上下疊加式的米白色復合鋁板，每塊鋁板傾斜角度為5°，疊加部分寬400mm、深200mm。

同時，運用漸變的手法將中空Low-E橘紅色彩色玻璃由下至上隨機穿插其中，形成逐漸減少的態(tài)勢（圖2）。這種做法活躍了立面的節(jié)奏，也加大了建筑底部視覺的通透性。夜色降臨，燈光從如鱗片般的玻璃幕墻中透射出來，斑斑點點，如同海面反射在建筑上的光斑，醉人心弦（圖3）。建筑入口的造型與海螺生物形態(tài)的口部造型巧妙結合（圖4，5），增強了建筑形態(tài)的趣味性，也使入口部分更具氣勢。入口的色彩呼應了橘紅色的玻璃幕墻，形成統(tǒng)一的建筑色彩體系。

業(yè)主：萬達集團

建設地點：山東省青島市

建筑設計：華凱建筑設計（上海）有限公司（方案）

中國中元國際工程有限公司（施工圖）

聯(lián)合設計：萬達集團文旅規(guī)劃設計院（規(guī)劃）

北京中建建筑設計院有限公司上海分公司（景觀）

北京筑邦建筑裝飾工程有限公司（室內）

北京市洛西特燈光設計顧問有限公司（照明）

珠海晶藝玻璃工程有限公司（幕墻）

項目負責人：高山興（建筑）；閻凱（景觀）；朱軼蕾（室內）；王偉、張明杰、楊靜（照明）

設計團隊：溫一康、常琦、鄧志森、唐曉敏、王祥、于曉旻、張清芳、范斯媛

總建筑面積：24 000m2

建成時間：2017

圖片版權：華凱國際（香港）有限公司

1 大劇院鳥瞰

2 建筑分材質爆炸圖

3 夜晚燈光實景

4 主入口方向透視

5 主入口局部

6 劇院門廳

7 劇院門廳效果圖、BIM模型與建成實景對比

8 Rhino軟件建模過程

9 鋁板幕墻的雙曲面平板有理化

10 鋁板幕墻

11 建筑鋼結構BIM模型

12 建筑立面圖

同樣復雜而迷人的還有將海螺元素由外而內貫穿的室內空間及造型設計。從主入口進入建筑之后，整個前廳的通高空間依然沿用海螺形態(tài)的不斷重復和隱喻（圖6），展現(xiàn)了一種螺旋上升的動勢。室內色彩也十分統(tǒng)一，金色漸變的光澤配合星星點點的燈光設計，使人聯(lián)想到波光粼粼的海面和海螺內變幻的珠光，主要材料為可塑性極強的GRG。為了完成復雜的造型，我們搭建了精細到節(jié)點的室內BIM模型（圖7），并對復雜的技術要點與其他專業(yè)協(xié)調檢查，反復推敲，最終指導施工。

在綠色節(jié)能方面，曲線的建筑形態(tài)能夠有效消解海陸風帶來的巨大風荷載，同時猶如鱗片層覆式的幕墻結構也將風對建筑能耗的影響降到最小，并形成自遮陽系統(tǒng)，進一步降低了建筑的自身能耗。幕墻材料的選擇也充分考慮了節(jié)能減排的需求，如中空Low-E玻璃、抗陽極氧化涂層復合鋁板的采用等，鋁板內里為60mm厚的保溫層，朝向室內一側為1.5mm厚的銀灰色烤漆鋼板，充分考慮了幕墻背面在室內空間的視覺效果。

3 BIM技術的應用

3.1 形態(tài)設計BIM

大劇院項目的最終實現(xiàn)得益于正向BIM方法的貫穿始終。由于傳統(tǒng)二維繪圖方式已經無法滿足此次大劇院設計的曲線建筑形態(tài)，若無高效率的設計、加工措施，這種高難度的工程項目將很難完成。因此，該項目以設計為主導，在設計初期應用了Rhino（犀牛）軟件，采用了全參數化曲線控制方法（圖8），一方面在形態(tài)上將藝術形象的設計和NURBS曲線模型完美結合，另一方面在功能上將優(yōu)美的海螺形象和大劇院的功能空間合理整合。

建筑整體復雜的螺旋狀曲線形態(tài)是通過算法對立面進行數字參數化建模，然后建立聯(lián)動邏輯關系獲得的。有了參數化的聯(lián)動控制，能夠盡量減少不同大小、角度、分格尺寸的幕墻單元種類，并對設計做出即時快速的修改調整。其中，最重要的優(yōu)化設計是團隊自主開發(fā)的雙曲面平板有理化技術。這種技術能將幕墻單元雙曲面鋁板優(yōu)化成三角平板，雙曲面玻璃優(yōu)化成單曲玻璃（圖9，10），節(jié)省了整個雙曲面結構外立面幕墻大約60%以上的最終造價，直接產生經濟效益3 568萬元。

幕墻板材后面的支撐鋼龍骨一部分與混凝土土建主體連接，另一部分位于觀眾廳和前廳的通高部分，與獨立的結構支撐鋼桁架連為一體。由此，鋼結構部分的BIM進一步實現(xiàn)（圖11），也使得設計在溝通、統(tǒng)籌、協(xié)同的過程中更加高效有序。

在幕墻施工圖階段，通過BIM可以精確算出曲面板材的弧長、邊長等尺寸。板材尺寸通過Grasshopper進行提取后，可直接生成CAD加工圖紙，并對板塊進行編號、批量生成，以實現(xiàn)快速精確出圖（圖12）。參數化模型還能直接根據外表皮利用Grasshopper插件生成幕墻龍骨、轉接件及埋件。在協(xié)同設計階段，再根據幕墻構造節(jié)點生成梁邊線及板邊線，向土建結構設計提資（圖13）。

13 建筑混凝土結構BIM模型

14 建筑幕墻BIM模型

15 幕墻單元加工圖

16 標準段施工封樣

17 建筑幕墻施工

18 實測模型與BIM模型對比

19 幕墻施工劃分控制單元

3.2 幕墻施工BIM

通過BIM控制板材加工以及龍骨和面板的安裝方式，能夠實現(xiàn)快速精準的幕墻施工安裝過程，節(jié)省大量的安裝時間和成本。不僅如此，BIM模型還能通過CATIA軟件（圖14）精準提取板件、構件的加工數據，導出加工詳圖，方便施工人員直接根據加工圖紙下料加工。例如，根據幕墻BIM模型深化鋁板的加工參數生成精確的二維鋁板加工圖，提取玻璃加工曲率半徑對曲面異形玻璃進行精確展開（圖15），以滿足下料要求等。該模型還能對異形板塊BIM模型進行分析，提前確定碰撞地方的處理方案；提取板材及構件的空間坐標點位，便于現(xiàn)場全站儀定位和復核，從而指導現(xiàn)場安裝；對建筑的重要節(jié)點位置建立局部細節(jié)模型封樣來指導施工（圖16，17）。

在提高建造精度方面，BIM模型和鋼結構完成后的全3D掃描也發(fā)揮了巨大的作用。在土建和鋼結構主體完成之后、幕墻安裝之前生成實測三維掃描模型。在大劇院項目的三維掃描工作中，布站掃描共計65站，累計掃描15天，累計作業(yè)人數45人次，輸出大劇院鋼結構實體整體點云數據，保留了工程實體該階段全部施工物理信息數據，且該數據可經轉化、提取、統(tǒng)計成為各項模型處理分析的基礎數據。通過實測模型與設計BIM模型的對比（圖18），分析各鋼結構桿件的偏差情況，生成對比數據分析報告，及時對超出幕墻容差范圍的部位進行調整。全3D掃描也為后期鋼結構構件的保養(yǎng)與維護提供了更為直觀有效的參考。

為了更進一步減少大型幕墻工程施工中可能產生的誤差，通過BIM模型在建筑物周圍引測50個坐標控制點，進行測量放線（圖19）。這50個控制點將外立面劃分為50個單元，使安裝誤差得以在單元內消化解決?？臻g安裝定位則按照引測控制點與各單元龍骨之間的空間位置關系來指導測量放線，通過三維轉二維的測量放線手段，降低測量放線的技術難度并提高功效。

3.3 工程測算BIM

BIM模型除了擁有材料加工圖紙直出、板塊自動編號定位的作用以外，在精確算量上也節(jié)省了大量的人力、物力，并具有更高的準確度。由于幕墻系統(tǒng)為三維曲面，無法通過傳統(tǒng)方式進行精確算量，為保證招標中工程量的準確，所有工程量均由BIM模型進行計算。在模型中預先建立不同圖層，將不同材質屬性的材料進行分類匯總，然后選取需算量的物件，就能通過軟件命令精確算出板材面積、個數等數據。

3.4 后期運維BIM

一個項目建造的完工才是其真正使用壽命的開始。同樣，對于建筑來說，BIM不僅是在設計、施工過程中發(fā)揮作用，在大劇院今后更長時間的運營和維護中，BIM模型與信息系統(tǒng)的融合使用更能夠體現(xiàn)其價值，如通過萬達慧云智能化管理系統(tǒng)（3D可視），實現(xiàn)建筑的設備管理、能耗管理、消防安防管理、運營管理和智能化監(jiān)控等。

4 結語

大劇院項目從開始的方案設計，一直到幕墻、鋼結構、管線、精裝修的施工圖設計和施工，甚至建造完成后的運維，都實現(xiàn)了全過程的BIM應用。BIM信息模型使原本在傳統(tǒng)設計中獨立的各專業(yè)信息在BIM平臺上得到了集成。在各專業(yè)設計階段以及建造過程中，通過BIM共享信息、相互協(xié)調，真正實現(xiàn)了信息共享及協(xié)同工作，極大地提高了設計效率，高效解決了項目建造中遇到的重點、難點問題，真正實現(xiàn)了建設工程項目數字化管理、精益化管理，節(jié)約了成本，減少了人力物力，縮短了工期，創(chuàng)造了巨大的價值和直接的經濟效益。

隨著新時期劇院建筑的形態(tài)標志性日趨重要，復雜的建筑形態(tài)更需要精細化的營建方式。精細化的建造方式又進一步提出了節(jié)約資源、提高經濟性的新要求。這是時代技術發(fā)展的必然結果，也是未來建筑營造的必須要求。無論營造方式如何變化，但始終不變的是，設計概念應在建造中得到最優(yōu)化轉譯，藝術和技術應在建筑中得到完美融合。