随州南站_李春舫_.pdf

106 设计作品 WORKS OF DESIGN项目名称：随州南站业 主：湖北汉十城际铁路有限责任公司建设地点：随州市设计单位：中南建筑设计院股份有限公司合作单位：北京工业大学结构形式：混凝土框架+钢结构建筑层数：2层景观设计：黄浩丞，李昕施工单位：中铁建工集团有限公司项目负责人：李春舫建筑专业：尹博维，龙淳，蒋哲尧，盛毅SUIZHOU SOUTH RAILWAY STATION,CHINA随州南站李春舫 尹博维LiChunfang YinBowei 收稿日期：20220919结构专业：魏剑，张卫，刘明给排水专业：吴平，李玲电气专业：陈柳青暖通专业：黄亮，李严用地面积：15 000 m2建筑面积：20 000 m2设计时间：2017年10月建成时间：2019年11月图纸版权：中南建筑设计院股份有限公司摄 影：丁烁，施峥1CA 2023/01 当代建筑 107数字技术的迅猛发展和其在建筑领域的广泛应用，推动了建筑师创作手段的迭代更新。从彻底抛弃绘图板步入AutoCAD，到应用建筑信息模型（BIM）技术，再到参数化设计，数字技术的蓬勃发展正深刻地影响当代建筑的创作方式。建筑师可以更加从容地表达项目的“特质”：以BIM技术为基础，用数字建构的方式，探索空间生成、材料选择、空间舒适度、建造工艺等一系列建筑技术，并回应建筑面临的问题。数字化建构为建筑师提供了一个全新的视角，以审视创作过程，浪漫的诗意与理性的逻辑不再是对立的两面。正是在这种背景下，随州南站设计团队将正向BIM设计贯彻至从方案设计到施工的全过程，完成了从概念生成到数字建构的实践。1 单元体概念生成随州南站是汉十高速铁路线（武汉市十堰市）上的一座中等规模车站，总建筑面积为26 000 m2。该铁路沿线设12座客站，串联武当山、古隆中、炎帝神农故里、黄鹤楼等著名旅游景区，堪称湖北省最美风景旅游高铁线路。建成通车后，武汉市至随州市的高铁车程仅为50 min，这为随州市旅游业的发展提供了前所未有的契机。随州市洛阳镇的千年银杏谷，是世界四大密集成片的古银杏聚落之一，每逢深秋时节，银杏树下，金叶纷飞，呈现出“山屏树伞下，农家小院忙”的田园风光，因此银杏谷成为旅游者心中的世外桃源。设计团队从大自然中获得启示，将“银杏树下”的自然意境融入新建的随州南站，表现城市所在地域的自然环境特征。在实施过程中，设计团队对结构体系进行了优化：将每4个小单元合并成1个大单元，形成6组连续的曲面屋顶；平缓、连续的曲线，更适合大面积的金属面板铺设；结构单元内部进一步减少构件数量，统一规格，降低建造难度，有利于控制成本。结构与建筑一体化的单元体，形成浑然一体的室内外建筑空间，富有韵律的“银杏叶”营造出森林般的建筑空间，隐喻自然，体现结构之美。2 数字技术应用2.1 钢结构节点优化为了进一步提高单元体结构的经济性，根据结构受力特点，单元体上部采用钢结构，下部柱身采用混凝土结构，分段处理。但由此带来上、下结构衔接的问题，在有限元软件ABAQUS进行分析的基础上，设计团队提出“花篮柱”节点的设计思路，其是由4个“H”形截面交汇形成“十”字形组合钢柱，简洁、高效，充分利用了材料性能。为进一步验证计算结果，设计团队进行了1:1足尺模型的节点试验，结果表明：有限元分析的结果与节点试验结果吻合度良好，节点满足极限承载力要求，并且具有较高的安全冗余。上部钢结构杆件连接节点并未采用更为常用但用钢量更大的铸钢件节点，经过数字模1 鸟瞰2 总平面图2N0 20 50 100 m1 站房2 广场3 给水加压站4 单身宿舍及食堂5 信号楼6 公安派出所216543108 设计作品 WORKS OF DESIGNN0 10 20 50 m型进行仿真模拟和优化计算，设计团队提出用一种更为经济的“鼓”形节点来代替铸钢件节点，通过在主钢梁“H”形截面两侧各设置一道弧形钢板，局部“H”形变为“鼓”形截面，避免了腹杆、水平圆管桁架交汇碰撞的问题，设计兼顾了美观与经济性。完全相同的结构单元、合理的节点设计极大地提升了钢结构的加工效率，也为现场拼装实施降低了难度。在车站建设期间，周边配套工程也正热火朝天地同步进行，但施工场地狭小，没有拼装作业场地，制约了现场施工的进度。设计团队通过数字模型进行施工模拟，找到了解决问题的方法：采用“重叠立体式”拼装，每个胎架竖向重叠拼装多个屋盖单元，占用场地小且高效、准确。对于屋盖系统的设计，设计团队将24个波形单元进一步简化成2个标准单元“马鞍”形和“雁翅”形，使安装效率和精度得到进一步保障。空间形态、结构体系、材料性能、标准化施工、经济性控制等要素，在数字化模拟的“化学”作用下，达到了设计团队所预期的“协调与平衡”。2.2 ETFE索膜找形为了展现“银杏森林”的空间特质，对单元体覆盖材料的选择就成了关键。设计团队确定了材料为金色、无接缝，以及透光率为75%这三个基本要素，传统的金属、玻璃、GRG复合板材几乎都达不到要求。最后，设计团队发现ETFE膜材拥有良好的延展性、耐久性、阻燃性及透光性能，颜色可定制，是设计团队寻找的理想材料。但确定材料后，新的问题又接踵而来，该材料对拉力和温度变化较为敏感，尤其是大面积的单层曲面3 落客区4 站台层平面图5 浑然一体的室内外建筑空间341 候车区2 旅客服务3 售票厅4 办公用房5 设备用房143552CA 2023/01 当代建筑 1095110 设计作品 WORKS OF DESIGN形态，几乎找不到其他案例可以参考，这意味着设计团队几乎要“从零开始”。为保证“银杏叶片”最终形成饱满、光滑的曲面形态，设计团队需要对索网系统和膜材的张拉有极其精准的控制。设计团队联合北京工业大学科研团队，深入研究膜材力学性能及索膜受力体系。基于数字模型，设计团队完成了一系列关于膜材拉伸性能、蠕变性能的基础研究。在此基础上，设计团队将数据转化为参数化的BIM模型，展开了ETFE膜结构找形及受力分析。经过动态调整，索膜张拉形成的曲面形态与结构体系逐步完美拟合。通过数字模型优化索网布置方案，将膜面的内力控制在合理范围，解决了单层ETFE膜材容易发生徐变、松弛的问题。在项目实施的过程中，如何精准还原张拉计算数据，降低人工安装的误差，同样是一项挑战。首先，膜材的下料加工是完全由数控机床按数字模型提供的展开面一次剪裁完成的，几乎做到零误差；其次，设计团队将曲面中每一条钢索进行编号，并将张拉应力转换为弹性形变量，导出数据表格；最后，现场的工人只需要对照表格，用简单的操作就能完成准确的安装，在项目竣工验收时，按表格数据进行核对即可，操作方便、高效。2.3 基于BIM与3D扫描技术的现场验证与优化依托全过程的BIM技术应用和数字模型，设计团队完成了数字化施工交底，结合施工进度要求，对钢结构梁、柱等复杂节点进行空间放样定位，对钢结构屋盖的吊装进行施工模拟，优化节点设计和施工的工序、工艺，并利用Navisworks进行碰撞检查，对结构、设备、管线、空间净高、装饰效果等方面进行协同设计。尽管如此，施工现场因多工种交叉作业，出现施工误差，甚至错误，但这是难以避免的，小的差错容易累积形成系统误差，使理论计算和控制的效果大打折扣。这对于需要精准安装的钢结构索膜体系来说是重大问题。设计团队引入3D空间扫描技术，为解决这一问题提供了技术支撑。通过分阶段对施工现场进行3D扫描，生成实时三维模型，并与数字模型匹配检查，实时发现问题，修正施工误差。对于现场难以修正的部件，设计团队根据现场情况，重新进行二次模型调整优化，同步更新索膜张拉及构件参数，满足预期的应力控制效果，以及饰面材料精准加工的要求。在这期间，设计团队还根据现场实际情况，及时对拉索连接件、索套、收边铝夹具等细部构造的数字模型进行了有针对性的优化升级。数字技术在设计团队、专业厂家、施工现场之间建立了高效的协调反馈平台，从而精准完成“银杏叶片”各部分组件的设计安装。2.4 光环境与声环境数字模拟车站室内光环境的舒适性也是设计团队考虑的重要因素。6CA 2023/01 当代建筑 111设计团队通过自然光照明模拟计算确定天窗面积的大小，保证光环境在不同天气条件下，都可满足进站厅及候车厅的照度要求，减少建筑照明能耗。阳光透过顶部天窗，洒落在“银杏叶片”单元体腔内，光线漫射形成一个个金色发光体，展现出温润、通透的自然肌理和质感，建筑空间生动而富有生命力。天然光线均匀照亮候车大厅，避免眩光和阳光直射；夜间，设置于透光膜腔体内的LED灯形成发光体，传达出中国传统“灯笼”的意蕴，对室外的落客平台进行夜间照明，起到泛光照明的作用，同时增强了车站的标识性。在设计过程中，对室内声环境的数字模拟结果让设计团队很振奋，因为膜材具有天然的吸声性能，“银杏叶片”成为均匀分布的吸声腔体。旅客进入随州南站，候车大厅安静且语音广播清晰，没有火车站常见的噪声困扰，旅客可以获得更加舒适的乘车体验。3 总结及展望如果说建筑师在对项目深刻洞见后的“灵光乍现”是诗意的“浪漫”，那么在数字建构下的推演就是理性的“逻辑”。数字建构将建筑艺术与建筑技术融为一体，“银杏叶片”单元体展现出建筑的自然之美、韵律之美，回应了建筑的“地域性”与“时代性”。随州南站从设计到施工，全过程应用数字技术，实现了较高的完成度。随着人工智能算法、建筑机器人等数字技术的进一步发展，数字建构为建筑设计提供了新路径，也为建造、运营与维护提供了技术保障。876 进站厅7“花篮柱”8 天然光线均匀的候车大厅 112 设计作品 WORKS OF DESIGN9101 候车区2 旅客服务3 办公用房4 设备用房N0 10 20 50 m4422441313CA 2023/01 当代建筑 113采光天窗钢网架金属屋面铝板收边钢拉索混凝土柱ETFE膜材钢结构支撑0 5 10 20 m1211 9 高架候车区10 高架候车层平面图11 单元体分解图12 剖面图