撰文是筆者以台灣營造業將BIM技術引入至專案工程中進行工程規劃及運用深化, 本文並同步發表於2014年2月份大陸建築技藝雜誌社BIM專刊
5特殊工項工程規劃應用
5.1自由曲面屋頂
這個專案最大的特色之一是超大面積的自由曲面屋頂設計,每一處曲度都不相同。正因建築師受到衛武營原有的茂密榕樹群啟發,屋頂由8段數千片不規則形狀的金屬板片組合成整片不規則曲面屋頂,好似天空鳥瞰榕樹林頂端的曲線;內部則像榕樹林構成的樹穴,由一片片不規則曲度的鋼表皮精密組裝而成。對這個有機、大膽的不規則設計,工程團隊從德國空運全球僅有的最先進3D自由曲面屋頂成型機械,將一張張板片按照BIM模型所設定的形狀曲度壓制成形,再分別精確吊裝後組裝(附圖17、17A)。
附圖17
附圖17A
自由曲面屋頂依照鋼結構體3D scan後的點雲分析資料,調整次結構屋架尺寸;並將屋頂上非法向量上的天井、天窗、通風井等開口詳細建置,以便取得發展細部製件大樣的詳細資訊(附圖17B)。
附圖17B
5.2船殼鋼表皮
呼應代表高雄海港精神的造船文化,內部樹穴的鋼表皮不規則彎曲設計組裝必須使用造船技術。建國工程找來高雄造船廠共同完成這艘陸上巨輪,專案鋼板表皮曲面板總組裝面積為2 300m2,區分為21區塊組裝(2 320片),每件(先2~4片小組裝)於現場組裝的板片重量約為1.2~2.4t,均為3D不規則形狀的金屬板,組裝過程有相當的難度(附圖18)。
附圖18
具體流程是先將模型用造船業的BIM軟體做強度計算,再生成3D model、PI information與Shop drawings(附圖19)。模型建置時需包含天井、窗戶、入口、燈具、吊點等佈置與鋼板表皮相關的詳細資訊,除了便於控管關係介面,也為了非法向量上的物件及開口詳細建置,便於製作細部大樣,進而發展鋼板表皮板列線與加勁肋骨的配置工程(附圖20)。
附圖19
附圖20
5.3低噪音空調氣室及盒中盒構造
為符合NC15的超高建築聲學規格,本專案的空調採用自椅子下出風的方式。樓板下的複層空調氣室可以確保空調出風量、溫度,不會影響各音樂廳的聲學品質。為了確保空調氣室的功能,將氣室的所有細節建置出來,並用剖透視圖協助施工團隊瞭解相關細節,減少施工錯誤。
NC15只是一個數字,但卻是一個超高標準,就我們所知,全球極少展演廳可以達到這個標準。衛武營藝文中心是個聲音盒子,唯有運用盒中之盒(Box in Box)的概念,做完一個結構體後再蓋一間房子升上去,四周加裝防震彈簧、橡膠,才能有效阻隔外界雜音的傳遞。而這些被視為懸浮房子的輕隔間就有74種不同的類型,再根據各種類比的情況,製作成各種材料逐一送進國家實驗室,測試地板衝擊音就耗時近半年。而為求完美,金屬曲面屋頂還分裝貨運到亞洲唯一能做暴雨衝擊音試驗的北京清華大學建築聲學實驗室進行試驗,以確保南臺灣下暴雨時不會影響到室內音質。
6參數數值化設計
本專案的參數化設計主要用在外觀的曲面金屬屋頂及榕樹廣場地坪,分析曲面屋頂的曲率變化及平順度、板片的寬度及長度變化、極端板片的曲率大小變化、反曲線的積水汙情形;也分析了榕樹廣場地坪的泄水坡度、結構與裝修面衝突、複層樓板的空層尺寸;並依據所分析出來的結果,調整相關介面及模型、尺寸(附圖21)。
附圖21
7臨時性設施與安全防護
為了完成許多複雜工項有許多必需的臨時性設施,皆建置到模型中,以分階段功能來管理必要的施工架等設置(附圖22);並將安全衛生防護措施的規劃,以視覺化的方式,讓施工單位能清楚知道哪些地方需要設置防護網和秘密頻道,以確保施工的安全(附圖23)。
附圖22
附圖23
8 API撰寫及研發
為解決現今BIM軟體生成的2D施工圖無法滿足施工人員所需資訊的問題,藉由BIM軟體的應用程式設計發展介面(Application Programming Interface, API)開發施工圖輔助程式,協助工程師將繁複性的操作自動化,並擷取相關BIM組件參數,重新整合為現行施工圖需求的資料,提升2D施工圖生成的便利性及效率,降低遺漏修改錯誤。
建國工程目前也嘗試於各個圖面和模型中設定二維碼,讓工程師們通過掃描二維碼,即可流覽自己所需的圖檔和其他相關資訊(附圖24)。
附圖24