大型主題樂(lè)園的綠色智慧建造關(guān)鍵技術(shù)

陸茵，莫其逢

（廣西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007）

0 引言

現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展速度飛快，越來(lái)越多的先進(jìn)技術(shù)被運(yùn)用于建設(shè)項(xiàng)目的建造中。在這樣背景下，有關(guān)領(lǐng)域?qū)W者與專(zhuān)業(yè)人士紛紛加強(qiáng)對(duì)綠色建造管關(guān)鍵技術(shù)的研究與探索，主要探索方向?yàn)槔镁G色技術(shù)提高建筑工程的節(jié)能性與高效性，推進(jìn)城市智慧化建設(shè)，劉洋[1]提出“利用數(shù)字化技術(shù)作為建筑工程建造的手段，降低建筑工程碳排放，節(jié)約能耗與資源”，周志健[2]等對(duì)綠色智慧建造技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行闡述，并且以國(guó)家會(huì)展中心（天津）工程作為案例，呈現(xiàn)工程中關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用?；诋?dāng)前研究方向，本文立足前人成功經(jīng)驗(yàn)，繼續(xù)對(duì)綠色智慧建造技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行探索，且同時(shí)引入BIM 技術(shù)、三維定位與掃描技術(shù)、三維雕刻與打印技術(shù)，進(jìn)一步創(chuàng)新關(guān)鍵技術(shù)在工程中的應(yīng)用思路。

1 項(xiàng)目概況

HQ 城市主題公園建設(shè)項(xiàng)目，項(xiàng)目占地面積約為4.8 萬(wàn)m2，是本地區(qū)內(nèi)繼錦繡中華、市區(qū)民俗文化村、世界之窗、歡樂(lè)谷之后的又一大旅游文化項(xiàng)目設(shè)施，集文化、旅游、休閑、娛樂(lè)、體育、住宿于一體。本項(xiàng)目?jī)?nèi)主題公園屬于技術(shù)驅(qū)動(dòng)型主題公園，娛樂(lè)設(shè)施包括：過(guò)山車(chē)、水世界、自然景觀等，建設(shè)項(xiàng)目包括：異形結(jié)構(gòu)的主題公園娛樂(lè)設(shè)施建筑物、園區(qū)內(nèi)度假住宿酒店、園區(qū)道路、綠化工程、給排水工程、暖通空調(diào)工程、園區(qū)異型裝飾構(gòu)筑物等。

在本項(xiàng)目中，技術(shù)人員考慮本地區(qū)自然氣候與主題文化元素的影響，致力于建設(shè)出能夠迎合地區(qū)氣候特征、滿(mǎn)足主題公園休閑娛樂(lè)需求的綠色智慧娛樂(lè)設(shè)施與建筑物。技術(shù)人員根據(jù)地區(qū)氣候特征，利用主題公園的整體環(huán)境設(shè)計(jì)與建筑物設(shè)計(jì)，改善室內(nèi)外光熱環(huán)境、增強(qiáng)室內(nèi)通風(fēng)效果、提升室內(nèi)外的除濕效率。技術(shù)人員充分利用信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)與智能化手段，合理布局主題公園內(nèi)部設(shè)施，采用BIM 技術(shù)與三維技術(shù)，最大限度上滿(mǎn)足綠色與智慧建造要求，實(shí)現(xiàn)自然環(huán)境、建筑物、奇異形態(tài)裝飾與自然環(huán)境的有機(jī)融合。

2 大型主題樂(lè)園的綠色智慧建造的整體規(guī)劃思路

根據(jù)HQ 城市主題公園建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際情況，技術(shù)人員從不同角度入手優(yōu)化綠色智慧主題公園項(xiàng)目的建造規(guī)劃，生成系統(tǒng)化系統(tǒng)，以便于實(shí)現(xiàn)各種功能，豐富主題公園的功能，更大程度上滿(mǎn)足人們的休閑娛樂(lè)度假需求。

2.1 敞開(kāi)空間體系的綠色化整體規(guī)劃

在HQ 城市主題公園中，占地面積最多的部分就是園區(qū)內(nèi)各個(gè)區(qū)塊的敞開(kāi)空間，這些敞開(kāi)空間一般是由建筑物、構(gòu)筑物及娛樂(lè)設(shè)施組合形成，其中包含院落、敞廳、冷巷、檐等，這些元素在同一空間體系之下互相輔助與配合，形成具備一定潛力的空間組織結(jié)構(gòu)。在以往的主題公園建造中，這部分空間往往被忽略，沒(méi)有對(duì)其進(jìn)行綠色化、現(xiàn)代化的建設(shè)，一定程度上浪費(fèi)了這部分空間的利用價(jià)值。在本次項(xiàng)目中，技術(shù)人員立足主題公園的娛樂(lè)性、休閑性與度假型特征，對(duì)此類(lèi)敞開(kāi)空間進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，利用綠色化理念進(jìn)行敞開(kāi)空間的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，調(diào)整敞開(kāi)空間內(nèi)的院落結(jié)構(gòu)、檐的形狀與朝向等，促使敞開(kāi)空間內(nèi)空氣流動(dòng)暢通，具備冷暖協(xié)調(diào)、干濕調(diào)節(jié)的功能，能夠充分利用自然資源，減少敞開(kāi)空間內(nèi)的能源消耗，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的[2]。

技術(shù)人員可以根據(jù)本項(xiàng)目所在地區(qū)的氣候環(huán)境特征，分析晝夜溫差、季節(jié)溫差，結(jié)合年降雨量、光照參數(shù)及季風(fēng)風(fēng)向，合理調(diào)整敞開(kāi)空間的空間結(jié)構(gòu)，優(yōu)化設(shè)計(jì)空間的尺度與比例。在這一過(guò)程中，技術(shù)人員可以采用小尺度密集的天井對(duì)敞開(kāi)空間內(nèi)的大型建筑體量進(jìn)行分解，控制高寬比為H/W ＞1，形成高且窄的天井結(jié)構(gòu)，起到遮擋陽(yáng)光、增強(qiáng)熱壓、強(qiáng)化通風(fēng)的效果。相較于傳統(tǒng)建筑物，本項(xiàng)目的綠色智慧建筑，本身不強(qiáng)調(diào)比例與尺度的關(guān)系，綠色理念主要體現(xiàn)于空間形成、空間組織中，技術(shù)人員可以按照這樣的思路對(duì)敞開(kāi)空間內(nèi)的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，比如：可以在空間內(nèi)曲折的廊道上方設(shè)置露出的檐，加強(qiáng)檐廊與自然環(huán)境的聯(lián)系，同時(shí)也可以調(diào)節(jié)敞開(kāi)式空間內(nèi)的檐廊對(duì)氣候變化的應(yīng)對(duì)能力，形成這一空間內(nèi)部的綠色作用機(jī)制。

2.2 建筑布局的綠色智慧化HQ 城市

主題公園追求“融于自然”，致力于打造滿(mǎn)足不同人群休閑娛樂(lè)需求的良好環(huán)境，讓消費(fèi)者在主題公園內(nèi)參與休閑娛樂(lè)活動(dòng)、感受自然魅力、放松身心[3]。在建設(shè)HQ 城市主題公園項(xiàng)目時(shí)，技術(shù)人員致力于將自然元素融入建筑環(huán)境中，在遵循自然規(guī)律的基礎(chǔ)上讓人工環(huán)境與自然環(huán)境相融合，形成綠色化、節(jié)能化的建造成果。

技術(shù)人員引入本地區(qū)傳統(tǒng)建筑物空間體系和自由分散的多孔狀布局模式，依托現(xiàn)代建筑物進(jìn)行布局。通過(guò)建筑物空間形態(tài)的變化，促使主題公園內(nèi)的各娛樂(lè)設(shè)施構(gòu)筑物、酒店及其他休閑娛樂(lè)建筑物與周?chē)南锏馈@區(qū)道路、綠化區(qū)域、娛樂(lè)設(shè)施相結(jié)合。為了更好地體現(xiàn)綠色智慧建造理念，技術(shù)人員順應(yīng)著項(xiàng)目場(chǎng)地的自然形態(tài)變化規(guī)律，靈活調(diào)整建筑物、裝飾景觀、娛樂(lè)設(shè)施、構(gòu)筑物的位置，形成集約化公園綜合區(qū)域，促使公園內(nèi)的娛樂(lè)設(shè)施、植物群落自然地滲透到建筑物的各個(gè)出入口位置，實(shí)現(xiàn)“出建筑進(jìn)入休閑娛樂(lè)區(qū)域”“人與自然相交融”的目標(biāo)。在本項(xiàng)目的主題公園區(qū)域內(nèi)，技術(shù)人員建設(shè)公園服務(wù)中心，采用一層形態(tài)的多孔質(zhì)架空格局，穿插連接多向轉(zhuǎn)折的流動(dòng)廊道，搭建動(dòng)態(tài)開(kāi)放的空間邊界，實(shí)現(xiàn)自然元素與自然空間的契合[4]。

3 大型主題樂(lè)園的綠色智慧建造關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

在HQ 城市主題公園建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)中，不僅要落實(shí)上述提到的整體規(guī)劃思路，融入綠色智慧理念，更需要靈活利用多種綠色智慧建造的關(guān)鍵技術(shù)，包括：BIM 技術(shù)、三維技術(shù)等，利用這些技術(shù)確保本項(xiàng)目各項(xiàng)綠色化規(guī)劃的落實(shí)，最終形成人與自然相融合、建筑形態(tài)豐富有特色、兼具娛樂(lè)休閑功能的大型主題樂(lè)園。

3.1 利用BIM 技術(shù)，搭建虛擬仿真智慧建造模型

根據(jù)HQ 城市主題公園建設(shè)項(xiàng)目建設(shè)需求，建議利用BIM 技術(shù)，依托BIM 信息化智能化平臺(tái)構(gòu)建本項(xiàng)目整體模型，全方位呈現(xiàn)主題公園的整體空間環(huán)境、建筑物分布情況、園區(qū)內(nèi)道路分布情況。技術(shù)人員利用BIM 平臺(tái)，輸入本項(xiàng)目的各項(xiàng)數(shù)據(jù)參數(shù)，包括占地面積、建筑面積、建筑物類(lèi)似及其外部形態(tài)、單體建筑的規(guī)格參數(shù)、道路的走向及流線(xiàn)型、娛樂(lè)設(shè)施的類(lèi)型與分布位置等，根據(jù)這些數(shù)據(jù)信息搭建數(shù)據(jù)信息模型與結(jié)構(gòu)信息模型，自動(dòng)生成本項(xiàng)目?jī)?nèi)主題公園的總體平面可視化圖形；之后分別細(xì)化建筑物、構(gòu)筑物、娛樂(lè)設(shè)施的模型，分別形成清晰的結(jié)構(gòu)模型，為項(xiàng)目建設(shè)與落實(shí)提供依據(jù)。

這一過(guò)程中，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)靈活利用BIM 平臺(tái)的多項(xiàng)插件，包括：PKPM-BIMS、Bentley、Navigator Mobile Publisher 等，利用這些插件完成平臺(tái)內(nèi)的數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)整合與分析、信息共享傳遞等，最終形成本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)信息儲(chǔ)存庫(kù)。在本項(xiàng)目綠色智慧化建造的落實(shí)過(guò)程中，技術(shù)人員還可以利用BIM 平臺(tái)完成項(xiàng)目建設(shè)現(xiàn)場(chǎng)管理類(lèi)、項(xiàng)目設(shè)計(jì)與施工的變更、項(xiàng)目建設(shè)方案管理與臺(tái)賬管理、項(xiàng)目的資料管理等，實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目建設(shè)的智慧化管理。

BIM 平臺(tái)具備可視化、模擬化的功能，技術(shù)人員可以對(duì)本項(xiàng)目主題公園的建設(shè)過(guò)程進(jìn)行模擬展示，利用項(xiàng)目方案信息進(jìn)行碰撞分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)本項(xiàng)目建設(shè)方案中存在的問(wèn)題，及時(shí)改進(jìn)與完善，從而提升主題公園建設(shè)項(xiàng)目的智慧化管理效率，充分發(fā)揮組織效能。

3.2 依托BIM 深化設(shè)計(jì)與施工，輔助達(dá)成綠色智慧建造目標(biāo)

相較于單一建筑建設(shè)項(xiàng)目，HQ 城市主題公園建設(shè)項(xiàng)目的建設(shè)過(guò)程更加復(fù)雜，涉及更多的專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)與施工，整體難度較高。技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)本項(xiàng)目?jī)?nèi)主題公園的建設(shè)規(guī)劃，利用BIM 技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用全景計(jì)劃進(jìn)行深化設(shè)計(jì)；可以在各項(xiàng)專(zhuān)業(yè)施工開(kāi)始之前，分別進(jìn)行BIM 深化設(shè)計(jì)，呈現(xiàn)公園內(nèi)建筑物、娛樂(lè)設(shè)施、建筑裝飾結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，檢驗(yàn)分析當(dāng)前施工方案是否科學(xué)有效，以此優(yōu)化單個(gè)專(zhuān)業(yè)工序的施工方案，確保最終的施工方案符合建設(shè)需求[5]。

對(duì)本項(xiàng)目所有專(zhuān)業(yè)工程進(jìn)行梳理，技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)先后進(jìn)行混凝土結(jié)構(gòu)工程、建筑物的外立面裝飾工程、娛樂(lè)設(shè)施鋼結(jié)構(gòu)工程、機(jī)電工程、消防工程、屋面工序、公園內(nèi)園林綠化工程等專(zhuān)業(yè)聯(lián)動(dòng)深化。技術(shù)人員以項(xiàng)目專(zhuān)業(yè)工程的深化設(shè)計(jì)為樞紐，對(duì)各專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)資源進(jìn)行深化與整合，利用REVIT 軟件進(jìn)行三維深化設(shè)計(jì)。

完成深化設(shè)計(jì)之后，根據(jù)各專(zhuān)業(yè)的建設(shè)模型，在時(shí)間軸上合理劃分各專(zhuān)業(yè)深化內(nèi)容，形成矩陣圖。之后，按照已經(jīng)完成的建設(shè)計(jì)劃與要求，結(jié)合深化設(shè)計(jì)圖進(jìn)行分批次的建模管理。完成各專(zhuān)業(yè)的建模之后，技術(shù)人員繼續(xù)利用軟件系統(tǒng)，對(duì)各專(zhuān)業(yè)的模型進(jìn)行擬合，形成多圖融合的檢查，一一解決管線(xiàn)碰撞、構(gòu)件沖突等問(wèn)題，進(jìn)一步提升項(xiàng)目深化出圖的精準(zhǔn)性，達(dá)成綠色智慧建造目標(biāo)[6]。

3.3 利用三維定位與掃描技術(shù)，滿(mǎn)足藝術(shù)造型構(gòu)筑需求

三維定位與掃描技術(shù)是三維技術(shù)的基礎(chǔ)形式，可以滿(mǎn)足復(fù)雜裝飾構(gòu)件的設(shè)計(jì)與建設(shè)需求。根據(jù)HQ 城市主題公園建設(shè)項(xiàng)目實(shí)際情況，本項(xiàng)目?jī)?nèi)存在大量的休閑娛樂(lè)設(shè)施、奇異形態(tài)的建筑裝飾物，比如：曲面之間的交替、錯(cuò)落有致的空間交叉結(jié)構(gòu)、卡通形態(tài)的外立面裝飾物等。這些奇異形態(tài)的裝飾物均無(wú)法采用傳統(tǒng)測(cè)量工具進(jìn)行測(cè)量，也很難利用傳統(tǒng)建造技術(shù)達(dá)成建設(shè)目標(biāo)，此時(shí)利用三維定位與掃描技術(shù)，可以更精確地獲得數(shù)據(jù)參數(shù)。

三維激光掃描、激光測(cè)距是本項(xiàng)目主題公園內(nèi)各娛樂(lè)設(shè)施、裝飾物建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。在實(shí)際過(guò)程中，利用這些技術(shù)獲取激光脈沖反饋的距離信息，精準(zhǔn)定位三維坐標(biāo)；之后根據(jù)三維坐標(biāo)確定掃描范圍，取樣空間密度參數(shù)，獲得不同定位的三維坐標(biāo)，以傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)全方位的掃描，進(jìn)一步獲得全部的空間信息[7]。這一環(huán)節(jié)，掃描環(huán)節(jié)分為多個(gè)站，技術(shù)人員最后將多個(gè)不同掃描站點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行拼接，獲取完成的模型數(shù)據(jù)。針對(duì)公園內(nèi)各種奇異形態(tài)的構(gòu)筑物，比如：蘑菇屋、小矮人的房子、旋轉(zhuǎn)魔方等，技術(shù)人員可以在構(gòu)筑物的四周放置三維激光掃描儀，掃描獲取控制點(diǎn)數(shù)據(jù)參數(shù)，適當(dāng)調(diào)整控制點(diǎn)，合理布設(shè)控制點(diǎn)，以此確保數(shù)據(jù)匹配的精度。

完成三維掃描之后，技術(shù)人員利用布控點(diǎn)數(shù)據(jù)構(gòu)建點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖，開(kāi)始進(jìn)行復(fù)雜構(gòu)建、復(fù)雜裝飾立面的建模，搭建精確的模型。在建模之前，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將原本三維激光掃描的原始數(shù)據(jù)以離散的點(diǎn)云數(shù)據(jù)圖呈現(xiàn)出來(lái)，分析測(cè)量目標(biāo)物體的空間信息、物理參量，為后期處理提供數(shù)據(jù)支持[8]。之后，進(jìn)行坐標(biāo)系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，依托三維激光掃描技術(shù)形成高度準(zhǔn)確、內(nèi)容全面的繪制圖。這一技術(shù)的應(yīng)用能夠大大提升數(shù)據(jù)的精度與全面性，真正做到全方位獲取異型構(gòu)件的信息，為之后的智慧加工提供支持。

3.4 利用三維打印與雕刻技術(shù)，完成復(fù)雜裝飾物構(gòu)造

根據(jù)HQ 城市主題公園建設(shè)項(xiàng)目的整體規(guī)劃，可以看出本項(xiàng)目?jī)?nèi)設(shè)計(jì)較多的異型裝飾物、復(fù)雜結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑物等，這些均難以利用傳統(tǒng)建筑施工技術(shù)實(shí)現(xiàn)。因此，技術(shù)人員選擇三維打印、三維雕刻技術(shù)，完成復(fù)雜裝飾物、復(fù)雜構(gòu)筑物的建設(shè)工序，以此滿(mǎn)足主題公園的建設(shè)需求。三維打印技術(shù)是利用三維打印機(jī)設(shè)備的建筑技術(shù)，能夠?qū)⒅耙?guī)劃設(shè)計(jì)的三維數(shù)字模型轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)材料，實(shí)現(xiàn)虛擬平臺(tái)與現(xiàn)實(shí)的連接，快速制造出本項(xiàng)目所需要的各種復(fù)雜形態(tài)裝飾物、構(gòu)筑物。三維打印技術(shù)具有豐富性能，被認(rèn)為是未來(lái)工業(yè)技術(shù)的重要發(fā)展方向[9]。在本項(xiàng)目中，技術(shù)人員采用高精度的數(shù)字化建模技術(shù)，將其與三維打印技術(shù)相結(jié)合，不僅可以快速獲得裝飾物與構(gòu)筑物，還可以提升效率，確保構(gòu)筑物、裝飾物的質(zhì)量。

在本項(xiàng)目的主題公園綠色智慧建造過(guò)程中，一些娛樂(lè)設(shè)施具有較高的精度要求，需要在三維打印完成之后對(duì)表面進(jìn)行細(xì)節(jié)刻畫(huà)，或者對(duì)某些娛樂(lè)設(shè)施的構(gòu)筑物進(jìn)行雕刻，比如：對(duì)蘑菇屋表面的“蘑菇傘”進(jìn)行雕刻，根據(jù)童話(huà)故事中對(duì)“有毒的紅蘑菇”的描寫(xiě)，刻畫(huà)蘑菇的內(nèi)部紋理、表面花紋、形態(tài)變化等，將童話(huà)故事中的蘑菇屋完全還原到現(xiàn)實(shí)中[10]。這一技術(shù)的應(yīng)用促使構(gòu)筑物、裝飾物的表面形態(tài)更加真實(shí)生動(dòng)，滿(mǎn)足主題公園內(nèi)各卡通形象裝飾物靈動(dòng)真實(shí)的需求。

4 結(jié)論

本次研究繼承了前人有關(guān)研究成果，在應(yīng)用綠色智慧建造關(guān)鍵技術(shù)這個(gè)大方向的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步細(xì)化為具體的主體公園建造，促使技術(shù)應(yīng)用的假設(shè)更加具體、詳細(xì)、真實(shí)。通過(guò)本次研究，可以得到結(jié)論：（1）綠色智慧理念符合目前大型公共建筑項(xiàng)目、大型娛樂(lè)綜合體項(xiàng)目的主流理念；（2）BIM 技術(shù)、三維定位掃描雕刻打印技術(shù)的應(yīng)用，均有助于節(jié)約工程建設(shè)資源，增強(qiáng)主題公園建設(shè)的節(jié)能環(huán)保特性；（3）利用綠色智慧建造關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展主題公園建設(shè)，不僅要掌握技術(shù)本身，更需要考慮工程實(shí)際情況，以工程建設(shè)需求為主。只有做到了這些，才能夠有效發(fā)揮綠色智慧建造關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值，真正將綠色節(jié)能理念滲透于大型主題公園工程建設(shè)的全過(guò)程。