數(shù)字化和智能化技術(shù)在余杭區(qū)亞運(yùn)場館改建項(xiàng)目中的應(yīng)用
——以BIM和賽時照明系統(tǒng)為例

徐磊

（杭州南苑控股（集團(tuán)）有限公司）

1 項(xiàng)目概況

余杭區(qū)亞運(yùn)場館改建項(xiàng)目地處杭州市余杭區(qū)（因行政區(qū)劃調(diào)整，現(xiàn)更名臨平區(qū)，以下稱臨平區(qū)）南苑街道，北臨人民大道，西鄰東湖南路。建設(shè)用地134畝，總建筑面積94934㎡，本項(xiàng)目實(shí)行項(xiàng)目總承包管理模式。建設(shè)內(nèi)容包含改建體育場和游泳館，新建體育館、綜合訓(xùn)練館、風(fēng)雨操場、地下停車場及城市公共附屬設(shè)施等，項(xiàng)目在第19屆杭州亞運(yùn)會承擔(dān)足球、排球、空手道三項(xiàng)賽事和亞殘會承擔(dān)坐式排球一項(xiàng)賽事，同時在亞運(yùn)會結(jié)束后舉辦其他大型體育賽事并兼顧全民健身需求。

2 設(shè)計理念

項(xiàng)目對原有臨平體育中心進(jìn)行整體升級改造。設(shè)計團(tuán)隊(duì)依據(jù)場地原貌，兼顧既有建筑，也根據(jù)臨平地區(qū)“蠶絲之府”服裝與紡織產(chǎn)業(yè)歷史久遠(yuǎn)的傳統(tǒng)，選定絲路為建筑設(shè)計主體。采用新穎的交互式設(shè)計手法以綜合訓(xùn)練館為絲路起始，連接起體育場、體育館、游泳館三個主場館，隱喻“一帶一路”內(nèi)涵，向亞洲友人和全球觀眾展示我們國家的大國風(fēng)范，加之建筑材料肌理色彩與照明系統(tǒng)變幻，展現(xiàn)杭州獨(dú)特江南柔美。場館在建設(shè)過程中要充分考慮交通問題和亞運(yùn)賽后的合理運(yùn)用，建成的地下停車場極大緩解周邊居民停車?yán)щy、交通不便的困境，將綠色、智能、節(jié)儉、文明的亞運(yùn)辦賽理念結(jié)合到場館設(shè)計中。

3 數(shù)字化技術(shù)BIM為項(xiàng)目賦能

3.1 整合模型，縮短設(shè)計周期

設(shè)計團(tuán)隊(duì)在擴(kuò)初設(shè)計階段即開始各專業(yè)模型整合，借助BIM進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計，將三個主場館的方案造型的全部空間控制點(diǎn)賦予函數(shù)關(guān)系，通過這種數(shù)字化技術(shù)在三維空間對各控制點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化，控制精確度。BIM模型也作為基礎(chǔ)模型，輔助包括建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻、機(jī)電、給排水、電氣、暖通等專業(yè)，建立溝通渠道，形成BIM工作紀(jì)要，縮短設(shè)計周期。

例如，綜合訓(xùn)練館形體復(fù)雜、建筑外立面造型空間曲面較多，給建筑、結(jié)構(gòu)、幕墻專業(yè)的銜接帶來巨大挑戰(zhàn)，通過BIM核查內(nèi)部空間屋頂與體育場鋼網(wǎng)架的連接部分，并通過參數(shù)化設(shè)計，確定幕墻網(wǎng)架兩側(cè)控制高度1m，獲得較為精確的幕墻初步設(shè)計圖紙，以便后續(xù)施工圖深化工作開展[1]。

3.2 專項(xiàng)建模，解決設(shè)計難題

對CAD二維設(shè)計很難表達(dá)的空間造型，利用數(shù)字化技術(shù)BIM進(jìn)行專項(xiàng)建模，解決設(shè)計難題。由于體育館和體育場都涉及到大跨度鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計，且原場館業(yè)主提供的需改建體育場只保留了手繪竣工圖，大大增加改建設(shè)計難度，在效果圖無法滿足展示空間關(guān)系的前提下，通過BIM建模，既確定原體育場需拆除的看臺體量，又確定改建后的體育場屋面網(wǎng)架空間結(jié)構(gòu)和與馬道底板板面的相對距離。在工程設(shè)計階段針對新老工程搭設(shè)，室內(nèi)管道碰撞、區(qū)域凈高分析、屋面排水專項(xiàng)、屋頂馬道設(shè)計等主要問題開展建模，有效提高工程設(shè)計效能，提高工程設(shè)計質(zhì)量；在施工階段，對結(jié)構(gòu)構(gòu)件尺寸、位置、曲度和幕墻拼縫等主要重難點(diǎn)開展BIM建模，增強(qiáng)施工人員對施工流程掌控，提高施工安全可靠性，保證現(xiàn)場真實(shí)建筑形態(tài)符合工程設(shè)計效果。

3.3 持續(xù)優(yōu)化，體現(xiàn)數(shù)字化技術(shù)價值

從開工到竣工交付，數(shù)字化技術(shù)運(yùn)用貫穿始終，持續(xù)優(yōu)化提高工程價值。例如施工期間采用了BIM與其他高新技術(shù)相結(jié)合的方法，將二維碼貼在項(xiàng)目部和宿舍區(qū)并持續(xù)更新，管理人員和工人可以在空閑時間通過公眾號觀看下一個部位的模擬施工等信息。應(yīng)用數(shù)字化管理，搭建不同分包企業(yè)的企業(yè)信息溝通平臺，幫助信息傳遞、文件往來和流程審批，做到信息溝通留痕，流程可追溯。

項(xiàng)目19年3月開工到21年2月通過竣工驗(yàn)收，BIM團(tuán)隊(duì)始終堅持在施工期間持續(xù)更新模型并參加月會，展示可視化工程進(jìn)度。當(dāng)因鋼結(jié)構(gòu)屋面和外立面幕墻施工期間遭遇供貨中斷、梅雨、高溫、臺風(fēng)等不利因素導(dǎo)致工期延誤時，可視化三維模型幫助施工團(tuán)隊(duì)模擬確定趕工方案，協(xié)調(diào)各分包單位交叉作業(yè)事項(xiàng)，對發(fā)現(xiàn)的問題及時處理解決。最終項(xiàng)目不但按原定計劃竣工，在實(shí)施期間工程建造進(jìn)度還始終保持在杭州各亞運(yùn)場館改建提升類項(xiàng)目前列，獲得杭州亞組委和各界人士的好評。

3.4 BIM設(shè)計著重四個部分

為加強(qiáng)需求整合，提高設(shè)計效率、保證設(shè)計質(zhì)量。在余杭區(qū)亞運(yùn)場館改建項(xiàng)目BIM設(shè)計過程中，著重做好如下四個部分：改建體育場和游泳館結(jié)構(gòu)部分，包括主結(jié)構(gòu)、屋面桁架和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)、造型柱結(jié)構(gòu)；新建體育館和綜合訓(xùn)練館建筑部分，包括屋面和幕墻造型、內(nèi)部空間核查。體育工藝部分和場館賽時改建部分。通過參數(shù)化建模和計算復(fù)核，結(jié)合擬建景觀形成整體三維模型展示方案效果。

4 智能化賽時照明系統(tǒng)提升項(xiàng)目價值

本項(xiàng)目智能化工程采用一主機(jī)房、一備用機(jī)房的設(shè)計原則，網(wǎng)絡(luò)布線集成安保指揮、電視轉(zhuǎn)播、燈控和音控、設(shè)備監(jiān)控網(wǎng)、亞組委專網(wǎng)等。共含四個系統(tǒng)：基礎(chǔ)信息系統(tǒng)、安全保障管理系統(tǒng)、物業(yè)管理系統(tǒng)和體育專項(xiàng)系統(tǒng)。其中體育專項(xiàng)系統(tǒng)含十二項(xiàng)子系統(tǒng)：場館擴(kuò)聲系統(tǒng)、LED大屏顯示系統(tǒng)、賽事信息發(fā)布與查詢系統(tǒng)、GPS標(biāo)準(zhǔn)時鐘系統(tǒng)、升降旗控制系統(tǒng)、電視轉(zhuǎn)播傳輸專網(wǎng)系統(tǒng)、計時記分及競賽成績處理系統(tǒng)、售驗(yàn)票系統(tǒng)、現(xiàn)場影像采集及回放系統(tǒng)、比賽設(shè)備集成管理系統(tǒng)、場館運(yùn)營系統(tǒng)和賽時照明系統(tǒng)。

4.1 照明設(shè)計，智能控制

智能化賽時照明系統(tǒng)在設(shè)計中始終堅持最大性價比設(shè)計準(zhǔn)則，響應(yīng)亞運(yùn)會環(huán)保節(jié)儉辦賽宗旨，在確保賽時使用功能前提下，比選照明設(shè)計方案，根據(jù)科學(xué)合理選擇燈具，以有效控制投入為基礎(chǔ)，及時對造價進(jìn)行追蹤，突顯賽時燈光特點(diǎn)，做到最合理利用工程投入滿足辦賽要求。照明控制系統(tǒng)預(yù)留聯(lián)網(wǎng)管線、聯(lián)網(wǎng)接口、控制模塊等，為后續(xù)維護(hù)、監(jiān)控及納入?yún)^(qū)級總控平臺統(tǒng)一管理創(chuàng)造條件，完成調(diào)試后，可根據(jù)杭州亞組委照明統(tǒng)一管理的要求接入智慧照明平臺。

體育場燈光控制系統(tǒng)可以對燈具進(jìn)行單燈調(diào)光控制、配電柜接觸器通斷控制以及特定不同級別比賽模式燈光控制等。控制方式為全智能控制，例如光控、時控、手控等，使用物理按鍵結(jié)合觸摸屏控制，在局域網(wǎng)覆蓋范圍內(nèi)可實(shí)現(xiàn)觸摸屏、手機(jī)端隨時隨地控制[2]?？刂葡到y(tǒng)具有模塊記憶預(yù)設(shè)燈光場景功能，不因停電而丟失；當(dāng)每個智能照明控制系統(tǒng)有斷電時，智能照明控制系統(tǒng)可保持原有場景控制狀態(tài)，來電時，這種場景控制狀態(tài)不會改變，以避免由于意外停電造成混亂。系統(tǒng)模塊場景漸變時間可任意設(shè)置，以保證場景切換滿足各種使用要求。重大賽事期間場地?zé)艄庑阋绘I實(shí)現(xiàn)，不同模式通過0%～100%調(diào)光滿足不同照度要求?？刂葡到y(tǒng)還可以將場地照明、泛光照明、室外景觀照明、LED大屏顯示及場館擴(kuò)聲系統(tǒng)接入其控制系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)動控制。

4.2 燈具選用，綠色文明

賽時照明系統(tǒng)全部選用超長壽命的LED比賽照明產(chǎn)品，滿足功能要求前提下，減少總能耗、降低碳排放。為延長使用壽命，燈具配有冷卻鰭以擴(kuò)大表面積獲得更好的散熱性能，安裝吸熱板以更好將燈具的熱能傳導(dǎo)出來，LED散熱管理系統(tǒng)在燈具功率上升時，盡量降低結(jié)溫，將結(jié)溫控制在80℃以下。

為認(rèn)真考量節(jié)能降耗，體育館燈具最終選擇簡約大氣且符合項(xiàng)目特點(diǎn)和使用功能的馬道布燈方式，可以滿足《體育場館照明設(shè)計及檢測標(biāo)準(zhǔn)》JGJ153-2016中所規(guī)定的排球、空手道Ⅵ級HDTV轉(zhuǎn)播重大國家比賽、重大國際比賽轉(zhuǎn)播等級對垂直照度、照度均勻度、眩光、顯色性及色溫等方面的要求。馬道上燈具采用中、寬配光投射近區(qū)半場，燈具投射角在25°～65°之間，以保證提供足夠的水平照度和垂直照度，多種配光搭配，提高照明效率。

體育場燈光注重減少對周邊環(huán)境的光污染。體育場緊鄰城市主干道，周邊商務(wù)辦公樓林立，南側(cè)有職高學(xué)校宿舍樓，為在夜間賽時減少外溢光，不危害周邊居民，不影響軍、民用飛機(jī)，不干擾鳥類定向，控制炫光對場地及觀眾席的影響。根據(jù)專業(yè)體育照明設(shè)計軟件計算及評估，體育場燈光設(shè)計采用馬道結(jié)合四根燈桿的方式布燈以滿足需求，燈桿采用維蒙特?zé)魲U，布置于體育場主體建筑外圍四角位置，高度62m，每桿可放置72盞1400瓦LED燈具，配備避雷針、航空障礙燈和炫光控制器，場地照明共采用288套LED-1500，其中TV應(yīng)急照明燈具156套。

綜合訓(xùn)練館兩層共四片場地，承擔(dān)亞運(yùn)會賽前排球熱身需求，結(jié)合開闊的場地和較低的層高，最終決定采取輕量化設(shè)計，燈具功率不超過200瓦，搭配6種配光選擇和抗UV保護(hù)罩。風(fēng)雨操場頂部采用膜結(jié)構(gòu)，中間高四邊低，在照明方案模擬計算時，導(dǎo)入頂部結(jié)構(gòu)三維模型圖，做精確模擬計算后，確定燈具安裝高度不統(tǒng)一，從7m到12m不等，款式選擇結(jié)合場地布置和頂部結(jié)構(gòu)，懸掛183套下照型燈具和84套側(cè)向投射型燈具。

5 今后場館建設(shè)建議

5.1 倡導(dǎo)數(shù)字化應(yīng)用

積極參與前期方案調(diào)研論證，強(qiáng)調(diào)將數(shù)字化技術(shù)應(yīng)用其中，助力場館建設(shè)。通過成熟的數(shù)字化技術(shù)，在場館改建這種非線性建筑項(xiàng)目最終落地提供了有力技術(shù)保障。數(shù)字化技術(shù)的融入使得體育場館全過程建設(shè)更加可視化、模擬化、精確化。加強(qiáng)數(shù)字化技術(shù)人才培養(yǎng)和技術(shù)支撐，構(gòu)建數(shù)字化生態(tài)，為項(xiàng)目增值，打造有競爭力的體育場館。

5.2 提升智能化水平

通過提升體育場館有效智能化建設(shè)水平。打造智慧集成平臺、賦予體育場館更高水平自主運(yùn)行控制能力。體育場館智能化為使用者提供更加人性化、現(xiàn)代化服務(wù)，實(shí)現(xiàn)綠色、節(jié)能、舒適目標(biāo)，為休閑健身、體育訓(xùn)練、賽事轉(zhuǎn)播等多種需求提供支持。

5.3 實(shí)現(xiàn)全民共享

保障場館賽時與賽后可利用、可經(jīng)營、可持續(xù)，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會效益最大化。例如，臨平亞運(yùn)場館在亞運(yùn)會結(jié)束后，不僅能繼續(xù)用于臨平職高的學(xué)校體育教學(xué)活動，還能開展足球、田徑等競技體育賽事，也能繼續(xù)對市民開放，讓市民享受最新體育設(shè)備和最優(yōu)健身環(huán)境，做到還館于民。

6 結(jié)語

余杭區(qū)亞運(yùn)場館改建項(xiàng)目的例子為今后同類型改造工程做好了榜樣，為今后項(xiàng)目建設(shè)提供豐富經(jīng)驗(yàn)。今后的工程也應(yīng)該根據(jù)自身實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)數(shù)字化、智能化技術(shù)和場館建設(shè)高效融合，提高資源運(yùn)用能力和綜合管理能力。