BIM技术在290MulberryStreet项目表皮设计中的应用

BIM技术在290 Mulberry Street项目表皮设计中的应用

表皮设计的难题

290 Mulberry Street这个项目坐落在纽约NoLIta（小意大利北部）西北边缘，北面是Huston 大街，西面是Mulberry大街上的历史建筑Puck Building。

图1—290 Mulberry Street总平面图

包括屋顶设备层在内这座建筑高13层，首层和地下室是商业空间，楼上有9个住宅。它的标准层平面有2000平方英尺。考虑到这个区域的房地产价格，290 Mulberry Street表皮厚度的优化对于平衡表皮设计增加的价值和可售面积的价值至关重要。

城市区划要求该建筑朝向Huston和Mulberry两条街的两面采用“石造建筑”外墙，这是为了与Puck Building——这个纽约较的石造建筑之*相呼应，整体协调。

图2-Puck Building的一角，以施工中的 290 Mulberry 作为前景

结果是，这个建筑的周边环境直接定义了这个建筑表皮，它是建筑师对于周围街区和建筑规范的直接回应。SHoP的设计概念的关注点在于：对当地法律法规的诠释以及对石造建筑（Puck Building）的当代回应，在应对石造建筑和细节方面避免了混杂的处理手法。

将难题变成新的可能性

290 Mulberry Street的设计是由多个关键点驱动的：室内面积较大化，使建筑在规范允许的投影限制内，以及使整体立面的厚度较小化。当这些要求与材料的性质和制造的限制相结合时，这些要求就决定了一种对砖墙细节进行现代再诠释的办法。

建筑技术的提高使得比以往都薄的墙体构造成为可能，较大的面积需求和有限的建筑面积造成的经济压力推动了这一趋势。传统石造建筑的立面厚度能够满足多层次的装饰需求，但现在技术上不需要那么厚的墙，经济上又不能让墙占用建筑红线内的可售面积，于是SHoP寻找建筑红线外的可用空间来创造现代的装饰。纽约市建筑规范允许建筑每100平方英尺（约9.3 m2）的面积内可以有10平方英尺（约0.9 m2）投影在建筑红线外，挑出长度较多10英寸（25.4 cm）。这个规定适用于突出的装饰物，比如外圆角、檐板。SHoP提出了表皮的一种“波纹”设计方案——砖块在整个立面上突出堆叠（不是单调地突出，而是像一个外圆角那样）——这与建筑规范设想的环境并不是很融合。“波纹”的“峡谷”处在建筑红线上，所以尽管只有0.75英寸（约1.9 cm），但几乎整个立面都超出了建筑红线。为解决这一问题，SHoP利用分析软件计算出超出建筑红线的平均值，确保其可以满足建筑规范的要求。

图3-表现建筑表皮规则分析的图纸

要使表皮上每块砖都以精确的数值突出于表面，是难以通过泥瓦匠手砌来实现的。这些砖在工厂被预先制成定制面板。

图4-在运往施工现场前，单独的预制砖面板单元

面板化的施工除了增加了设计灵活性外，由于工厂生产的面板可以在建筑结构建造的时候制造，然后送到工地通过吊车迅速安装，从而有不在基地施工的时间优势。面板化的施工往往能更好地控制质量。这使得建造建筑表皮的时间较小化，这更有利于早日开始室内和饰面工作。建筑师通过使用数字建造技术以较少的成本获得了较大的效益和额外面积。290 Mulberry Street的表皮临街面有非凡的质感，而内部是简单的混凝土框架核心。实墙上窗户的比例几乎和旧式公寓大楼（周边街区的主要建筑形式）是一样的，整个建筑表皮清晰地表现了一系列错列的、孔洞式的窗户。表皮的“包装纸”概念以及砖的充满活力的应用给建筑一种整体一致感，开窗和单元面板的形式创造了一种动感的视觉印象，从而使这个表皮更具现代性。

图5-从Mulberry Street向北看的效果图，表现建筑的砖表皮和混凝土内核

设计在两个不同的尺度同时发展。在小尺度上，独立的砖突出它周围的砖的长度不能超过0.75英寸（约1.9 cm）。同时，在较大尺度上，确保面板的布置与柱网、层高和开窗相协调同样重要。在使用不同的实体和数字设计模型的基础上，SHoP通过从细节到整体砖的布置过程以及从整体到细节的表皮设计过程将整个设计深化。

图6-砖立面的一顺一丁砌（砖）法图

图7-表皮电脑模型，表现窗户位置、面板设计与建筑结构的协调

图8-通过面板控制每块砖布置的参数化模型

建筑师将建筑表皮理解为一种分层的过程而不是理解为一种独立、先入为主的形式，他们在知道建筑的确定形态之前就开始了表皮的参数化数字建模。参数化模型特别有助于在给定参数限制而不是固定形态的条件下，进行可能的构件与制造技术的探索。如此一来，在得知所有参数都已被考虑并且没有被抑制可能性的条件下，限制条件可以明确，设计过程可以得到发展。

反馈循环与测试在290 Mulberry Street项目发展各阶段，各种软件构建的反馈循环测试确定了技术与审美方面的参数的设定。建筑师以开放平台、多设备的方式为设计的每个部分使用了较好的工具。分开的数字建模在质量控制中起到了关键作用，每一个模型都可被用来复查项目的数据和形态。

图9-290 Mulberry Street反馈设计程序图，表现了每个尺度的操作是如何互相促进的

这些软件使得设计者可以建立简单的规则进行测试并及时更改。这个平台既清晰又精确，而且足够开放，可以支持一个不断变化的方案。这个项目是SHoP事务所*一个测试并使用建筑信息模型（BIM）平台的项目。BIM是一种软件技术，它建立的数字模型包含了构件数量与性质等相关的信息，并且能够自动将任一模型视图内的变化与模型的其他部分相关联。Revit是一种可以将各个部分信息进行参数化协调的BIM软件。SHoP使用Revit软件，根据其他各种软件产生的面板数据制作相关图纸和文件。

对话

砖面板的材料和制造对于建筑表皮设计的影响是整体性的，它们从一开始就是主导因素。因此，SHoP尽可能早地引进了制造商和建造表皮的承包人来进行制造技术的研究，并且取得了面板内和面板间所需的施工容差。表皮面板制造的关键在于制作每块面板时水泥衬里被浇铸时用来支撑砖块的衬板。这个衬板是一种可伸展的橡胶，是与制造商Saramac合作、按照SHoP的设计制成的。

图10-CNC （计算机数字控制）制造的主要的正片，以此制造橡胶衬板

图11-浇注用来制作每个表皮单元面板的橡胶衬板

图12一个橡胶衬板单元，将每块砖安放到位来制造面板

图13-将砖放置在橡胶衬板中：砖的背面被固定，与水泥层形成机械连接

图14一块正在制作的由模板固定的面板，砖在衬板中，上面是加固钢筋，还没有浇注水泥

由于制造原料的高成本，SHoP做了围护系统中每个面板都由同样的较小的正片产生的设计。

图15图示表示出由同一个正片产生的各种类型的面板：由于正片制造很昂贵，设计的一个主要目标是用一个正片制造出所有需要的面板类型较大限度地使用这种单元片改变了建筑表皮每个细节的决定方式，包括面板到面板、窗户单元到面板、砖到混凝土以及面板到钢结构的细节。关于建造过程的精确测试及研究开发主要集中于衬板上。每块砖的位置、它与周围砖的关系以及灰浆接缝的形式都通过这一元件进行控制，所以说衬板的精确制造至关重要。

价值与经济

在290 Mulberry Street的设计发展过程中，一种简单形式的独创逻辑逐步形成。建筑设计通过加入价值参数实现了很强的经济性。这个项目不只是将数字技术作为一种工具应用，而且体现了建筑师对于电脑软件的综合使用，这使兼具技术性和美观性的设计成为可能，并产生了既经济又美观的作品。一个建筑的表皮、结构及其辅助设施在基地上的整合经常是建筑建造过程中较复杂的部分，也是在建筑周期中较可能失败的地方。这个项目以及其他项目中BIM真正的优势在于将设计与施工团队在设计初期阶段就结合在一起。将建筑全周期各部分用数字技术虚拟地综合起来，这使得问题在建造之前就得到解决，而不是等问题出现后再解决，同时可以较大限度地提高建筑的可能性并使其价值较大化。