创新杯BIM大赛上海世博会博物馆新建工程

世博会博物馆——基于BIM的空间拓扑设计实践世博会博物馆项目概况

为传承世博遗产，发扬世博精神，上海市政府决定在世博会浦西片区新建一座永久性的世博会博物馆。世博会博物馆作为全球唯一世博主题博物馆，上海市委、市政府高度重视，将该项目列入上海市十二五规划的重点文化建设项目，并成为上海市民用建筑类政府投资的第一个BIM试点项目。

世博会博物馆

世博会博物馆位于上海世博会地区文化博览区15街坊15-02地块，总用地面积40000m²，总建筑面积45970m²，其中地下建筑面积14600m²，建筑地上5层，地下1层，最高点距地面33.8米。由建筑设计大师汪孝安领衔，以“世博记忆”为设计主题，希望世博会博物馆将是一个承载世博欢乐记忆的容器。欢庆之云代表世博未来的、开放的、瞬间的记忆，而历史河谷代表世博历史的、冥想的、永恒的记忆。

世博会博物馆1.BIM策划

2.空间拓扑实践3.“欢庆之云”4.性能化分析与出图1.

BIM策划1.1BIM策划1.2BIM三维协同设计流程1.3BIM设计应用软件1.4BIM模型信息传递与反馈1.5BIM协同平台层级拓展1.6设计阶段BIM数据流循环根据业主需求，制定了BIM实施大纲，包含BIM实施目标、BIM实施内容、BIM实施计划、BIM模型深度标准、BIM交付标准、BIM招标要求等。

1.1BIM策划世博会博物馆

1.2BIM三维协同设计流程世博会博物馆

1.3BIM设计应用软件世博会博物馆1.4BIM模型信息传递与反馈

世博会博物馆私有云平台工程管理平台蓝色星球平台在设计院内，项目设计团队基于私有云平台进行各专业的三维协同设计。在项目团队间，各参与方基于工程管理平台进行建筑信息的传递和反馈。在城市管理尺度上，政府、业主、用户可以基于蓝色星球三维地理信息系统（3DGIS）+建筑信息模型（BIM）平台进行建筑信息的查询、使用、运营、维护等。

1.5BIM协同平台层级拓展世博会博物馆BIM数据平台BIM模型数据更新输出集成数据，提供决策基础业主需求设计优化

1.6设计阶段BIM数据流循环世博会博物馆2.空间拓扑设计实践2.1建筑策划2.2空间拓扑模型设计流程图2.3功能模型2.4体量模型世博文化交流的平台世博知识传播的宝库世博精神延续的场所2.1

建筑策划——项目定位世博会博物馆

七大功能区规划用地面积40000m²总建筑面积46550m²容积率0.8模块化空间零散空间2.1

建筑策划——功能要求世博会博物馆

2.2

空间拓扑模型设计流程图世博会博物馆

“历史河谷”幕墙体量“欢庆之云”空间结构图功能分区模块系统空间关系图2.3

功能模型——功能分区世博会博物馆

2.3

功能模型——模块系统根据《博物馆建筑设计规范》（JGJ66-91）及《建筑采光设计标准》（GB/T50033-2013），博物馆展厅为IV采光等级，侧面采光的采光系数标准值为2%，窗地比为1/6，采光有效进深为3.0。展厅模块面积1000m²=10X1001:1020X501:2.525X401:1.630X331:1展厅净高要求=6~9m世博会博物馆

010203

040.0006.0009.00012.0000.000常设展厅02常设展厅04常设展厅03常设展厅01常展参观流线0506070821.00018.00015.00012.00012.000常设展厅07常设展厅05常设展厅06常设展厅082.3

功能模型——展厅空间关系图世博会博物馆

陈列展览区位于整体建筑中部，正对东面公众主入口广场，一至五层错层布置8个常设展厅，一层平层布置3个临时展厅，保证了常展参观流线的层次递进及临展参观流线的可选择性。2.3

功能模型——空间结构图世博会博物馆

可参变的体块2.4

体量模型——形体切削世博会博物馆

立面倾斜→空间切削→近似体量平面角度2.4

体量模型——形体切削世博会博物馆

2.4

体量模型——体量楼层世博会博物馆

2.4

体量模型——外幕墙世博会博物馆

石材幕墙表面分割有一定规律，每3000mm均匀分割幕墙，在3000mm分割中又有500mm、1000mm、1500mm三个分割层次，其分割顺序随机。金属幕墙表面分割规律，3000mmX1500mm错缝分割幕墙。2.4

体量模型——石材幕墙世博会博物馆

园坡地桥栈道台地2.4

体量模型——体量河谷空间推敲世博会博物馆

3.“欢庆之云”3.1“欢庆之云”形体生成逻辑3.2“欢庆之云”优化3.3“欢庆之云”漫游3.4“欢庆之云”愿景形体生成过程三套生成逻辑由自由形态的云屋盖和较规整的云柱同时向中间过渡得到云厅及云底

世博会博物馆屋盖云柱云厅云底3.1

“欢庆之云”形体生成逻辑优化出于幕墙安评、室内外效果及厂家提供原件板块尺寸最终将网格分隔锁定在2400x2400x2400

世博会博物馆3.1

“欢庆之云”形体生成逻辑屋盖划分逻辑01

STEP1：利用贝赛尔原理得出三段圆弧公切线STEP2：确定屋面起伏程度STEP3：得到屋面粗略的外幕墙完成面STEP4：迭代计算控制细分的网格尺寸STEP5：网格成面得出准确的网格面利用rhino对形体进行准确控制，以博物馆“云”单体屋面为例，在拉出形体大致轮廓后，借助插件进行规整化处理。云柱划分逻辑02

确定轮廓线后，每隔6米旋转一次轮廓每边分三段，竖向连接再分三段据此得出整个云柱，再调整角度长度，突出由下之上旋转的趋势

世博会博物馆3.1

“欢庆之云”形体生成逻辑云厅划分逻辑03

世博会博物馆3.1

“欢庆之云”形体生成逻辑√屋盖与墙体划分出现突变屋盖与墙体划分一致在“欢庆之云”中部，云柱扭转展开，并相互联系，逐渐于顶部形成一个完整的曲线流畅的轮廓。屋盖优化均匀网格，美化效果，减少施工难度

迭代前网格虽然俯视角度网格大小类似，但三维角度出现突变迭代后网格三维角度大小近似，仅在周围一圈出现不可避免的突变屋面进行多次迭代计算得到的网格每块板块尺寸近似相同，这样的网格划分空间效果均匀，同时也简化了幕墙及钢结构后期施工过程，可降低造价。√

世博会博物馆3.2

“欢庆之云”优化——幕墙规整每个转角点的定位，让网格更均匀。√78477500云柱优化简化施工难度，提高建造精度

世博会博物馆3.2

“欢庆之云”优化——幕墙2400x23001500x23003000x13003000x24001900x25003600mm2400mm幕墙造价控制：将北侧云柱移至西侧，减少了5%幕墙的总面积（原面积8650平方米，现面积8242平方米）；控制幕墙板块的大小，提高原件的最大利用率,优化节省了19.98%玻璃母板面积（幕墙厂家原件2400x3600）2400x14402400x15703000x33003600mm2400mm造价控制

世博会博物馆√3.2

“欢庆之云”优化——幕墙幕墙造价控制：调整幕墙材料比例，控制造型的同时，实时算出幕墙总造价。总造价（万元）总面积（平方千米）板块数量总造价（万元）总面积（平方千米）板块数量总造价（万元）总面积（平方千米）板块数量

世博会博物馆造价控制

3.2

“欢庆之云”优化——幕墙在保证舒适度的前提下，尽量确保室内的空间效果，机房被移到建筑主体，仅将必须临近放置的小设备置于云内，通过多方案比选，模拟室内真实场景选用最佳方案。空调房间内的室内热湿负荷全部由经过处理的空气承担的空调系统，风道截面积大，占用建筑空间大全空气系统位于云顶下方明装式立式风机盘管，位于楼板上方，便于维修，制冷制热效果好，但对室内视觉效果影响大立式风机盘管位于楼板上方暗装式立式风机盘管，位于楼板下方，出回风口在两侧，避免对主体空间的干扰立式风机盘管位于楼板下方出风口在两侧出回风口在中间，干扰室内主体空间的使用立式风机盘管位于楼板下方出风口在中间云平台中段云柱上方√√3.2

“欢庆之云”优化——暖通系统比选

世博会博物馆4.性能化分析与出图4.1性能化分析4.2

BIM全专业模型4.3

BIM模型出图设置4.4

BIM模型导出图纸4.5从BIM模型提取数据进行分析最佳朝向分析太阳辐射分析热舒适度比较风玫瑰图4.1

性能化分析——气候分析

世博会博物馆夏季1.5m高处室外风速分布

冬季1.5m高处室外风速分布过渡季1.5m高处室外风速分布将方案设计Revit模型导入Vasari软件，进行风环境影响模拟。夏季1.5m高处室外压力场分布冬季1.5m高处室外压力场分布过渡季1.5m高处压力场分布4.1

性能化分析——风环境模拟

世博会博物馆上海市基准高度处（10m）处，全年年均风速3.3m/s；夏季盛行偏南风（最多东南风和南风），风向频率为53%；冬季盛行偏北风（最多西北风和北风），风向频率为54%；春季最多为东到东南风，秋季最多为东到东北风。序号季节风向边界风速（m/s）备注1夏季东南向0.0~5.67与最高风速处相邻的区域是货运后勤服务通道，不是室外人行区2冬季东北向0.0~4.133过度季东向0.0~4.02通过对上海世博会博物馆的室外风环境分析可知，在不同季节时期，室外人行区风速均小于5m/s，满足《绿色建筑评价标准》（GB/T50378-2006）中的“一般项：5.1.7建筑物周围人行区风速低于5m/s，不影响室外活动的舒适性和建筑通风”的要求。4.1

性能化分析——风环境模拟

世博会博物馆本次分析采用AutodeskEcotect软件，对建筑一层进行建模，模型中对于展厅，报告大厅等无采光要求的区域进行简化，主要分析一层的入口大厅、公共活动大厅、图书馆等功能房间的自然采光的情况。一层平面入口大厅采光系数分析图一层平面入口大厅采光照度分析图一层公共活动大厅采光系数分析图一层公共活动大厅采光照度分析图一层图书馆采光系数分析图一层图书馆采光照度分析图世博会博物馆的自然采光，满足《绿色建筑评价标准》（GB50378-2006）中一般项条目5.5.11的要求，即“办公、图书馆类建筑75％以上的主要功能空间室内采光系数满足现行国家标准《建筑采光设计标准》的要求”。4.1

性能化分析——采光模拟

世博会博物馆室内垂直剖面温度场室内水平剖面温度场室内垂直剖面速度场室内水平剖面速度场室内垂直剖面速度矢量场室内水平剖面速度矢量场世博会博物馆常展展厅在夏季工况下，室内人员活动区的温度基本维持在22℃-26℃之间，除去送风口附近区域，其它区域的风速皆小于0.25m/s，基本符合舒适性的要求。4.1

性能化分析——热环境分析

世博会博物馆室内水平剖面温度场室内水平剖面速度场室内水平剖面速度矢量场世博会博物馆报告厅在夏季工况