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　　前言
　　前一段时间参加了“凤凰卫视工程”的专题讲座，对此工程中大量采用的参数化设计、BIM设计留下了深刻的印象。参数化、虚拟建造已经成为复杂建筑形体和表皮设计的一大趋势。然而在目前阶段，应用此类技术需要配置或购买具有相应软件使用和编程能力的技术团队，这并不是现阶段所有设计部门均有条件承担的。
　　本文仅对深圳湾体育中心的主体部分钢结构造型及屋面表皮系统，从概念设计到实施完成的整个过程进行简要回顾，介绍在没有DP等专业软件和技术团队的配合下，如何有效地利用现有常用软件，利用渲染公司的建模资源及专业厂家的设计资源发挥各自优势有效推进工作，实现以较少人力和财力投入下较好的完成项目的过程。
　　方案阶段的形式确定
　　深圳湾体育中心的投标开始于2007年8月，由日本佐藤综合计画和北京市建筑设计研究院体育工作室作为联合体进行投标。在进行了几轮中方和日方“背靠背”的方案设计后，双方逐步将深化方向统一为“一体化”的建筑造型，中方建筑师赴日进行最后的冲刺设计。
　　此阶段设计团队一方面推敲整体的建筑造型，另一方面在如何将体育馆、游泳馆、体育场实体部分屋面与半室外空间的单层网壳融为一体的问题上一直未找到理想的方式。上述问题在王兵副总建筑师赴日参与指导设计时，提出采用大中小孔洞的方式从单层网壳过渡到实体屋面的思路后，才得到圆满的解决。日方主创建筑师大野胜茅塞顿开，在当天晚宴上频频举杯，得意之情溢于言表，仿佛是已经中标。正是这个关键性的建议。使整体钢结构及屋面渐变一体化的方式最终确定。
　　之后的工作，主要是孔洞方式的选择和布线的工作。在没有参数化软件的情况下，日方采用“纯手工”的操作方式：分别尝试用三角形、菱形、方形等方式，人工绘制渐变效果，基本上是一天能完成调整一次。最终确定了四边形倒圆角的孔洞方式。在这里不得不佩服日方建筑师不惧繁琐，认真执着的精神。不过据说负责每天手工大规模调整孔洞渐变效果的日方年轻建筑师在投标完成后不久，因为精神压力方面的问题，不得不告假休息。不过回头看来，正是这种不惧繁琐的工作态度才得以保证在缺少高技术软件技术支持下较为圆满地完成了这个项目。
　　另外，由于存在大树广场、体育场等曲面变化的特殊区域，如何自然而有效地布置钢结构网格也成为了很大的难题，而此问题在“纯手工”的操作方式下无从解决。中方技术能力虽然可以把日方用模型推敲的曲面形体数字模型化，但对于精细布线的问题也是很难处理。但是凭着对国内表现图公司模型团队的熟悉和对3ds Max软件的初步了解，我们说服日方停止绞尽脑汁的手工的尝试，将此问题带回了国内和水晶石公司模型团队协商解决方法。
　　回头看来不得不说，在复杂形体上均匀有机的布置结构线的难题面前，表现图公司的模型团队在非常短的时间内给出了较为完善的解决方式。采用3ds Max的POLYGON建模方式。通过粗略布线——自动细化——自动连接对角线——自动分区域开孔的一系列步骤，很快的解决了方案阶段的布线、开孔的问题。虽然精度上无法比拟工程软件，但是这种粗布线后自动细化的功能是其他工程化三维软件所不具备的，也是最为快捷和有效的。
　　初步设计阶段的深化
　　带着曲折中标的喜悦和感慨，日方作为初步设计的主要负责方开始了初步设计。由于日方项目组在三维数字设计方面能力有限，故未采纳中方设计师将3dsMax模型转换为Rhino类工程模型进行下一步工作的建议，而是执意通过跨国电话和电子邮件的方式“遥控”表现图公司的建模人员进行初步设计的工程模型的调整和深化。虽然日方可能有进度和成本方面的考虑，但是这为后期施工阶段的钢结构设计和屋面深化设计埋下了隐患。
　　此阶段日方的中国籍设计师崔建军先生以3ds Max软件为工作软件，在表现图公司模型部的协助下，对整体造型部分进行了大量的深化工作，具体如下：①根据平面轴网，在先前确定的布线原则指导下，确定了钢结构落地的位置以及和轴网的关系；②对整体形态进行了优化和高度压缩；③完善和补充了钢结构的支撑系统；④明确了屋面大中小洞的范围，并为了提高精确度在导出的CAD模型基础上手工对数百个孔洞进行了精细建模。
　　施工图阶段前期的优化
　　日方在初步设计阶段的三维模型设计均基于表现图公司模型部门的3ds Max软件。虽然带着一些担忧，但是考虑到减少反工和工作连续性的问题，中方还是继续沿着此方式进行优化。首先是对原来建模思路导致的东侧观景桥南北侧立面不一致的问题进行解决，这也为日后大运会开幕式“世界之门”的完美效果做出来了重要贡献。其次是根据结构工作室钢结构专业的设计需求，协调水晶石公司提供各个杆件所有控制点的空间坐标和法线方向等数据。
　　施工图阶段后期的调整
　　随着施工图设计工作的推进，之前的3ds Max模型和通过表现图公司进行三维设计的工作方式均出现了很多问题，并且矛盾越来越尖锐。具体体现为：
　　3ds Max模型精度不足，实际模型关键点的坐标与要求的CAD控制点总存在数毫米至数十毫米不等的误差，与平面轴网不完全匹配。
　　初步设计提供的电子模型的细分程度不够，导致由杆件生成的曲面不顺滑。而如果进一步细分，则之前结构进行计算的模型将失效。
　　3ds Max模型由于建模方式的局限性，无法提供一个连续顺滑的曲面作为后续屋面设计的基准面。
　　3ds Max模型无法作为建筑师可以直接控制的电子模型，无法在其基础上进行连接节点、洞口细部设计等后续设计。
　　唯一能够解决问题的方式就是重新以目前3ds Max模型为依据，使用当时能够较为熟练掌握的Rhino软件进行重新建模、布线。但是这又谈何容易，首先是以当时的技术实力是否可以完美地塑造已经确定的复杂曲面，其次是是否有能力完美地在曲面上编织出数量庞杂的钢结构网状结构。以上两个未知数的问题需要在1周多的时间解决。还有一个最大的问题就是，钢结构设计已经基于之前的模型完成了模型细化和整体计算以及所有的节点坐标输出，图纸已经提前发钢结构厂家进行先期熟悉和准备工作，而重新建模意味着所有的工作均需要推倒重来，结构专业和深化厂家是否有条件重新开始?
　　作为负责此部分的直接负责人，可谓是如坐针毡。此时，一线希望寄托于登门拜访的一家屋面深化厂家，其技术负责人据称完成过相关的类似项目，有技术能力将目前的单线模型重新进行犀牛建模，达到我们的设计要求。然而这一线希望也在之后的含糊其辞和一拖再拖中愈加渺茫。
　　就在这个关键的节点上，又一位院总工程师站了出来。如果说方案阶段是王总的睿智建议确立了深圳湾体育中心方案的完善，那么临近施工的阶段，陈斌磊总工程师的果断支持对深圳湾体育中心的最终效果实现起到了关键作用。陈总在了解了目前的困境的时候，果断而坚决的建议了八字方针“长痛不如短痛，求人不如求己”：如果目前的模型有问题，与其后期问题接踵而来不如下决心重新开始；与其寄希望于屋面公司不如自己攻克。陈总不但出面解决了结构专业具体工作员工对“返工”畏难的情绪，更重要的是在业主、钢结构厂家、总包间协调他们最关注的核心问题——时间与进度。正是有陈总的大力支持，我们启动了模型重建工作。
　　具体步骤是：
　　①通过CAD定位精准控制重要平面位置，如：曲面落地点、东西侧切口位置、体育场开口位置、体育馆和游泳馆屋顶椭圆定位、大树广场落地筒的精确定位等。
　　②由水晶石公司提供现状模型的密集剖切段面和控制线作为造型依据，用Rhino软件，结合上述两部分的数据条件进行面建模，保证由尽量少的面组成建筑形体。
　　③参考3ds Max自动生成的网格线，以轴网为依据生成南北方向的网格线(体育馆、游泳馆部分)和径向方向的网格线(体育场部分)。
　　④参考3ds Max自动生成的网格线，手工布置东西的网格线，并在体育场部分做特殊处理。
　　⑤参考3ds Max自动生成的网格线，手工布置大树广场落地部分的网格线。
　　⑥手工连接生成网格线的对角线生成45°偏转的网格线。
　　⑦将45°偏转的网格线重新生成使之顺滑，并投影至连续曲面。
　　⑨将连续曲线截断并四等分，求出结构专业需要的关键点和关键点的法向方向线段。
　　⑨由结构专业进行微调后，生成结构计算模型和关键点信息列表供钢结构厂家深化。
　　在没有十足把握的前提下，在很短的时间内终于完成了一个精确、可控的工作模型。在这里不得不感谢在短时间内付出了大量精力共同完成此项繁琐工作的刘洋、孙越、杨海鑫、冯亚松等同事以及进行重新建模计算的结构专业的郭宇飞等同事。
　　屋面深化设计
　　不同于采用DP等软件进行复杂形体和表皮设计的其他工程，深圳湾体育中心施工图设计屋面部分并未对每个孔洞进行精确的定位和数字化列表描述。我们仅通过3ds Max软件的简单命令快速的对大、中、小孔洞的范围和孔洞尺寸在整体效果的层面进行了推敲，并通过不同颜色区域的图纸表达方式进行了描述，同时规定了后续深化的基本原则和步骤。同时我们提供了之前重新完成的完整的连续曲面和网格线的Rhino模型，这个是日后屋面进行深化的核心依据。
　　由于屋面系统整体面积约有8万m²之大，和幕墙部分分包方式一样采用了3家屋面公司分标段实施的方式进行深化和施工，这就给协调工作带来的更大的难度。在深化设计开始之初，王总提出了由3个屋面深化单位骨干设计人员共同组成联合设计组的方式进行统一深化设计，再由3个深化单位各自组织施工。这个要求无疑是非常有必要性的，会减少很多的协调工作量。如果屋面和幕墙部分均采用此方式，会使设计院同时面对的6家深化单位简化成2个设计组，无疑会大大减少协调的工作量。然而，随着工作的推进，我们发现不同屋面幕墙公司的施工策略和配套厂家的不同导致构造做法、型材选择等方面均有很大不同。最后，尤其是屋面部分，只做到统一的定位方法和分板方式，统一防水体系和外观形态。其他根据不同厂家的情况分别配合深化设计。
　　如果说在由于施工图设计阶段屋面部分仅进行了相对宏观的图纸设计，那么必然导致屋面深化阶段不得不与3个深化设计单位一起一步一步的把所有的细节问题逐步解决。
　　首先是解决如何用平面铝板和玻璃拟合曲面的问题，尤其是结合大，中、小洞的不同特点，解决吊顶板和外层装饰板的外观曲面拟合问题。这个最基本的定位原则的问题，在经过与3个深化单位讨论原则和做法、标准单元建模尝试、局部模拟渲染等繁琐工作后最终确定。
　　随后逐步解决细部做法，如虹吸排水的方式、檐口部分的做法、LED灯光的安装、屋面清洗系统的设计、屋面检修系统的设计、屋面排烟吊仓的设计等等一系列的问题。
　　在确定了大部分的深化图纸的情况下，屋面厂家的设计单位各显其能，根据各自的施工工艺，以设计院提供的模型并参考钢结构厂家提供的深化模型和钢结构实测结果，进行了各自标段的大范围的逐个单元的精细构件建模。并定期提交设计院进行审查和反馈问题。此部分工作由深化设计单位完成，既能结合各自擅长的软件工具和编程习惯，也能与其公司的传统做法和型材配件相匹配，同时3路人马齐头并进，大大减少了设计单位的工作量和工作时间。
　　在整体效果已基本确定的前提下，工程通过边深化单元建模、边下料加工、边实测安装的方式，使屋面工程按进度如期完成。为整体建筑包裹了一层表情丰富变化多样的表皮。
　　完成效果上的不足与遗憾
　　深圳湾体育中心最终成功完成了深圳大运会的开幕式任务，取得了圆满的成功，也获得了很多的赞扬和认可，但是作为把它的整体造型从一个概念网格模型逐步深化至一个庞大的真实体型的设计师团队，对一些由于各种原因产生的无法做到尽善尽美的瑕疵也抱有一些遗憾。
　　王兵副总建筑师在生前提到过，他最遗憾的就是钢结构网壳落地部分没有实现与屋面部分一体化。回想到这里，一方面不得不对王总在施工图设计阶段就敏锐的发现问题并提出最佳解决方式的老道和经验所折服；另一方面更为他拖着带病的身体，一次一次的与施工单位和业主据理力争的交涉和斗争感到敬佩：在他病重时的挂念和对此的遗憾更会使人感到惋惜。
　　由于有屋面覆盖部分会突出钢结构网壳一定的厚度，而在落地范围内没有屋面构造，因此在做法交接部分就会出现一个明显的厚度突变分界线。为保证建筑中整体效果，最初的想法是用铝板覆盖此区域以保证厚度一致。王总凭借多年的设计经验敏锐地提出此部分是人距离建筑钢结构最近的区域，如采用铝板和钢结构平接的方式，从加工精度、材料可弯扭能力、材料外观等方面均无法保证完美的效果。他大胆的提出此区域变“口”字焊为“日”字焊的方式整体加大此范围的钢结构截面以保证和屋面部分厚度统一。但是由于工程进度等原因，在工程初期进度最紧张的阶段，钢结构深化厂家和业主均不支持此做法，经过多论交锋不得不搁置争议，暂按“口”字焊实施，约定在后期再讨论采用钢板或是铝板进行补充封闭。待到屋面深化设计后期，此问题再次提上日程的时候，业主以工期为借口进一步否决了其他完善处理此区域的计划。虽然对此决定设计方既无能为力也能部分理解，但是我们担心的瑕疵在最后还是比较的明显。虽然新闻联播中提到了“北有鸟巢、南有春茧”，但是我们还是深深的感到在时间、财力和大部分时间内受重视程度上，我们与“鸟巢”还是有很多差距的。
　　作为具体负责钢结构造型设计、屋面幕墙设计的设计师，也有一些感到遗憾的部分。比如西侧口部钢结构上下部位交接处理。西侧口部原设计为一个圆滑的椭圆形，但是由于在水晶石公司建模时采用的是上下拼接的方式，并且是手工调整的曲面，故在上下部分交接的区域产生了一个小小的折角，而在上文说的从3ds Max模型转化到Rhino模型的过程中这个折角被加大了。而此阶段由于上文说的时间极其紧迫的问题、对造型理解的问题、观察数字模型角度的问题(在制作数字模型时，往往以顶面作为主要的研究面和调整区域，而恰恰是建成后人视最关注的区域重视程度被忽略了)，导致了此问题没有得到根本解决的情况下工程向前推进。而在钢结构施工完成、屋面深化设计过程中此问题被再次提出。由于调整钢结构的可能性为零，日方对口部效果又非常的看重，此问题就成为了当时一个非常棘手的问题。又是王总很快的提出利用局部减少屋面构造做法厚度的方式，把折角外包成圆弧角度，基本上解决了问题，但是局部曲面仍无法达到十分完美的，也算是一个可能不被人直接关注到的遗憾。
　　经验与总结
　　在DR、Revit、Archicad、Grasshopper等参数化和BIM软件日益普及的今天，参数化和BIM无疑是今后建筑设计的发展方向。但是经过深圳湾体育中心主体钢结构造型和屋面表皮的设计，如何有效地推进参数化和BIM设计，不由得有许多思考。
　　1　几个问题
　　(1)设计部门是否需要储备专门的工程参数化专项人才?
　　对于复杂形体和表皮的设计，如果采用DP等高水准BIM软件并结合参数化设计，必然需要熟练掌握参数化设计软件和有一定编程能力的设计人员，但是一方面某个设计部门很难持续地获得设计复杂形体和表皮项目的机会；另一方面建筑师的精力是有限的，在软件使用上和编程上能力出众的设计人员很难在方案设计、施工图绘制方面投入更多的精力。很多参数化设计工程的程序员和操作员并非建筑专业人员就是很好的例子。那么，作为一个独立的设计部门，是否要保持一个专门的参数化工程设计团队，就如同是否要配置专门的表现图绘制员一样需要探讨。
　　(2)外购工程参数化设计团队是否是必由之路?
　　如果说分工专业化是社会发展的方向的话，那么如同水晶石表现图工作近期成立的参数化设计团队，CCDI的BIM设计所等专业团队的产生就是自然而然的过程。但是参数化设计尤其是复杂工程的BIM设计所需的外购费用目前而言是较为昂贵的，在业主没有支付额外费用的情况下，设计部门是否愿意从设计费中划分出此项目的费用?特别是在有些工作可以基于常用软件，通过增加人力投入的方式实现目的的情况下，用便宜的人力成本替代高昂的技术成本的方式就变得可行了。
　　(3)建筑专业对于复杂形体和表皮的施工图设计，任务是确定效果和原则还是输出精确的加工图深度的数据?
　　由于复杂形体的特点必然带来诸如屋面，幕墙部分的单元构件的尺寸和定位均不相同，建筑专业在施工图绘制中通过BIM及参数化软件自动逐个生成定位和尺寸的数据，对于控制建筑整体效果和便于日后施工的方面无疑是最佳的选择。另一方面，如果建筑专业通过常规软件控制整体效果和单元设计原则，由专业深化厂家根据既定的设计原则和钢结构的实测数据，结合厂家的习惯做法和习惯软件完成最后的细化设计，通过本工程的实践也未尝不是一种途径。目前看两种方式在类似复杂工程的课题上都是可行的。在整体效果可以把握的前提下，后者的工作方式可以有效地把设计周期压力、技术和人力成本压力有效化解至专业厂家设计部门，同时为厂家的深化调整留有余地。
　　2　工作方式与软件应用
　　表1总结了深圳湾体育中心钢结构造型设计和屋面设计部分的工作方式、软件应用等各种相关内容，仅供参考。
　　综上所述，虽然在当时部门的技术储备和各方面条件限制下，通过结合不同常规软件的优势和特点、结合不同阶段、不同设计团队的优势和资源，达到了利用较低的技术门槛、较短的时间、较低的额外设计费用投入，较好地完成设计的目的。但是在这里也不得不总结种种不足：①工程化软件介入过晚，应在初步设计阶段完成由MAX模型向Rhino模型的转换；②Rhino、Sketchup等软件对于超大规模的模型处理能力均有限，无法完成对整体效果的精确把握，导致后期脱离水晶石配合后，电脑无法支持搭建精确的整体模型。范围较大的效果推敲缺乏数字模型的完美支持；③仍没有寻找到一款可以结合3ds Max的Polygon和渲染功能，又有如Rhino一样简单而精确的工程设计类软件。导致MAX模型向Rhino模型的转换时人工布线较为繁琐；④整个流程既不成熟也不流畅，需要有更好的团队配置、流程配置，硬件配置。
　　结束语
　　由于软件技术储备、特长人才储备、资金实力的原因，深圳湾体育中心未能实现通过DP、Archicad等先进工程设计软件完成设计的工作。但是，通过整合资源、合理利用常规软件较好地完成了方案设想，这与中日双方以及相关配合单位的努力是分不开的。但是不得不反思，随着软件技术发展与建筑创作复杂性和灵活性相互激发并出现迅猛发展的今天，如何保证建筑方案设计和实施设计水平跟上先进水平不至落伍，这是作为当代建筑师不得不面对的问题。