西岸是上海最具多元文化气质的滨水区域之一。一造科技参与打造的上海西岸国际人工智能中心(AI TOWER)即坐落于此。
这是一组最大标高达236.59米的超高层建筑,以现代城市水岸景观营造为核心,集商务、酒店、休闲等功能于一体,大量海内外先进AI企业陆续入驻其中。
中心由(日本)株式会社日建设计担纲概念设计,上海建筑设计研究院有限公司(隶属华建集团)为代表的华建集团设计服务团队悉心打磨,一造科技参与部分幕墙和整体裙摆系统的设计深化,并承担相关施工方案优化和数字建造。
AI TOWER 幕墙系统为非线性复杂幕墙,结构设计、建造与安装难度巨大;再结合建筑整体风格、定位、预算、工期等综合挑战,一造科技以数字设计建造思维为抓手,对所负责部分进行了统筹规划,在节省大量资源的同时,实现了最佳建造实践。
在一造科技和原设计单位进行深化设计之前,建筑几何曲面存在优化空间,原曲面光滑性可进一步完善。一造科技运用独家先进算法实施曲面重建。第一步是在原塔楼的边缘线找型,并同理对裙摆下边缘平面找型。而后曲线内收,将平面曲线升起为空间曲线。下边缘找型完成后,即实现基本曲面的重新构建。
随后,确定10个基本控制截面,通过截面形态控制机制和特定算法,使塔楼衔接点达到G2级光滑、曲面内部实现G3光滑。下面,通过截面映射,将所有截面控制线映射到曲面上,获得5个分面;将曲线控制点连接,实现5个分面之间衔接的截面线。
接下来再运用Loft成面,将所有截面线生成最终曲面。这样的成面连续性最优,且所有龙骨线符合几何建面原则。最后一步则裁剪边缘,达成最终的一体化成型。
深入的设计优化,让塔楼幕墙与裙摆有了”丝滑“联通的基础,实现了幕墙竖挺的形式延续性和玻璃划分的整体性,为后续的工作打下基础。
优化前与优化后对比明显
在裙摆结构设计的部分,首先面临结构选型的问题。通常做法是采用双向空间网络的结构设计方案。出于对AI TOWER裙摆与幕墙整体性的考量,一造科技此次采用主龙骨+次龙骨协同并进式的优化方案。
其中,主龙骨方向桁架,上弦杆为方管,下弦杆为圆管,利用上下梁之间的高度形成整体结构的高度;次龙骨方向为次级连接,且随着跨度的变化,存在两种截面尺寸。这样的结构设计强调了主龙骨方向,与幕墙设计相协调。
裙摆面板材料为聚碳酸酯板,作为可以取代玻璃的高强度透光建筑材料,具有耐磨、防紫外线、防燃烧、质量轻等特点。和夹层玻璃、钢化玻璃、中空玻璃等相比,更具轻质、阻燃、隔音等优点。在AI TOWER上,聚碳酸酯板可以实现比玻璃更完美的覆盖。
在支撑结构的优化方面,原有的支撑立柱设计,会产生空间扭转的问题,给建造带来困难。一造科技通过五步法对支撑结构进行了优化。
1、通过连接各柱定位点,得到Delaunay三角网;
2、对每个三角形的每条边作中垂线,得到泰森多边形;
3、对每个泰森多边形以柱位为中心,按特定比例缩小;
4、将得到的多边形,投影到网架曲面;
5、连接柱顶和多边形角点附近的网架节点,得到树形柱树杈位置;
随后,通过拓扑优化和结构拟合,更清晰地形成支撑柱。柱形可分解为等半径的圆弧段和直段,方便后期加工建造,提升落地可行性。经统计需建造35根支柱,其中X塔楼21根,W塔楼14根。分段建造时,需生产11种分叉铸件、5种高度铸件,并进行钢管弯接。通过建筑机器人3D打印与智能翻模技术,一造科技实现了钢结构的批量化定制生产,并进行现场快速安装。
此外值得注意的是,通过对幕墙节点设计的把握,一造科技明确了幕墙与裙摆连接过渡区域,强化了主要结构形式逻辑,并满足了通风排烟和雨水疏导要求。
在落实数字建造的过程中,一造科技还对裙摆进行了结构构件优化和铝材部分优化,提升了可建造性。前者减少了曲面构件,同时模数化构件尺寸;后者优化了构件的可加工性与美观性之间的平衡。
通过主梁曲线优化算法的计算,对比圆弧拟合、直线拟合、圆弧优化拟合的最大误差值和所用模具数量,最终确认具有18种半径圆弧的圆弧优化拟合,可达到效果实现与经济性的最佳平衡。
具体而言,圆弧拟合有711种半径的圆弧,虽然拟合精度高,但加工模具数量巨大,成本代价高昂。而直线拟合加工工艺简单却精度较低,达不到拟合要求。一造科技最终在直线与圆弧之间找到了最佳的融合方式,让平均误差、最大误差和误差中位数可控。
为了真正实现裙摆与幕墙间扭转”如丝般顺滑“,一造科技进一步专题研究了主梁扭转问题(扭转越大,给加工带来的难度就越大),进行了主梁扭转的程度评价。最终利用连接钢板实现了主梁的扭转接合,解决了连接处存在间距的问题。
装饰板部分为铝制,可分面加工。铝板卷材宽度为1.2m,在此宽度内,尽量长地去布置主梁装饰铝板,使铝板数量和接缝都尽量少。同时兼顾出材率,减少铝板的损耗。
最终的实现情况是,装饰铝板的最多分段数为11,而主体结构的最多分段数为30。换言之,接缝的数量为结构分段的50%左右;另一方面,出材率达到75%以上,实现了落地效果与出材率的最佳平衡。通过材料节约,一造科技把成本压缩在概算范围内,节省了大量资源。
排水优化方面,根据雨线的模拟,一造科技制定了排水策略,在雨量集中处的柱子上设置雨水管。
总而言之,在AI TOWER的实践过程中,通过建筑结构性能化设计技术,一造科技将幕墙系统原有设计优化至近乎极致的科学、美观、安全,并在设计优化阶段即统筹考虑数字建造的运用需求;而后以机器人建造工艺为核心,协同中建八局、上海建工七建集团等施工单位,综合应用钢构件预制、现场定位与焊接、幕墙安装等工序,“多快好省”地落地优化方案,实现了此次地标性超高层建筑的数字设计与智能建造任务。
经过各方合作伙伴的共同努力,AI TOWER的建筑外立面设计最终融入了数字化建筑技术和非线性曲面帷幕设计,成为具备高复杂性、融合性的标志性工程。
曲率分析技术、遗传算法、3D打印铸模技术等数字建设前沿科技的运用,实现了封闭与开放、线性与非线性系统的兼容。
多层次的结构体系、难以计数的面板节点以及高效的通风排水系统在空间上顺畅而精准地连接,塑造出浑然一体的建筑质感。
如今,这两座在黄浦江畔“展翼齐飞”的恢弘建筑,已成为上海人工智能产业浓度极高、产业集聚最有亮点的地标性建筑,也是先进的人工智能应用体验场所、顶尖的人工智能产业展示窗口。为充满多元文化和蕴藏无穷潜能的徐汇滨江带来了一抹鲜明的科技亮色。
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