Tekla用于世界上最大自由跨度穹顶结构之一的新加坡体育中心

本文介绍世界上最大的自由跨度穹顶结构之一的新加坡体育中心屋顶。它横跨三个足球场，离地面 80 多米，是体育场馆设计师的建筑愿景与结构工程团队使用建筑信息模型 (BIM) 和 Tekla 软件进行协作设计的典范。

体育中心的屋顶结构由一系列直径从139.7mm到508mm的CHS制成的3D三角形桁架组成，在外露结构中产生具有建筑吸引力的曲线。这些曲线给制造商带来了许多挑战，但 Tekla 和 BIM 使团队能够克服这些挑战。

Arup 设计团队使用 Tekla 优化了固定式和活动式屋顶设计，从而形成了一种高效、轻巧且外形精致的高度可建造屋顶。

互操作性是关键

从一开始，Arup 的设计团队就认识到，要成功交付这种屋顶结构，需要对建筑和结构设计以及后续施工采用完全集成的方法。

设计和结构模型之间的互操作性是 Arup 团队需要克服的关键挑战。该团队能够使用专门的内部分析软件优化屋顶结构，然后通过插件将其连接到 Tekla 的 BIM 软件。互操作性使 Arup 能够自动更新 Tekla 模型以匹配最新优化的设计几何结构，而使用传统方法或不连接的解决方案是不可能做到的。

BIM 对于实现建筑服务、混凝土结构工程和建筑之间的无缝协作非常重要。Arup 能够检测到建筑服务和建筑结构之间的潜在冲突，并及时纠正设计。例如，大约 42 公里的预制露台座椅必须与制冷等建筑服务完美结合。

Arup 新加坡办事处负责人兼体育中心项目的结构负责人 Mike King （以下简称金先生）在为全球主要体育场馆、机场和车站设计大跨度结构方面拥有超过 20 年的经验。

“对于每一份新工作，我们都会看到技能和使用技术方面的进步。重要的一点是学习不同的软件包如何相互通信，以及它们如何在彼此之间传递信息，这样当您用到几何模型时，就不会丢失在分析模型中拥有的所有信息。这种互连性至关重要。”金先生说。

他补充道：“对于钢结构，使用Tekla至关重要，因为它是开发屋顶结构几何结构和效率的设计工具的一部分。Arup 与 Tekla 有着悠久的历史，我们拥有大量使用 Tekla 软件的专业知识。我们在软件开发方面与 Tekla 密切合作，因此我们的经验非常丰富。”

对可建造性的信心

Arup 的 Tekla 模型定义了屋顶结构的几何形状和构件尺寸，对于确保将所有节点设计信息正确导入基础模型非常重要。为了确保设计团队的意图在 Tekla 模型中得到充分体现，钢铁承包商 Yongnam 公司开发了一个系统，该系统根据每个交叉节点的设计数据检查存储在 Tekla 模型中的所有基本数据。

根据金先生的说法，在向钢铁承包商 Yongnam 交付屋顶结构模型时，至关重要的是，模型必须100%准确，而且通过Tekla模型，他们能够保证几何结构和结构构件的准确性。Yongnam 反过来使用建筑信息模型开发了他们的制造文档和图纸，用于制造和导入节点。

此外，钢铁承包商 Yongnam 获得BCA（建筑和施工管理局）的信心，确保结构能够安全、顺利地制造和安装，这一点非常重要。为了实现这一点，他们通过Tekla模型有效地向BCA提供了信息。

幕墙承包商还使用了建筑信息模型来确保其系统与结构相匹配，并开发其与结构的连接方式。“他们还使用该模型来开发安装顺序——他们如何将构件带到现场，他们可以在现场制造多大尺寸的构件，以及起重机将吊起多大尺寸的构件。Tekla BIM 模型在所有这些阶段都至关重要。”金先生说。

提高效率

体育中心项目的主要挑战之一是尽可能降低屋顶钢结构的重量，这不仅是为了建筑的经济性，也是为了减少项目在环境影响和可持续性方面的碳排放。

“这种屋顶的最大负载是钢结构的自重，所以如果你能将其最小化，那么你就可以在创建一个极其高效的结构方面大有帮助。例如，如果它不是一个高效的结构，并且每平方米额外增加 10 公斤的屋顶钢材，那么你实际上需要再次使用 30% 到 40% 的钢材来支撑这些多余的钢材。”金先生说。

在减轻钢结构重量方面，BIM 的使用带来了好处。它帮助 Arup 设计团队优化了屋顶的几何形状、结构以及使其具有建筑优雅的外观。他们能够在设计和记录方面对钢结构进行微调，以最大限度地减少钢结构重量。

“体育中心的屋顶有 312 米的跨度，每平方米的重量刚刚超过 120 公斤，因此它是一个非常高效的屋顶，由屋顶的形状驱动，也由参数化建模和通过BIM开发屋顶结构的效率驱动。对于这种规模的体育场来说，这可能是任何其他屋顶的两倍，特别是在支撑移动屋顶方面。”他补充道。

制定标准

“对于这类结构，我们喜欢使用 Tekla，因为它符合行业标准。这是钢结构制造商乐于使用并充满信心的解决方案。所以我们知道，如果我们在 Tekla 中制作文档，那么我们就可以将该模型交给世界上任何一家钢结构制造商，他们将能够利用它来开发他们自己的制造模型，这最终节省了时间。”金先生说。

据金先生所说，与10年或20年前相比，BIM大大减少了建造这种结构所需的时间。

但更有趣的好处是，它可以提高建筑本身的资源效率，减少钢结构数量，并通过将信息从设计师传递到钢结构制造商，再传递到最终用户，实现有效的协作。

新加坡体育中心是新加坡第一个自始至终使用BIM的项目，是多方利益相关者之间协作的绝佳展示。

凭借其大胆的设计和施工方法，新加坡体育中心项目在 2014 年 BCA BIM 竞赛中荣获白金奖，并在 2014 年 Tekla 全球 BIM 竞赛中荣获“最佳钢结构项目”。