Phoenix International Media Center, il Bim a Beijing

Nell’angolo sud-ovest del Beijing Chaoyang Park si trova un edificio molto particolare: il Phoenix International Media Center. Quest’architettura, realizzata da un involucro in vetro e acciaio, nasce da un volume creato seguendo la forma geometrica del nastro di Möbius: una superficie non orientabile molto conosciuta in matematica che ha la particolarità di avvolgere le facce su sé stesse per poi riportare le superfici nella posizione iniziale.

Con una superficie lorda di 65.000 mq e un’altezza di 55 m, riesce a contenere tutti gli spazi richiesti dalla nuova sede dell’emittente cinese Phoenix Television, nonostante la destinazione d’uso porti con sé la sfida di aggregare funzioni molto diverse: ampi spazi per gli studi regia e per le trasmissioni televisive ed edifici multipiano per gli uffici. BIAD ha risolto inserendo nelle parti più ampie del nastro di Möbius le aree dedicate al broadcasting e nell’area più stretta e alta l’edificio pluripiano degli uffici, coniugando inoltre l’idea di avvolgere lo spazio principale dell’edificio intorno a uno spazio pubblico, coinvolgendo i passanti nelle attività che si svolgono all’interno.

Vista dell’edificio pluripiano per uffici e delle passerelle che collegano le varie parti dell’edificio, all’interno dell’involucro vetrato

L’involucro è costituito da una struttura principale in acciaio su più piani. Colonne circolari rivestite in pannelli di vetro retroilluminati offrono nuovi riflessi a ogni curva, evidenziando anche gli andamenti delle passerelle, che ricordano i ponti a zig-zag dei giardini cinesi classici.

Il volume curvo si stacca da terra per aprire una via di accesso verso l’atrio posto al centro dell’edificio, da cui partono le scale mobili che conducono ai piani interrati e ai piani delle torri. Il progetto è stato premiato durante la conferenza di Autodesk University 2016, agli AEC Excellence Awards nella sezione “Buildings”, riconoscimento dato ai progetti che “dimostrano un uso esemplare del Building Information Modeling” e che “comprende categorie di edifici che abbracciano il futuro della creazione di AEC (settore delle costruzioni) attraverso l’uso di tecnologie BIM innovative e complesse”.

Prime impostazioni del modello parametrico (http://digiitalarchfab.com)

Già a partire dall’impostazione del concept della nuova sede del Phoenix Satellite Television, il team BIAD ha compreso fin da subito che gli strumenti 2D non erano in grado di rappresentare un design così complesso, quindi iniziarono a lavorare esclusivamente con strumenti Bim e processi digitali, rendendo il progetto tra i primi in Cina ad affidarsi esclusivamente al Bim. La progettazione delle prestazioni di un edificio coinvolge tutti i membri del team, molto più dell’unione tra la progettazione strutturale, architettonica e impianstica; al pari di queste discipline è importante gestire la complessità della forma e del comportamento dell’edificio. La complessità del Phoenix International Media Center ha creato una serie di problematiche interessanti, come, ad esempio, la gestione dell’impatto con gli edifici limitrofi esistenti, o come la progettazione di un edificio energeticamente efficiente.

Il Bim ha aiutato a gestire in modo sistematico tutti questi aspetti: il modello ha consentito, ad esempio, di simulare gli ombreggiamenti e i riflessi indesiderati sulle costruzioni vicine aiutando a trovare la posizione più opportuna per la parte alta dell’edificio. “Alcuni edifici con forme complesse tendono a separare le forme dello spazio interno dalla forma esterna, ma in questo progetto abbiamo adottato un approccio integrato“, afferma Zewo Zhou di BIAD, lo studio di architettura che ha gestito l’intero progetto. “Il guscio esterno delle nervature strutturali sostiene sia il peso dell’intero edificio che le trame luminose all’interno. Il Bim ha reso più collaborativo il team e ha dato l’intuizione necessaria per utilizzare la forma complessa per migliorare le prestazioni dell’edificio”. A partire dal modello Bim architettonico è stato possibile progettare la struttura in acciaio, inserendo nel database Bim anche tutti i dati necessari per la sua realizzazione dei componenti in stabilimento e per il montaggio in sito; la modellazione della forma e delle curvature di tutti gli elementi in acciaio ha inoltre permesso di progettare anche tutti i punti di giunzione delle diverse parti.

Modellazione della struttura primaria e secondaria con Rhinoceros, per le analisi strutturali e la verifica delle componenti in acciaio

Il Building Information Modeling (Bim) è un approccio che combina progettazione tridimensionale, simulazione e gestione complessa dei dati in un ambiente collaborativo in tempo reale, fornisce quindi un prototipo digitale di un edificio reale prima della sua costruzione. In questo progetto il Bim ha consentito a tutti gli attori che hanno concorso alla realizzazione dell’edificio, tra cui i progettisti dell’involucro, i produttori e fornitori dei componenti e le imprese che si sono occupate del montaggio in cantiere, di migliorare la redditività e la produttività nel rispetto di principi ingegneristici complessi sottesi dal concept iniziale. Il Bim infatti è un database relazionale delle informazioni dell’edificio. Le facciate architettoniche e gli involucri architettonici sono uno degli aspetti più interessanti e innovativi nella progettazione degli edifici, e storicamente uno dei più impegnativi.

Per la creazione di un corretto flusso informativo è necessario che ogni stakeholder coinvolto nel processo di costruzione abbia un proprio Bim in grado di comunicare digitalmente con i Bim degli altri stakeholder. In una visione amplificata, a partire proprio dall’elemento “involucro”, queste parti interessate comprendono il proprietario dell’edificio, il team di gestione e manutenzione dell’immobile, il fornitore dei sistemi di facciata, l’impresa esecutrice delle vetrate, l’appaltatore generale, il progettista, lo strutturista, l’impiantista, il consulente nella fase di progettazione delle facciate continue, il consulente acustico e i consulenti Bim.

Come database relazionale di oggetti con un’interfaccia grafica tridimensionale, il Bim può organizzare e collegare grandi quantità di informazioni agli elementi di facciata. Il Bim, in questo progetto, ha gestito molteplici aspetti a partire dal modello parametrico iniziale; sono state effettuate simulazioni per la verifica di resistenza alle forze del vento, verifiche sui carichi dinamici della struttura e dei singoli pannelli, prove sulle diverse finiture del materiale, sulle tipologie di vetro e di giunti, sulle deformazioni ammissibili sui sistemi telaio, sulla trasmissione della luce all’interno degli ambienti. Il modello contiene quindi informazioni sugli isolamenti termici e acustici dei vetri e dei sistemi di facciata, sulle caratteristiche strutturali dei profili per facciate continue, dati sui requisiti sismici, codici per la fabbricazione dei componenti, piani di montaggio e piani di controllo in cantiere. Il modello Bim si compone di più modelli integrati, ognuno dei quali contiene le informazioni necessarie alle analisi sopradescritte.

La forma del Phoenix International Media Center deriva dalla descrizione matematica di una superficie non orientabile e di superficie rigata, ed è stata progettata grazie a un modello parametrico realizzato con Rhinoceros.

Inizialmente è stato creato il volume e l’involucro intorno all’anello di Möbius, un anello tagliato dove i lembi vengono ruotati di 180°; successivamente l’involucro è stato suddiviso in fasce (struttura portante) e in parti (pannelli vetrati dalla curtain wall). La griglia, inizialmente regolare, è stata poi modificata in base ai risultati delle simulazioni cambiando l’angolo di rotazione dell’anello.

La facciata presenta due livelli strutturali, facilmente identificabili: una che crea delle sezioni verticali del nastro, caratterizzata da profili più grandi e costituisce la struttura primaria dell’involucro, mentre l’altra segue l’andamento dell’anello con una scansione più sottile, è la struttura secondaria. La superficie, che viene quindi creata la struttura primaria e secondaria. Nel modello viene creata una nuova superficie che rappresenta l’involucro vetrato, viene diviso nei pannelli di vetro che costituiranno la facciata continua, in base alla geometria disegnata dalle componenti in acciaio. Sui singoli pannelli sono state poi attuate una serie di verifiche e analisi in relazione all’azione dei venti e delle forze a cui saranno sottoposti, per ottimizzarne le prestazioni.

Grazie alla modellazione parametrica è stato inoltre possibile effettuare verifiche e ottimizzazioni sulle curvature dei pannelli cercando di limitare il più possibile i costi e ottenendo un numero di 5.180 pannelli tutti diversi.

Da sinistra a destra: identificazione della geometria strutturale con la creazione dei punti di connessione sulla superficie esterna del volume; suddivisione della scansione dei pannelli di involucro vetrato; modello completo con la geometria dei nastri della struttura principale in acciaio e dell’involucro vetrato; primi studi sul volume e sulle possibili curvature delle superfici di involucro; identificazione delle inclinazioni delle superfici in relazione ai punti di connessione della struttura; vista dell’analisi delle curvature delle superfici per l’ottimizzazione con curvature più marcate

I risultati raggiunti

Secondo i calcoli di BIAD, la scelta di utilizzare il Bim ha consentito di raggiungere traguardi importanti, sia di risparmio economico sia che di conoscenza sul campo della modellazione informativa. È stato calcolato un risparmio di oltre 870.000 dollari dovuto in parte all’ottimizzazione del materiale e in parte ai costi derivanti da tempi più contenuti dedicati alla progettazione e all’installazione della facciata continua. Inoltre si è calcolato un risparmio aggiuntivo di oltre 7.400.000 $ dovuto all’utilizzo di lastre di vetro piane al posto di vetri curvi, nella realizzazione della facciata continua, risultato dell’ottimizzazione di forma sullo studio delle inclinazioni delle facce della superficie di involucro. I progettisti hanno intuito rapidamente i vantaggi che sarebbero derivati dall’integrazione di informazioni non grafiche e dalla condivisione delle stesse in un ambiente dati comune (CDE). Il team ha impostato un lavoro condiviso in un ambiente Bim e ha riconosciuto, nella modifica del processo, un elemento chiave per mitigare una serie di rischi, risparmiando tempo e aumentando la qualità rispetto ai metodi più tradizionali.

Inizialmente i progettisti hanno fatto molta fatica a introdurre delle convenzioni comuni per la redazione delle tavole, di tutti gli elaborati di progetto e per la gestione condivisa delle informazioni. Sono quindi stati impostati dei nuovi flussi di lavoro, che hanno permesso di creare uno scambio informativo completo, senza interruzioni e interoperabile. Il risultato è una struttura iconica sullo skyline di Pechino e un potente modello informativo che può essere utilizzato per la pianificazione e l’analisi della gestione dell’edificio. La sicurezza, i controlli, il consumo di energia e tutte le attività di Facility Management, sono infatti basate sui dati del modello di informazioni fornito al momento della consegna.

La scheda del progetto

Localizzazione Beijing Chaoyang Park, Beijing, China
Committente Chinese broadcaster Phoenix Television
Destinazione d’uso Uffici e studi televisivi
Progetto architettonico Beijing Institute of Architectural Design
Anno di costruzione 2017
Superficie 65,000 mq
Altezza edificio 55 m

 

 

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