BIM技术在观演建筑声环境设计中的应用——以吉林市人民剧院观演空间声环境设计为例

BIM技术在观演建筑声环境设计中的应用——以吉林市人民剧院观演空间声环境设计为例

张特

吉林省建苑设计集团有限公司  吉林 长春 130011

摘要：BIM技术是建立在建筑信息模型的基础上的，是建筑领域的一次革命。本文以吉林市人民剧院内部观演空间声环境设计为例，通过BIM技术的应用，使用Ecotect Analysis 2011直接搭建内部观演空间分析模型，在软件提供的多项声环境分析内容中，进行相应设计研究，最后结合专业舞台声环境测试软件，对设计进行验证及调整，得到理想的内部观演空间声环境设计效果的过程，展示出采用BIM技术进行声学设计的优点和不同于传统声学设计之处，以便为后续设计提供一定的借鉴。

关键词：BIM技术；观演建筑；声环境

BIM技术是建立在建筑信息模型的基础上的，是建筑领域的一次革命。它颠覆了传统的建筑设计模式、工程造价模式和施工模式。它通过对项目的各种物理和功能特性的数字表达，获得知识资源的共享，为各种决策提供依据。它的核心是通过建立虚拟的建筑工程三维模型，利用数字化技术提供完整的与实际情况一致的工程信息库。
    BIM建筑信息模型不同于传统的由点到线，由线到面，由面到体的一维、二维到三维的顺序思维模式，是由施工人员通过平面、立面和剖面图来想象建成后的设施应该是个什么样的，是由具体的图纸到抽象的建筑物的一个过程。而BIM建筑信息模型恰恰相反，它是一个三维的立体模型表述，它涵盖了工程的所有信息，让施工人员先看到建成后是个什么样子，然后根据需要，从模型里抽取不同的信息。它应用于项目全寿命周期的不同领域。

随着这一技术的不断成熟与普及，越来越多的工程项目在BIM技术的介入下迸发出了全新的设计体验。

吉林市人民剧院拟建于吉林市世纪广场西端，江南公园东端，松花江南端。项目总占地面积29800㎡，总建筑面积13360㎡。作为吉林省的重点工程项目，它的设计建设受到了社会各界的广泛关注。剧院依托松花江边独特的区位优势，以流畅的线条和大面积的曲面相结合，远看犹如一条锦鲤畅游于松花江上，似动似静，似实似虚，既不失简洁大气，又能将造型与功能很好地结合，让建筑物变得简约而不简单。在内部观演空间声环境设计中，通过BIM技术的应用，实现了其“锦鲤游江，鱼跃龙门”的设计理念，取得了良好的设计效果。

吉林市人民剧院的内部观演空间由演出后台、舞台和观众坐席组成。在这一空间的声环境设计中，使用Ecotect Analysis 2011直接搭建内部观演空间分析模型，在软件提供的多项声环境分析内容中，进行相应设计研究，最后结合专业舞台声环境测试软件，对设计进行验证及调整，得到理想的内部观演空间声环境设计效果。

通过BIM技术搭建观演空间分析模型，首先将舞台视作声源，其声学特点直接影响表演者的自我听闻、相互听闻及舞台表现。良好的舞台声环境有助于表演者及时调整音量、音色、节奏等，准确传达表演信息；同时，亦有助于形成合奏效应，即舞台发出的声能融为一体。反之，则易误导表演者，造成表演失当及观众席声音失真、变形等。舞台声支持是舞台声环境的重要评价因子，而舞台返听是提供舞台声支持的重要手段。

舞台声场主要由直达声、早期反射声和后期反射声（混响声）三部分构成，三部分的能量构成与演员的主观感受密切相关。其中，直达声包括未经反射的声源声能和极早的地板反射声，其声级和延时对乐手至为重要。声级强，有助于相互听闻；延时过长即有负面影响，早期反射声能为乐手提供声支持及加强其对声能的感觉。混响声是较晚到达的反射声，通常包括两部分：来自舞台各界面的高阶次反射声；从观众厅返回的声能。若混响声声能适当，不仅不会干扰演员，且有助于声音的艺术表现，能使之感受到厅堂的响应。

舞台声支持对表演者自我听闻和相互听闻至关重要。就多功能观演厅堂舞台声学设计而言，可重点考虑两方面：一是确保合理的舞台声支持度和返听延时要求；二是设计与多功能观演厅堂功能相匹配的混响时间及其频率特性（舞台和观众厅混响时间设计值宜一致）。除此，舞台声学设计还需关注舞台空间吸声、发射材料（做法）的设计及布置方式，观众厅良好的声环境要求，避免声缺陷对观众和演员的影响等。

就舞台声支持度及返听延时的优选值问题，检验歌手独唱时，客观参量ST1与其主观感受是否相符，如相符，寻求ST1值的优选区间；检验歌手独唱时，返听时延对其主观感受的影响，寻求优选时延范围。通常，提供舞台声支持的建筑措施有：设置舞台发射罩、定向反射板等。舞台返听也是提供舞台声支持的重要手段，鉴于此，在舞台设置相关系统。此外，尚需注意舞台返听的若干调音技巧。返听音箱应根据演出场合、舞台面积确定其功率、数量、指向性等特性，且注意与乐手、传声器的相对位置、角度及系统的还原性等。一般返听放大器的功率不得低于主放大器总功率的20%～30%。返听扬声器最好选用专门的平卧式，其扬声器正射主轴与水平面一般为45度夹角，通过合理调整摆位，可以很大程度上降低地面反射声进入传声器的机会。

混响时间是确保语言清晰度的重要参量，也是与人耳主观感受相关性最高的参量之一。语言清晰度差的舞台声环境，会为其支持度设计带来很大干扰。多功能观演厅堂的混响时间宜结合其功能定位及规模设计，其舞台和观众厅的混响时间设计值应一致。通常，以语言声为主兼顾小规模音乐演出、放映需求的中小型报告厅，观众厅和舞台的中频混响时间设计值宜为1.0s左右。以歌舞演出为主兼顾会议、放映要求的多功能剧院，舞台观众厅和舞台的中频混响时间宜为1.4s左右。如此，一则可提高传声系统的传声增益；再另外，多功能厅堂语言清晰度满足要求的同时，又兼具一定的音质丰满度要求。此外，其他的建筑声学设计要求须同步满足：为观众厅前区争取早期反射声；争取和控制侧向反射声；避免回声、颤动回声、声聚焦、长延时反射声等声缺陷；背景噪声级处于合理范围内。

采用BIM技术进行声学设计的优点和不同于传统声学设计之处在于通过依托Autodesk交互平台，搭建三维空间复合模型，将不同发声源、反射材质、空间形态直观表现，在软件强大的计算功能支持下，将传统手工验算不可能实现的结果一一呈现，最终获得理想的空间设计模型，再次通过各种频率声波检测，将反射路径，震荡路径通过实时动画呈现验算，核准声环境的设计模型，达到准确、快速、事半功倍的设计效果。

随着人们对观演建筑空间声品质要求的提升、建筑声学理论的进步及其相关装修材料、做法的跟进，观演建筑的舞台声环境将逐步受到重视。通过BIM技术的引入，使得观演建筑声环境设计达到了一个新的设计高度，必将为人们带来全新的视听体验。

参考文献

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