一、项目概况
Toronto National Building建造于1982年，虽然座落于波特兰商业区的中心但却有将近20年未使用。在2009年，终于由SERA的建筑师设计并改建为一栋现代饭店—万豪饭店（见图一和图二）后重新启用。项目主要参与者见表一。在现有的13层建筑物上增加了3个楼层，整个外墙拆除后全部翻新，增加新的系统以满足饭店需求，根据新的结构负载及现行建筑法规而将现有的结构升级。拆除毗邻的3层楼建筑物，取而代之的是一个全新且提供停车场、公共空间以及室内活动区的4层楼建筑物。
图一 主要入口的视觉模拟图
图二 使用Revit建模的多功能饭店
表一 项目概览
此项目设计最根本的决定应该是选择改建而不是拆除。这项决定是为了寻求资源使用最小化，因而带来一系列整合新系统至现有结构方面的挑战。一个完整的3D建筑扫描使精确而可靠的几何图形得以发展。同一系列的BIM模型是作为结构评估，节能分析，承包商间协调等信息的主要来源。这个项目提供了一个重建商业结构模型和使用BIM获得LEED认证的良好范例。
二、项目目标
城市冲击
这间饭店座落于商业区的核心且邻近大众运输购物中心，将旅客转往机场与其它城市，振兴周边地区并复原已萧条的街角区域。
结构回收
确认现有结构所包含的能源价值，以及比较改建与拆除建筑物这两项方案所涉及的成本之后，设计团队选择改建而不是重新建造一个全新的建筑物。这栋建筑物被视为冻结资金，并正寻求新的投资以成为具生产力的建筑物。建筑再利用也是一种能尽量减小因施工而影响毗邻商家的生意，缩短施工时间以及缓解当地交通中断问题的方法。
永续发展设计
业主和设计团队想证明，饭店业也有可能成为一栋高性能的绿色建筑。而又须在完成的同时，也实现品牌标准并提供旅客舒适性。
资源利用效率
由于饭店是24小时都在消耗资源的建筑物，在设计上就必需专注于能源和用水之营运效率。材料的选择上需着重于室内空气品质。目标包括避免在客户入住率高的区域排放污染物质，空调区域平衡中央空调系统以提供客人活动区域新鲜空气。另一个目标是充分地利用自然光以减少能源损耗，需通过仔细协调建筑外观和内部布局来实现。综合上述的目标后，业主和建筑师想要获得一项高级的LEED认证。
三、设计方法
面临的挑战
主要面临的挑战是更换整个外墙，在现有13层楼的结构之上增加3个楼层，重新设计及更换建筑外皮（见图三），完全翻新内部的结构，并安装全新的机械系统。但也必需拆除相邻的3层楼的结构，取而代之的是一栋新的4层楼高的结构从后方支撑饭店，并把两个结构功能结合在一个建筑物内。
图三 建筑过程的时序
外观设计
为平衡房间内日照的需求，所以在外观设计上，采用低的窗墙比。他们决定将窗户设置在靠近房间的天花板，并使标准尺寸的窗口能引入的日照达到最大值以达到此平衡。除此之外，新的外观还包括高性能的镶嵌玻璃和不透明表面上做更佳的绝缘。
系统
为了这家有256间客房的饭店，除设置中央空调设备和热水系统之外，还附加有一个热回收系统。结合这些系统后，相较于美国热冷冻空调工程师协会(ASHRAE)的基准，还减少了30%的能源使用率。
设计工作流程
一般的设计流程（见图四）包含两个主要阶段：审视过程并提供现有结构准确和可靠的描述，以及从共同资料来源衍生出的各种不同的BIM模型之间的互动过程。这些阶段在之后的两节会作描述。此外，这个项目管理使用Newforma(一个项目/文件管理工具）在设计过程中追踪项目文件与档案。
图四 一般设计流程
四、扫描现有结构
原始建筑物的施工质量非常地差。这栋建筑物从未得到建筑使用执照，并且从建造完成后闲置了将近二十年。为了解建筑物的现有状况，因此进行一项完整的结构体雷射扫描工作。Hoffman建筑公司作为本项目的总承包商亦负责这项扫描工作。这并不包含在原始的投标中，但总承包商考量现有结构的复杂性，与业主协议在此项目中提供这项服务。Hoffman具有雷射扫描的经验并由他们自己来提供这项服务。他们使用Leica Scan station time-on-fly的扫描仪来进行这项工作。使用Cloudworx软件产生一组描述现有建筑物的几何表面，并标示及整合点云资料。
高密度的点云资料可以整合建筑物的新设计与原有状况。
扫描程序
在地面平整度阶段，每个楼层（共14层）会进行4次的扫描。在外观阶段则是4个立面各进行2次的扫描。从这些扫描所得到的资料再整合成一个描绘现有状况的大规模点云图（见图五）。这些信息被载入到Cloudworx软件中，以便能深入了解现有建筑物几何图形的不规则楼板边线、柱位以及核心墙。Cloudworx可以汇出到AutoCAD(ADC，2010)以达到更佳的软件互通性。Hoffman建筑公司决定将原始点云图以楼层来作分割，这样可以简化可利用的资料数量。并可产生每块天花、地板、墙以及柱子。这样做的目的是使其可视化并清除原来设定的点，并确定主要的图形特征。
图五 整合后的3D扫描图形
产生表面
通过切割点云资料可加速制作2D图，并提供任何特定截面图一个高解析度的图腾。那些剖面可经绘制后成为平面图与剖面图的草图。
Leica Cloudworx允许用户横切点云图来定义平面，选择一个平面并使用外部点来作为2D模拟的参考。透视图的可视化也可以将2D的切面从原来的位置来作移动。虽然Cloudworx只允许一次进行一个剖面，但它的可移动性功能弥补了这个缺点。这个动态的2D点云剖面推动了手动建模过程。他们描绘切面的线或折线，并运用附加的缩放和捕捉的功能（loudworx，2002）。这些表面是由手动描绘线或折线所产生。这整个过程带来正确的成果以及减少重新建模过程中的人工输入。
由于扫描所得的点云资料并没有任何代表物件的结构，所以表面建模是以逐层来完成。大量的细节需通过扫描纪录，并且它们还需要人工检阅来作鉴定。在图六的下方可注意到周围的树木也一并被截取了。在经过结构化与整理后，新版的楼层平面都被储存在同一档案中以保持相关位置方面的一致性。
图六 分层建模过程。（左上）全部楼层的点云图；（右上）除去屋顶的视觉图；（左下）表面模型；（右下）楼面资料库
虽然我们可以在点云资料中识别各个元素，但以目前的技术仍无法进行自动且精确的标识。因此，这个扫描阶段是非常耗费人力而且易产生人为错误、误解或对扫描资料有错误的解读。然而，这些工具及其相关方法对于复杂的结构提供了一个相当正确的描绘。
点网格修正
在模拟楼板、墙壁、天花板、柱和其它重要建筑功能的表面后，整套的楼层扫描资料被整合在同一档案中，以便追踪它们的一致性、查找错误及潜在的空间分层变化（见图七）。
图七 整齐的点网格楼板立面图
根据修正过的表面图形，新的网格点以固定的间隔形成。这个详尽的分析资料发现两个楼层之间有几个地方有最多3英寸柱位的差距，而楼板边线的下垂却多达4英寸。Hoffman的营运经理Dale Stenning，在2009年Leica Geosystems HDS的全球用户会议上指出：万一我们没有早点注意到柱子的差距，那么等我们之后才发现时，那么将会面临一个巨大的问题。对于定义预制板外观边线而言，由此产生出的不规则楼板形状是很关键的。在面板安装过程中所发现的这些尺寸变化，可能会极大地影响安装过程以及其密封性能。
