当前,有关建筑设计信息化的各种概念及术语已日趋普及,同时各地不断涌现出一些造型独特的地标性建筑,这一切似乎预示着建筑设计行业即将迎来一场技术变革。建筑设计信息化的具体内容是什么,主流技术正朝着什么方向发展,新技术是否意味着更多的“奇形怪状”的建筑作品,国内设计院所应何去何从?要回答这一系列的问题,我们不妨先从协同设计及BIM技术两方面谈起。
协同设计与BIM技术的融合
尽管协同设计的理念已经深入到建筑师和工程师的脑海中了,然而对于协同设计的涵义及内容,以及它的未来发展,人们的认识却并不统一。
目前我们所说的协同设计,很大程度上是指基于网络的一种设计沟通交流手段,以及设计流程的组织管理形式。包括:通过CAD文件之间的外部参照,使得工种之间的数据得到可视化共享;通过网络消息、视频会议等手段,使设计团队成员之间可以跨越部门、地域甚至国界进行成果交流、开展方案评审或讨论设计变更;通过建立网络资源库,使设计者能够获得统一的设计标准;通过网络管理软件的辅助,使项目组成员以特定角色登录,可以保证成果的实时性及唯一性,并实现正确的设计流程管理;针对设计行业的特殊性,甚至开发出了基于CAD平台的协同工作软件等等。
而BIM(建筑信息化模型)的出现,则从另一角度带来了设计方法的革命,其变化主要体现在以下几个方面:从二维(以下简称2D)设计转向三维(以下简称3D)设计;从线条绘图转向构件布置:从单纯几何表现转向全信息模型集成;从各工种单独完成项目转向各工种协同完成项目;从离散的分步设计转向基于同一模型的全过程整体设计;从单一设计交付转向建筑全生命周期支持。BIM带来的是激动人心的技术冲击;而更加值得注意的是,BIM技术与协同设计技术将成为互相依赖、密不可分的整体。协同是BIM的核心概念,同一构件元素,只需输入一次,各工种共享元素数据并于不同的专业角度操作该构件元素。从这个意义上说协同已经不再是简单的文件参照。可以说BIM技术将为未来协同设计提供底层支撑,大幅提升协同设计的技术含量。BIM带来的不仅是技术,也将是新的工作流及新的行业惯例。
因此,未来的协同设计,将不再是单纯意义上的设计交流、组织及管理手段,它将与BIM融合,成为设计手段本身的一部分。借助于BIM的技术优势,协同的范畴也将从单纯的设计阶段扩展到建筑全生命周期,需要设计、施工、运营、维护等各方的集体参与,因此具备了更广泛的意义,从而带来综合效率的大幅提升。
然而,普遍接受的BIM新理念并未普及到实践之中,这使得我们感觉有责任去正视和思考BIM设计的优势与不足。从理念到实践经历一个漫长的过程是必然的,并且多种现象表明该过程在中国可能要更长一些,但是这不应是我们回避问题的理由。
从二维设计到三维BIM设计
当前,2D图纸是我国建筑设计行业最终交付的设计成果,这是目前的行业惯例。因此,生产流程的组织与管理均围绕着2D图纸的形成来进行(客观地说这是阻碍BIM技术广泛应用的一个重要原因)。2D设计通过投影线条、制图规则及技术符号表达设计成果,图纸需要人工阅读方能解释其含义。2D CAD平台起到的作用是代替手工绘图,即我们常说的“甩图板”。2D设计的优势在于四个方面:一是对硬件要求低(2D平台是早期计算机唯一能够支持的CAD平台);二是易于培训,建筑师和工程师在学习了2D基本绘图命令,相对于可以代替绘图板及尺规等基本工具以后,就可以开始工作了;三是灵活,用户可以随心所欲地通过图形线条表达设计内容,只要该建筑用2D图形可以表达,就不存在绘制不出来的问题。应该说,大多数的情况下,2D的表达是可以满足建筑设计要求的;四是基于2D CAD平台有着大量的第三方专业辅助软件,这些软件大幅提高了2D设计的绘图效率。
除了日益复杂的建筑功能要求之外,人类在建筑创作过程中,对于美感的追求实际上永远是第一位的。尽管最能激发想象力的复杂曲面被认为是一种“高技术”和“后现代”的设计手法…,实际上甚至远在计算机没有出现,数学也很初级的古代,人类就开始了对于曲面美的探索,并用于一些著名建筑之中。因此,拥有了现代技术的设计师们,自然更加渴望驾驭复杂多变更富美感的自由曲面。然而,令2D设计技术汗颜的是,它甚至连这类建筑最基本的几何形态也无法表达。在这种情况下,3D设计应运而生了。
由Gensler设计的预计2004年完工的632米高的上海中心,采用了BIM技术,其特点是自方案初期就综合各工种协同创作,特别是建筑造型与结构方案选择的协调统一成为了设计的一大亮点。由于该结构高达632米风荷载的影响是结构师要考虑的重要因素。因此在考虑建筑外部造型的同时,必须慎重优化结构体征降低风荷载的作用。据估算风荷载每降低5%,造价将降低1200万美元,Genslar利用Bentley GC参数化设计工具制作建筑表皮模型,保证功能及美观的同时也将该模型用于结构风洞试验及计算分析,最终优化的结果是将风荷载降低了32%。这于2D设计模式来说是不可想象的。
纯粹的3D设计,其效率要比2D设计低得多。地标性建筑可以不记成本,不记效率,但大众化的设计则不可取。可喜的是,为提高设计效率,主流BIM设计软件如Autodesk Revit系列、Bentley Building系列,以及Graphisoft的ArchiCAD均取得了不俗的效果。这些基于3D技术的专业设计软件,用于普通设计的效率达到甚至超过了相同建筑的2D设计。
这些BIM设计软件的出现本是激动人心的事情,然而在经历了相当长的时期之后,在我国并没有真正普及。实际上,即使在其它国家,例如亚洲的邻国日本,BIM设计技术也尚未广泛推广。《建篥艺都市>Xa+u)2009年8月出版本了一期BIM特刊,研究在日本广泛推广BIM技术的可能性,并对尚未推广的原因进行了深入讨论。该期杂志把2009年定义为日本建筑行业的“BIM元年”。
影响3D BIM普及的主要因素
那么,3D BIM设计存在哪些普及障碍呢?经过分析我们认为主要有以下几点:
1 机制不协调
BIM应用不仅带来技术风险,还影响到设计设计工作流程。因此,设计师应用BIM软件不可避免地会在一段时间内影响到个人及部门利益,并且一般情况下设计师无法获得相关的利益补偿。因此,在没有切实的技术保障和配套管理机制的情况下,强制在单位或部门推广BIM是不太现实的。
另外,由于目前的设计成果仍是以2D图纸表达的,BIM技术在2D图纸成图方面仍存在着一定程序的细节不到位,表达不规范的现象。因此,一方面应完善BIM软件的2D图档功能,另一方面国家相关部门也应该结合技术进步,适当改变传统的设计交付方式及制图规范,甚至能做到以3D BIM模型作为设计成果载体。
2 任务风险
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