當前,有關建筑設計信息化的各種概念及術語已日趨普及,同時各地不斷涌現出一些造型獨特的地標性建筑,這一切似乎預示著建筑設計行業即將迎來一場技術變革。建筑設計信息化的具體內容是什么,主流技術正朝著什么方向發展?新技術是否意味著更多的“奇形怪狀”的建筑作品,國內設計院所應何去何從?要回答這一系列的問題,我們不妨先從協同設計及BIM技術兩方面談起。
1 協同設計與BIM技術的融合
盡管協同設計的理念已經深入到建筑師和工程師的腦海中了,然而對于協同設計的涵義及內容,以及它的未來發展,人們的認識卻并不統一。
目前我們所說的協同設計,很大程度上是指基于網絡的一種設計溝通交流手段,以及設計流程的組織管理形式。包括:通過CAD文件之間的外部參照,使得工種之間的數據得到可視化共享;通過網絡消息、視頻會議等手段,使設計團隊成員之間可以跨越部門、地域甚至國界進行成果交流、開展方案評審或討論設計變更;通過建立網絡資源庫,使設計者能夠獲得統一的設計標準;通過網絡管理軟件的輔助,使項目組成員以特定角色登錄,可以保證成果的實時性及唯一性,并實現正確的設計流程管理;針對設計行業的特殊性,甚至開發出了基于CAD平臺的協同工作軟件等等。
而BIM(建筑信息化模型)的出現,則從另一角度帶來了設計方法的革命,其變化主要體現在以下幾個方面:從二維(以下簡稱2D)設計轉向三維(以下簡稱3D)設計;從線條繪圖轉向構件布置;從單純幾何表現轉向全信息模型集成;從各工種單獨完成項目轉向各工種協同完成項目;從離散的分步設計轉向基于同一模型的全過程整體設計;從單一設計交付轉向建筑全生命周期支持。
BIM帶來的是激動人心的技術沖擊,而更加值得注意的是BIM技術與協同設計技術將成為互相依賴、密不可分的整體。協同是BIM的核心概念,同一構件元素,只需輸入一次,各工種共享元素數據并于不同的專業角度操作該構件元素。從這個意義上說,協同已經不再是簡單的文件參照。可以說BIM技術將為未來協同設計提供底層支撐,大幅提升協同設計的技術含量。BIM帶來的不僅是技術,也將是新的工作流及新的行業慣例。
因此,未來的協同設計,將不再是單純意義上的設計交流、組織及管理手段,它將與BIM融合,成為設計手段本身的一部分。借助于BIM的技術優勢,協同的范疇也將從單純的設計階段擴展到建筑全生命周期,需要設計、施工、運營、維護等各方的集體參與,因此具備了更廣泛的意義,從而帶來綜合效率的大幅提升。
然而,普遍接受的BIM新理念并未普及到實踐之中,這使得我們感覺有責任去正視和思考BIM設計的優勢與不足。從理念到實踐經歷一個漫長的過程是必然的,并且多種現象表明該過程在中國可能要更長一些,但是這不應是我們回避問題的理由。
2 從二維設計到三維BIM設計
當前, 2D圖紙是我國建筑設計行業最終交付的設計成果,這是目前的行業慣例。因此,生產流程的組織與管理均圍繞著2D圖紙的形成來進行(客觀地說,這是阻礙BIM技術廣泛應用的一個重要原因)。
除了日益復雜的建筑功能要求之外,人類在建筑創作過程中,對于美感的追求實際上永遠是第一位的。盡管最能激發想象力的復雜曲面被認為是一種“高技術”和“后現代”的設計手法,實際上甚至遠在計算機沒有出現,數學也很初級的古代,人類就開始了對于曲面美的探索,并用于一些著名建筑之中。因此,擁有了現代技術的設計師們,自然更加渴望駕馭復雜多變,更富美感的自由曲面。然而,令2D設計技術汗顏的是,它甚至連這類建筑最基本的幾何形態也無法表達。在這種情況下, 3D設計應運而生了。
3D設計能夠精確表達建筑的幾何特征,相對于2D繪圖, 3D設計不存在幾何表達障礙.對任意復雜的建筑造型均能準確表現。在評選出的“北京當代十大建筑”中,首都機場3號航站樓、國家大劇院、國家游泳中心等著名建筑名列前茅,這些建筑的共同特點是無法完全由2D圖形進行表達,這也預示著3D將成為高端設計領域的必由之路。
盡管3D是BIM設計的基礎,但不是其全部。通過進一步將非幾何信息集成到3D構件中,如材料特征、物理特征、力學參數、設計屬性、價格參數、廠商信息等,使得建筑構件成為智能實體, 3D模型升級為BIM模型。BIM模型可以通過圖形運算并考慮專業出圖規則自動獲得2D圖紙,并可以提取出其它的文檔,如工程量統計表等,還可以將模型用于建筑能耗分析、日照分析、結構分析、照明分析、聲學分析、客流物流分析等諸多方面。
由美國Gensler設計的預計2014年完工的632m高的上海中心,采用了BIM技術,其特點是自方案初期就綜合各工種協同創作,特別是建筑造型與結構方案選擇的協調統一成為了設計的一大亮點。由于該結構高達632 m,風荷載的影響是結構師要考慮的重要因素。因此在考慮建筑外部造型的同時,必須慎重優化結構體征,降低風荷載的作用。
