當前,有關建築設計資訊化的各種概念及術語已日趨普及,同時各地不斷湧現出一些造型獨特的地標性建築,這一切似乎預示著建築設計行業即將迎來一場技術變革。

建築設計資訊化的具體內容是什麼,主流技術正朝著什麼方向發展?新技術是否意味著更多的「奇形怪狀」的建築作品?這一系列問題的解答,關鍵在於協同設計及 BIM 這兩方面的融合,有效協同。
 
 

BIM 擴展了協同設計的內涵

儘管協同設計的理念已經深入到建築師和工程師的腦海中了,然而對於協同設計的涵義及內容,以及它的未來發展,人們的認識卻並不統一。目前所說的協同設計,很大程度上是指基於網路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: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;通過網路消息、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、方案評審或討論設計變更;通過建立網路資源庫,使設計者能夠獲得統一的設計標準;通過網路管理軟體的輔助,使專案組織成員以特定角色登錄,可以保證成果的實時性及唯一性,並實現正確的設計流程管理;針對設計行業的特殊性,甚至開發出了基於 CAD 平台的協同工作軟體等。
 
而 BIM 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 2D 設計轉向 3D 設計;從線條繪圖轉向構件佈置;從單純幾何表現轉向全資訊模型整合;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於同一模型的全過程整體設計;從單一設計交付轉向建築全生命週期支持。BIM 帶來的是激動人心的技術衝擊,而更加值得注意的是 BIM 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並於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。借助於 BIM 的技術優勢,協同的範疇也將從單純的設計階段擴展到建築全生命週期,需要設計、施工、營運、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。


圖片來源 | Han Daji 網站

 
 

從 2D 設計到 3D

BIM 設計當前,2D 圖紙是建築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 廣泛應用的一個重要原因)。除了日益複雜的建築功能要求之外,人類在建築創作過程中,對於美感的追求實際上永遠是第一位的。
 
儘管最能激發想像力的複雜曲面被認為是一種「高技術」和「後現代」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,人類就開始了對於曲面美的探索,並用於一些著名建築之中。因此,擁有了現代技術的設計師們,自然更加渴望駕馭複雜多變,更富美感的自由曲面。然而,令 2D 設計技術汗顏的是,它甚至連這類建築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築的幾何特徵,相對於 2D 繪圖,3D 設計不存在幾何表達障礙,對任意複雜的建築造型均能準確表現。在評選出的「北京當代十大建築」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築名列前茅,這些建築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經之路。儘管 3D 是 BIM 設計的基礎,但不是其全部。通過進一步將非幾何資訊整合到 3D 構件中,如材料特徵、物理特徵、力學參數、設計屬性、價格參數、廠商資訊等,使得建築構件成為智能實體,3D 模型升級為 BIM 模型。

BIM 模型可通過圖形運算並考慮專業出圖規則自動獲得 2D 圖紙,並可以提取出其它的文件,如工程量統計表等,還可以將模型用於建築能耗分析、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,採用了 BIM,其特點是自方案初期就綜合各工種協同創作,特別是建築造型與結構方案選擇的協調統一成為了設計的一大亮點。由於該結構高達 632m,風荷載的影響是結構師要考慮的重要因素。因此在考慮建築外部造型的同時,必須慎重優化結構體徵,降低風荷載的作用。據估算,風荷載每降低 5%,造價將降低 1200 萬美元,Genslar 利用 BentleyGC 參數化設計工具製作建築表皮模型,保證功能及美觀的同時也將該模型用於結構風洞試驗及計算分析,最終優化的結果是將風荷載降低了 32%。這於 2D 設計模式來說是不可想像的。

純粹的 3D 設計,其效率要比 2D 設計低得多。地標性建築可以不計成本,不計效率,但大眾化的設計則不可取。可喜的是,為提高設計效率,主流 BIM 設計軟體如Autodesk Revit 系列、Bentley Building 系列,以及 Graphisoft 的 ArchiCAD 均取得了不俗的效果。這些基於 3D 技術的專業設計軟體,用於普通設計的效率達到甚至超過了相同建築的 2D 設計。


圖片來源 | 한울직업전문학교 網站

 
 

BIM 普及的制約因素

制約 BIM 發展的因素有不少,主要是以下幾方面:

1. 機制不協調

BIM 應用不僅帶來技術風險,還影響到設計工作流程。因此,設計師應用 BIM 軟體不可避免地會在一段時間內影響到個人及部門利益,並且一般情況下設計師無法獲得相關的利益補償。因此,在沒有切實的技術保障和配套管理機制的情況下,強制在單位或部門推廣 BIM 是不太現實的。另外,由於目前的設計成果大多仍是以 2D 圖紙表達的,BIM 在 2D 圖紙成圖方面仍存在著一定程序的細節不到位、表達不規範的現象。因此,一方面應完善 BIM 軟體的 2D 圖檔功能,另一方面相關部門也應該結合技術進步,適當改變傳統的設計交付方式及製圖規範,甚至能做到以 3D BIM 模型作為設計成果載體。

2. 任務風險

普遍存在著專案設計週期短、工期緊張的情況,BIM 軟體在初期應用過程中,不可避免地會存在技術障礙,這有可能導致無法按期完成設計任務。

3. 使用要求高,培訓難度大

儘管主流 BIM 軟體一再強調其易學易用性,實際上相對 2D 設計而言,BIM 軟體培訓難度還是比較大的,對於一部分設計人員來說熟練掌握 BIM 有一定難度。另外,複雜模型的創建甚至要求建築師具備良好的數學底子及一定的程式編碼能力,或有相關 CAD 程序工程師的配合,這無形中也提高了應用難度。

4. BIM 支援不到位

BIM 軟體供應商不可能對客戶提供長期而充分的技術支持。通常情況下,最有效的技術支持是在良好規模的應用環境中客戶之間的相互學習,而環境的培育需要時間和努力。各設計單位首先應建立自己的 BIM 中心,以確保獲得有效的技術支持。這種情況在一些實力較強的設計院所應率先實現,這也是有實力的設計公司及事務所的通用作法,在愈來愈強調分工協作的今天,BIM 中心將成為必不可少的保障部門。

5. 軟體體系不健全

現階段 BIM 軟體存在一些弱點。在地化不夠徹底,工種配合不夠完善,細節不到位,特別是缺乏本土第三方軟體的支持。軟體的在地化工作,除原開發廠商結合地域特點增加自身功能特色之外,第三方軟體產品也會在實際應用中發揮重要作用。2D 設計方面,在建築、結構、設備各專業實際上均在大量使用基於 AutoCAD 平台的第三方工具軟體,這些產品大幅提高了設計效率,推廣 BIM 應藉鑑這些寶貴經驗。
 

原文連結 | 中國BIM門戶網站
首圖來源 | Wallpaper Abyss網站
文章編輯 | 黃朝雍(Eric Huang)

BIM 無疑已成為發展趨勢,而如何改善上述的這些制約因素,做出更具前瞻性的決策,就待大家一同努力了。

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