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基于“BIM”解决方案的建筑规划创新设计模式探讨

作者:潘云涛     2015-03-13 15:36     关键词:BIM,建筑设计,建筑规划,创新模式 人气

    “预见未来的最好方式是创造未来。”

  ——AlanKay,世界个人计算机之父

    一、 “BIM”来了

  1.1 什么是“BIM”?(WHAT)

  “BIM”建设工程信息模型(Building Information Model)技术及其应用属于国际上一个比较新的学术领域,是一种以数字化3D模型为核心,应用于建设工程设计与施工建造的专业数字化设计标准。BIM是ISO认证标准之一,国际标准组织设计信息委员会(ISODIC)给出的BIM标准定义是:BIM是在开放的工业标准下,对建设要素的物理和功能特性及相关建设项目生命周期的可量算的表现形式,有效为决策提供支持,以期更好地实现项目价值。目前,CAD软件设计和建设工程领域最权威的还是国际交互协作联盟的工业基础分类标准认证(Industry Foundation Classes,IFC),目前为止,只有Graphisoft公司的BIM产品唯一得到该项标准认证,而Autodesk公司的BIM产品是应用最广泛的。

  1.2“BIM”什么时候出现的?(WHEN)

  BIM标准从80年代中期萌芽至今不过20年的历史,直到近几年随着计算机软硬件的飞速发展,才逐渐受到建筑行业的重视。国外经过多年来不断的研发与改进,所有与建筑规划产业相关的软件正处于一个相当关键的时刻。专业工作者及设计院多年来不断使用计算机辅助设计(Computer Aided Design)进行规划建筑设计,终于开始真正感受到将图形与非图形属性信息整合于模型中所带来的效益,并意识到这些属性信息不是只可以应用于规划设计施工阶段,还可以应用于整个建筑生命周期(Building life cycle) 的管理,并可外延到另外一个分支概念,即除了建筑设计,还涵盖了规划的编制、实施或城市设计的从设计到执行的全过程,所谓的“建设工程生命周期管理”(Building Lifecycle Management)。“BLM”是“BIM”技术的一个应用领域。

  1.3“BIM”是怎样的?(HOW)

  BIM代表的是一种基于网络信息协同工作现代条件下的直观优化设计模式,追求的是动态、持续、可调的过程式的设计,沟通管理,反馈信息高效率,技术组织协调的常态化,上下层次阶段文件的无缝衔接。

  1.4 谁与“BIM”有关?(WHO)

  在国外,这个先进标准的应用已经较为普及,常常以几种不同表述名称出现,例如建筑信息模型(Building Information Model/BIM,Autodesk、Nemetschek公司)、单体建筑模型(Single Building Model/SBM,Bentley公司)、或是虚拟建筑模型(Virtual Building Model/VBM,Graphisoft公司)。美国、新加坡和欧盟等一些国家的已经应用BIM技术标准进行建筑设计、施工和政府监管部门的管理,BIM建筑信息模型的文件格式标准在业界和政府城市建设管理中得到迅速普及。世界许多著名的新建筑是基于BIM标准设计建造的,如:美国自由塔(Free Tower)、瑞士保险公司大楼等。目前最为我国内业界接受、影响最大的还是以建筑信息模型(BIM)来描述这类概念。

  “‘BIM’将设计师解放出来,把时间集中在设计上,而不是被CAD本身的问题所困扰。”

  ——David Larrew,Kirksey事务所,建筑技术主管

    二、 创新我们的工作模式?

  为了充分给业主充分表达设计师的设计理念,全方位地介绍设计师的设计方案,我们经常采用一些平面、立面彩图、三维透视效果图,以及漫游动画等全方位、多角度的设计表现手段。而用现有的设计工具,我们必须在基本完成方案设计之后,到Photoshop里做平面颜色填充、到3Dmax里重新搭建三维模型进行渲染、制作漫游动画等。这样在多软件环境之间交换数据势必会造成数据流失、设计脱节等问题。更重要的是当我们更改设计方案的时候,前面的工作不能自动更新,造成了大量的重复劳动。

  再就是我们要充分利用网络化环境增加我们工作的成效,那就是BIM核心工作模式之一—团队协作工作模式(Team Work),团队协作工作的功能使不限人数的项目合作者能在同一个工程中,访问不同的工作空间。要共享一个项目,一个项目组长只需在一个下拉菜单中选择“共享项目”的命令,同时创建了一个记录访问权利等细节的管理文档。其他项目组员可登录上去,并确定他们需要修改的工作空间。一旦登录进入,他们不需要维持一个网络连接。他们可以离线工作,而不会影响项目的更新防护。在网络上的任何组员可以看到其他成员所作的修改。不过在一个确定的时间,只有项目负责人才可以修改一个工作空间。

  Autodesk建筑业解决方案中的建筑专业设计软件Autodesk Revit就是基于BIM标准工作模式的典型,以其强大的参数化三维建筑模型系统,将方案设计、施工图设计、工程量统计、效果图制作、漫游动画制作等所有的设计工具集成在一个软件环境中,给我们的设计师提供了一个强大的集成的三维设计工具。原来必须用Photoshop、3Dmax等设计软件表达的创意,用Revit可以轻松快速实现,对此,建筑师有深切体会。

  而使用Revit做设计,在这一个软件环境里,我们就可以完成从方案设计、施工图设计、各种平面、三维效果图渲染、漫游动画等所有的设计工作。而且当变更方案后,所有的平、立、剖面视图、颜色填充图案、三维透视图等都会自动更新,无须重做。

  特别是在方案定稿后,施工图的设计可以直接用方案原文件做施工图细部设计,不须从头开始,极大地缩短了整个设计周期,提高了设计效率和效益。

    “文件不再是思想的表象,它已经成为了思想本身。”

   ——David Larrew, Kirksey事务所,建筑技术主管

    三、 辅助还是决策?

  传统的建筑规划设计,计算机辅助设计系统承担的角色还是属于次要的辅助绘图、表格统计和后期表达,建筑规划设计的核心还是人的脑力劳动,实际的空间效果只能指望于建筑规划师的造诣和想象力,对于平面构图与三维空间的关系的把握,但具体的一些细节问题的处理,无论如何也要等到施工或实施阶段才能够被发现,也只能采取一些补救措施,造成设计上的一些遗憾,甚至是缺陷。计算机在以往的很长时间内只能发挥辅助作用,但也大大促进了建筑规划设计行业的技术进步,业者对于一项设计任务图纸的数量大大增加了,更加具体,质量更高更美观,更加精确,可以无限制的复制图纸和反复快速出图,图纸的变更也相对容易了很多,使得行业的设计效益达到了一定生产力条件和市场环境下的最大化。随着市场环境和需求的转变,对工业化生产和追求效率、数量的需求在减退,对于个性化和追求品质的更高需求在增加,现行传统CAD系统的设计思想实际上已经或即将成为建筑规划行业继续追求效益更大化的瓶颈。

  BIM设计平台下,对于建筑规划设计而言,其指导思想已完成了由辅助的角色到设计决策指导的转变。形象比喻来说,就是传统模式是“我找问题,没找着,问题就不理我了,一直到有一天突然跳出来,让人措手不及”;BIM模式则是“问题来找我,一直到解决为止”,工作就像搭积木,存在任何问题都会马上暴露出来,或者因为基础没搭好,你根本不可能继续下去搭建好一个模型;或者你的虚拟建造模型结构上有不当之处,你会遭受“坍塌”失败;又或者在虚拟模型中漫游,发现空间想象力与实际效果存在的差距,使你马上意识到设计的缺陷。

  “资讯的速度是‘BIM’最迷人的地方。方案随着思想和灵感在屏幕上生成、变化着。”

  ——Tom Cederqvist,芬兰Helin&Co事务所

    四、 速度=竞争力?

  BIM虚拟信息建模的过程也是设计任务信息库建立的过程,也是不断的暴露问题解决问题的过程,也是虚拟建造构造合理性论证的过程,也是一整套各个阶段性图纸同步形成的过程。所有的信息集成其中,可以根据需要进行提取,形成不同的表达,不同角度的报告。模块化和一体化的设计思路,与传统方式比,在建筑信息建模过程可能花费的时间比传统多些,但在后续阶段减少了中间环节,节约了大量设计时间,提高了效率。

  当设计产生变更需要修改,只需对BIM模型进行局部的修改,其过程也是使与之关联部分自动调整的过程,自动衍生的附产品随之更新,如果不是颠覆性的调整设计,新增加的工作会显得微不足道。综上所述,BIM的模式极大改善了设计层面的人机对话方式,保障了设计的质量和精确度,减少了无休止设计变更带来的工作混乱和出错几率。单就这一点来说,还是蛮适合国内目前设计行业节奏飞快,修改频繁的实际状况,才能更好的在瞬息万变的市场中占据有利位置。

  “我们每个人的生产力是普通设计师的2~3倍,而这归功于‘BIM’。”

  ——Richard Crowe,GRC事务所的负责人

    效能=生命力?

  CAD的复制功能和千篇一律、工业化的设计模块,一直为强调设计风格和多样性的建筑规划设计大师们所诟病,认为是导致建筑抄袭,缺乏想象力、艺术性和城市“千城一面”的元凶之一,认为这样的设计只能称之为产品,而不能被当作“作品”,其生命周期也必然是短暂的。甚至认为这样的产品由于“短命”,且不能被循环回收利用,造成了触目惊心的“建筑浪费”,即为建造和运作这些建筑过多和无谓的能源和原材料的消耗。而很多事实证明,这一切原可以在规划设计源头上被避免的。从这样的意义来讲,BIM概念还具有与环保节能建设潮流高度的契合性。

  BIM在建筑规划设计中的优势与设计团队专业经验,使设计产品的生命力在创造的过程中即被灌铸其中,得到的科学的保障。与以往传统设计流程2D平面构图为核心相比,BIM模式以3D虚拟信息模型为核心有很大优势。具体而言,有以下几点:

  4.1 设计过程的科学性

  繁重的任务和忙碌的加班一向是设计工作的写照,本身就说明其运行机制和过程有其不合理之处,换言之,还存有很大改进空间。以往的设计辅助绘图只是把计算机简单当作一个制作可迅速复制电子图版的工具;BIM设计平台,充分利用了计算机的智能性,设计流程更体现人性化思维,将专业人员的时间和精力配置在最能体现其价值,不能用计算机替代的环节。其流程设计理顺了大的关系,简明并且科学。

  4.2 设计工作重心的回归

  BIM标准模式让设计师更加专注所设计的对象本身,而不是被工具、制作和权衡设计质量与工作效率之间的割舍以及无修止改图等问题缚住手脚,使设计工作重心回归到它当初应有的原位。

  4.3 设计界面直观,高效,工作压力减轻,成本降低

  基于“BIM”的设计平台在2D-3D鸿沟上架起一座桥梁,界面可视化,人机对话环境变得有趣和简单,工作变得富有娱乐性,能激发设计者创作的活力。设计环境信息化,可以更直观、直接的获取协同工作伙伴的最新进展,互相默契和配合,使设计成果从质量到翔实丰富程度都有所保障。设计环境三维化,设计的全过程就是直接从直观三维空间入手进行推敲论证,可以随意剖切和提取某个局部来检视设计的效果,无须专门制作实物模型,既不经济又缺乏实效,精确而易于协作的绘图数据以及模型数据能够与建造商分享,从而保证建筑构件的匹配。一个草创的或完整的BIM信息模型的创建一旦完成,包括在已有环境中创建模型并生成平面、剖面、室内立面、构造大样、渲染及构件统计报表等也相应大体完成,可以根据不同的需要进行提取并进行深化,缩短了设计周期,节省了成本。

  4.4 强大的信息发布能力,互联协同工作

  德国Aichach建筑事务所,沃尔夫冈说:"BIM设计平台的一个重要的优点是方便快捷的3D模型输出PDF、统计建造报表文件的能力。这意味着我随时随地通过电子邮件,可以把我的工作草稿计划发送给委托客户,是很容易在设计过程中获得并且是直观易懂的。顾客能在空闲的时候选择在家和我讨论设计。"

  4.5 事先与事后的方案论证

  传统设计流程注重2D平面构图,对空间效果实际上考虑得很少,通过量算才能检查是否能满足要求,通过后期制作效果和模型才能了解设计的成效,而且往往是被放大或掩盖的结果,至于局部细节恐怕只能等到施工阶段边施工边修改了。以3D虚拟信息模型为核心的设计,更能体现以人为本的思想,不仅能在设计阶段提取模型信息迅速了解设计功能满足情况,将问题解决,还可以满足检视空间的舒适性、艺术性等更高层次的需求,优化空间设计质素。

  4.6 自由设计优势,摆脱想象力束缚

  在传统设计工具和经济技术水平条件束缚下,多数设计总体还是摆脱不了“横平竖直”,单一材料运用的设计圈圈,设计产品国际化、工业化痕迹烙印很深,缺乏“城市雕塑”的艺术性。自由造型建筑环境作为一种潮流,在世界各地已经进入快速发展时期。以3D虚拟信息模型为核心的设计工具则可以以“造型”优先的方式完成一项地标式的建筑工程设计,因为,以三维建模为先导的设计,可以快速生成任意剖切高度的二维三视工程平面,天马行空的任意造型,完全不需要为想象不出平面表达而担心。具体的实例有英国米德尔斯堡耗资四千二百万英镑的联合城市学院大楼(Unity City Academy building)等。

  “‘BIM’软件使用极其方便,对于一个新手,只要两天就可以运用自如。”

  ——Ian Simpson, 澳大利亚Rice Daubney事务所信息技术部经理

    五、 便利+自由,无需从‘0’开始?

  AIA(美国建筑师联合会)副主席Patrick Mays说:“调查表明,2D用户具有两个相互矛盾的恐惧心理:他们担心如果不选择BIM他们会失去竞争力;他们同时担心如果选择BIM会是一件很艰难的工作并害怕遭受失败。事实上,这种忧虑是多余的,BIM产品的易用性恰恰可以使初学者迅速达到一定水平,满足一般应用需求。

  由一个全新开发的、不完整的平台上从“0”开始的BIM解决方案是一件非常令人沮丧的事情,并且是完全不必要的。事实上,对于使用者而言,为了转换到一个全新、尚无成功案例的3D设计平台上,而必须将过去所有对于业务资源及工具的经验累积经验抛弃,这种方式本身就是令人难以承受的,机会成本大得惊人。因为可以预期这将造成无谓的浪费,并将注定是一个漫长的转化过程。目前市面上许多CAD软件,却置之不理,一味要求使用者升級,逼迫使用者放弃其自行熟练掌握的工具和业务资源以及与国内行业标准体系的定制支持,造成使用者极大的困扰。Autodesk公司的REVIT解决方案提供了基于原有AUTOCAD无缝衔接,比较合理的解決方案,让使用者能够平順的迈向BIM之路。

  由单纯技术观点而言,BIM的成功关键就在于能否有效率的依照适当方式和结构整合所有规划建筑设计资源。资料的结构可分为两个基本的层级关系:第一个层级,就是“基础信息整合数据库”(Federated Database)。第二个层级,应为“设计及管理核心资料库”(Centralized Database)。这一点与市局业已建立的规划地理信息平台的架构是比较契合的。经过多年来的努力,且不断的发展扩充这些数据库,使得我們在上述两个层面都居具备了良好坚实的基础,同时积累了大量技术实践经验,而这些日趋成熟的技术经验,只要假以适当方式的转化和整合,即可使使用者得以成功掌握BIM技术的关键要素,迈上一个更高的台阶。

  同时,必須附带说明的是,使用“基础信息整合数据库”来管理中大型规划建筑工程设计的整個生命周期,如果没有对整个过程的分配、组织管理系统的支持,将可能会导致一定的技术风险。对此,Autodesk公司的Buzzsaw工程管理系统另外提供了诸如版本管理等很好的解决渠道。

  “被2D CAD统治了数十年之后,近来AEC行业中3D建筑模型的发展势头保持着持续的增长。

     ——Lachmi Khemlani,AEC分析家

    六、 BIM离我们还有多远?

    在BIM倡导下的许多AEC公司已经拥有大量的帮助设计公司向3D设计转换的成功记录。国内一些大的设计院和事务所也纷纷部分地从旧有的模式转换到BIM标准模式的平台上来,如:建筑大师崔恺工作室设计的重庆国泰大剧院,给人一种惊艳的感觉,是一个成功的例子(如图3,图4)。

图3 重庆国泰大剧院街景透视

图4 重庆国泰大剧院与周边建筑对话关系

    目前,BIM标准模式无论在国内的AEC行业或设计行业共同面临的问题还有不少,前期投入成本与产出的权衡,培训和形成规模效应需要面对的技术风险等等。主要的还是面向国内建筑规范和行业标准定制模块缺乏的问题,这个问题与国人普及计算机应用首先一个拦路虎是汉字输入系统的情形比较类似。相信用不了很长时间,也会被一一解决。届时,BIM将也许会与你擦肩而过,也许会与你比肩同行。

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