◎ 清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院 陳宇軍 劉玉龍

當(dāng)前，有關(guān)建筑設(shè)計信息化的各種概念及術(shù)語已日趨普及，同時各地不斷涌現(xiàn)出一些造型獨特的地標(biāo)性建筑，這一切似乎預(yù)示著建筑設(shè)計行業(yè)即將迎來一場技術(shù)變革。建筑設(shè)計信息化的具體內(nèi)容是什么，主流技術(shù)正朝著什么方向發(fā)展？新技術(shù)是否意味著更多的“奇形怪狀”的建筑作品，國內(nèi)設(shè)計院所應(yīng)何去何從？要回答這一系列的問題，我們不妨先從協(xié)同設(shè)計及BIM技術(shù)兩方面談起。

協(xié)同設(shè)計與BIM技術(shù)的融合

盡管協(xié)同設(shè)計的理念已經(jīng)深入到建筑師和工程師的腦海中了，然而對于協(xié)同設(shè)計的涵義及內(nèi)容，以及它的未來發(fā)展，人們的認(rèn)識卻并不統(tǒng)一。

目前我們所說的協(xié)同設(shè)計，很大程度上是指基于網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)計溝通交流手段，以及設(shè)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(shù)據(jù)得到可視化共享；通過網(wǎng)絡(luò)消息、視頻會議等手段，使設(shè)計團(tuán)隊成員之間可以跨越部門、地域甚至國界進(jìn)行成果交流、開展方案評審或討論設(shè)計變更；通過建立網(wǎng)絡(luò)資源庫，使設(shè)計者能夠獲得統(tǒng)一的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)；通過網(wǎng)絡(luò)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(xiàn)正確的設(shè)計流程管理；針對設(shè)計行業(yè)的特殊性，甚至開發(fā)出了基于CAD平臺的協(xié)同工作軟件等等。

而BIM（建筑信息化模型）的出現(xiàn)，則從另一角度帶來了設(shè)計方法的革命，其變化主要體現(xiàn)在以下幾個方面：從二維（以下簡稱2D）設(shè)計轉(zhuǎn)向三維（以下簡稱3D）設(shè)計；從線條繪圖轉(zhuǎn)向構(gòu)件布置；從單純幾何表現(xiàn)轉(zhuǎn)向全信息模型集成；從各工種單獨完成項目轉(zhuǎn)向各工種協(xié)同完成項目；從離散的分步設(shè)計轉(zhuǎn)向基于同一模型的全過程整體設(shè)計；從單一設(shè)計交付轉(zhuǎn)向建筑全生命周期支持。BIM帶來的是激動人心的技術(shù)沖擊，而更加值得注意的是， BIM技術(shù)與協(xié)同設(shè)計技術(shù)將成為互相依賴、密不可分的整體。協(xié)同是BIM的核心概念，同一構(gòu)件元素，只需輸入一次，各工種共享元素數(shù)據(jù)并于不同的專業(yè)角度操作該構(gòu)件元素。從這個意義上說，協(xié)同已經(jīng)不再是簡單的文件參照?？梢哉fBIM技術(shù)將為未來協(xié)同設(shè)計提供底層支撐，大幅提升協(xié)同設(shè)計的技術(shù)含量。BIM帶來的不僅是技術(shù)，也將是新的工作流及新的行業(yè)慣例。

因此，未來的協(xié)同設(shè)計，將不再是單純意義上的設(shè)計交流、組織及管理手段，它將與BIM融合，成為設(shè)計手段本身的一部分。借助于BIM的技術(shù)優(yōu)勢，協(xié)同的范疇也將從單純的設(shè)計階段擴(kuò)展到建筑全生命周期，需要設(shè)計、施工、運(yùn)營、維護(hù)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(zé)任去正視和思考BIM設(shè)計的優(yōu)勢與不足。從理念到實踐經(jīng)歷一個漫長的過程是必然的，并且多種現(xiàn)象表明該過程在中國可能要更長一些，但是這不應(yīng)是我們回避問題的理由。

從二維設(shè)計到三維BIM設(shè)計

當(dāng)前，2D圖紙是我國建筑設(shè)計行業(yè)最終交付的設(shè)計成果，這是目前的行業(yè)慣例。因此，生產(chǎn)流程的組織與管理均圍繞著2D圖紙的形成來進(jìn)行（客觀地說，這是阻礙BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個重要原因）。

2D設(shè)計通過投影線條、制圖規(guī)則及技術(shù)符號表達(dá)設(shè)計成果，圖紙需要人工閱讀方能解釋其含義。2D CAD平臺起到的作用是代替手工繪圖，即我們常說的“甩圖板”。2D設(shè)計的優(yōu)勢在于四個方面：一是對硬件要求低（2D平臺是早期計算機(jī)唯一能夠支持的CAD平臺）；二是易于培訓(xùn)，建筑師和工程師在學(xué)習(xí)了2D基本繪圖命令，相對于可以代替繪圖板及尺規(guī)等基本工具以后，就可以開始工作了；三是靈活，用戶可以隨心所欲地通過圖形線條表達(dá)設(shè)計內(nèi)容，只要該建筑用2D圖形可以表達(dá)，就不存在繪制不出來的問題。應(yīng)該說，大多數(shù)的情況下，2D的表達(dá)是可以滿足建筑設(shè)計要求的；四是基于2D CAD平臺有著大量的第三方專業(yè)輔助軟件，這些軟件大幅提高了2D設(shè)計的繪圖效率。

除了日益復(fù)雜的建筑功能要求之外，人類在建筑創(chuàng)作過程中，對于美感的追求實際上永遠(yuǎn)是第一位的。盡管最能激發(fā)想象力的復(fù)雜曲面被認(rèn)為是一種“高技術(shù)”和“后現(xiàn)代”的設(shè)計手法[1]，實際上甚至遠(yuǎn)在計算機(jī)沒有出現(xiàn)，數(shù)學(xué)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(xiàn)代技術(shù)的設(shè)計師們，自然更加渴望駕馭復(fù)雜多變，更富美感的自由曲面。然而，令2D設(shè)計技術(shù)汗顏的是，它甚至連這類建筑最基本的幾何形態(tài)也無法表達(dá)。在這種情況下，3D設(shè)計應(yīng)運(yùn)而生了。

3D設(shè)計能夠精確表達(dá)建筑的幾何特征，相對于2D繪圖，3D設(shè)計不存在幾何表達(dá)障礙，對任意復(fù)雜的建筑造型均能準(zhǔn)確表現(xiàn)。去年國慶前評選出的“北京當(dāng)代十大建筑”中，首都機(jī)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[2]，這些建筑的共同特點是無法完全由2D圖形進(jìn)行表達(dá)，這也預(yù)示著3D將成為高端設(shè)計領(lǐng)域的必由之路。

盡管3D是 BIM設(shè)計的基礎(chǔ)，但不是其全部。通過進(jìn)一步將非幾何信息集成到3D構(gòu)件中，如材料特征、物理特征、力學(xué)參數(shù)、設(shè)計屬性、價格參數(shù)、廠商信息等，使得建筑構(gòu)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(yùn)算并考慮專業(yè)出圖規(guī)則自動獲得2D圖紙，并可以提取出其它的文檔，如工程量統(tǒng)計表等，還可以將模型用于建筑能耗分析、日照分析、結(jié)構(gòu)分析、照明分析、聲學(xué)分析、客流物流分析等諸多方面。

由Gensler設(shè)計的預(yù)計2004年完工的632米高的上海中心，采用了BIM技術(shù)，其特點是自方案初期就綜合各工種協(xié)同創(chuàng)作，特別是建筑造型與結(jié)構(gòu)方案選擇的協(xié)調(diào)統(tǒng)一成為了設(shè)計的一大亮點。由于該結(jié)構(gòu)高達(dá)632米，風(fēng)荷載的影響是結(jié)構(gòu)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(yōu)化結(jié)構(gòu)體征，降低風(fēng)荷載的作用。據(jù)估算，風(fēng)荷載每降低5%，造價將降低1200萬美元，Genslar利用Bentley GC參數(shù)化設(shè)計工具制作建筑表皮模型，保證功能及美觀的同時也將該模型用于結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗及計算分析，最終優(yōu)化的結(jié)果是將風(fēng)荷載降低了32%[3]。這于2D設(shè)計模式來說是不可想象的。

純粹的3D設(shè)計，其效率要比2D設(shè)計低得多。地標(biāo)性建筑可以不記成本，不記效率，但大眾化的設(shè)計則不可取?？上驳氖?，為提高設(shè)計效率，主流BIM設(shè)計軟件如Autodesk Revit系列、Bentley Building系列，以及Graphisoft的ArchiCAD均取得了不俗的效果。這些基于3D技術(shù)的專業(yè)設(shè)計軟件，用于普通設(shè)計的效率達(dá)到甚至超過了相同建筑的2D設(shè)計。

這些BIM設(shè)計軟件的出現(xiàn)本是激動人心的事情，然而在經(jīng)歷了相當(dāng)長的時期之后，在我國并沒有真正普及。實際上，即使在其它國家，例如亞洲的鄰國日本，BIM設(shè)計技術(shù)也尚未廣泛推廣?！督êBと都市》(a+u)2009年8月出版本了一期BIM特刊，研究在日本廣泛推廣BIM技術(shù)的可能性，并對尚未推廣的原因進(jìn)行了深入討論。該期雜志把2009年定義為日本建筑行業(yè)的“BIM元年”[4]。

影響3D BIM普及的主要因素

那么，3D BIM設(shè)計存在哪些普及障礙呢？經(jīng)過分析，我們認(rèn)為主要有以下幾點：

1.機(jī)制不協(xié)調(diào)

BIM應(yīng)用不僅帶來技術(shù)風(fēng)險，還影響到設(shè)計設(shè)計工作流程。因此，設(shè)計師應(yīng)用BIM軟件不可避免地會在一段時間內(nèi)影響到個人及部門利益，并且一般情況下設(shè)計師無法獲得相關(guān)的利益補(bǔ)償。因此，在沒有切實的技術(shù)保障和配套管理機(jī)制的情況下，強(qiáng)制在單位或部門推廣BIM是不太現(xiàn)實的。

另外，由于目前的設(shè)計成果仍是以2D圖紙表達(dá)的，BIM技術(shù)在2D圖紙成圖方面仍存在著一定程序的細(xì)節(jié)不到位，表達(dá)不規(guī)范的現(xiàn)象。因此，一方面應(yīng)完善BIM軟件的2D圖檔功能，另一方面國家相關(guān)部門也應(yīng)該結(jié)合技術(shù)進(jìn)步，適當(dāng)改變傳統(tǒng)的設(shè)計交付方式及制圖規(guī)范，甚至能做到以3D BIM模型作為設(shè)計成果載體。

2.任務(wù)風(fēng)險

我國普遍存在著項目設(shè)計周期短、工期緊張的情況，BIM軟件在初期應(yīng)用過程中，不可避免地會存在技術(shù)障礙，這有可能導(dǎo)致無法按期完成設(shè)計任務(wù)。

3.使用要求高，培訓(xùn)難度大

盡管主流BIM軟件一再強(qiáng)調(diào)其易學(xué)易用性，實際上相對2D設(shè)計而言，BIM軟件培訓(xùn)難度還是比較大的，對于一部分設(shè)計人員來說熟練掌握BIM技術(shù)有一定難度。另外，復(fù)雜模型的創(chuàng)建甚至要求建筑師具備良好的數(shù)學(xué)功底及一定的編程能力，或有相關(guān)CAD程序工程師的配合，這無形中也提高了應(yīng)用難度。

4.BIM技術(shù)支持不到位

BIM軟件供應(yīng)商不可能對客戶提供長期而充分的技術(shù)支持。通常情況下，最有效的技術(shù)支持是在良好的成規(guī)模的應(yīng)用環(huán)境中客戶之間的相互學(xué)習(xí)，而環(huán)境的培育需要時間和努力。各設(shè)計單位首先應(yīng)建立自己的BIM技術(shù)中心，以確保本單位獲得有效的技術(shù)支持。這種情況在一些實力較強(qiáng)的設(shè)計院所應(yīng)率先實現(xiàn)，這也是有實力的設(shè)計公司及事務(wù)所的通用作法，在愈來愈強(qiáng)調(diào)分工協(xié)作的今天，BIM技術(shù)中心將成為必不可少的保障部門。

5.軟件體系不健全

現(xiàn)階段BIM軟件存在一些弱點：本地化不夠徹底，工種配合不夠完善，細(xì)節(jié)不到位，特別是缺乏本土第三方軟件的支持。軟件的本地化工作，除原開發(fā)廠商結(jié)合地域特點增加自身功能特色之外，本土第三方軟件產(chǎn)品也會在實際應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。2D設(shè)計方面，在我國建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備各專業(yè)實際上均在大量使用國內(nèi)研發(fā)的基于AutoCAD平臺的第三方工具軟件，這些產(chǎn)品大幅提高了設(shè)計效率，推廣BIM應(yīng)借鑒這些寶貴經(jīng)驗。

積極準(zhǔn)備，迎接挑戰(zhàn)

首都機(jī)場3號航站樓、國家大劇院，以及在建的上海中心、甚至地方的重要建筑如廣州歌劇院、重慶歌劇院等，無一例外地交給了國外的設(shè)計事務(wù)所。建筑高端設(shè)計領(lǐng)域還相當(dāng)缺乏國內(nèi)同行的聲音。這種局面值得國內(nèi)同行警醒，我們已到了應(yīng)該付出切實努力并迎頭趕上的時候了。

為在我院推廣普及BIM技術(shù)，我院已委托具備項目設(shè)計、技術(shù)研究及C AD開發(fā)綜合能力的工程軟件室擔(dān)當(dāng)了BIM研究中心的角色，制定了詳細(xì)的BIM實施路線，包括技術(shù)研究、技術(shù)培訓(xùn)、試點設(shè)計、技術(shù)支持、配套研發(fā)等實施環(huán)節(jié)，以期在BIM技術(shù)領(lǐng)域取得實質(zhì)性進(jìn)展。

BIM及CAD國產(chǎn)化戰(zhàn)略

BIM技術(shù)無疑已成為未來的發(fā)展趨勢，在這種背景下，我國的CAD產(chǎn)業(yè)也面臨著新一輪的挑戰(zhàn)。以浩辰、中望、CAXA等為代表的一批國產(chǎn)CAD軟件已實現(xiàn)了2D繪圖平臺的功能（其中C A X A甚至在三維設(shè)計領(lǐng)域也已獨樹一幟），并整合了一批專業(yè)軟件， 形成了“CAD聯(lián)盟”、“CAD聯(lián)合體”等組織，為國內(nèi)設(shè)計行業(yè)提供了實用解決方案。這些解決方案來源于國內(nèi)的實踐，很適合中國國情，已經(jīng)取得了很好的實際效果。對于國產(chǎn)CAD來說，當(dāng)務(wù)之急是如何做好應(yīng)對BIM技術(shù)的準(zhǔn)備，做出更具前瞻性的決策。

結(jié)語

我們正處于一個技術(shù)變革的時期，BIM帶來的不僅是技術(shù)沖擊，也是對行業(yè)傳統(tǒng)的沖擊。如何正確應(yīng)對這一變革，將關(guān)系到我國設(shè)計行業(yè)及CAD行業(yè)的未來發(fā)展及國際地位。我們只有結(jié)合中國特色認(rèn)真學(xué)習(xí)、結(jié)合實際、努力實踐、勇于探索，才能盡快走出一條新的發(fā)展之路。