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。

1 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。

2 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)。

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。

3D设计能够精确表达建筑的几何特征,相对于2D绘图, 3D设计不存在几何表达障碍.对任意复杂的建筑造型均能准确表现。在评选出的“北京当代十大建筑”中,首都机场3号航站楼、国家大剧院、国家游泳中心等著名建筑名列前茅,这些建筑的共同特点是无法完全由2D图形进行表达,这也预示着3D将成为高端设计领域的必由之路。

尽管3D是BIM设计的基础,但不是其全部。通过进一步将非几何信息集成到3D构件中,如材料特征、物理特征、力学参数、设计属性、价格参数、厂商信息等,使得建筑构件成为智能实体, 3D模型升级为BIM模型。BIM模型可以通过图形运算并考虑专业出图规则自动获得2D图纸,并可以提取出其它的文档,如工程量统计表等,还可以将模型用于建筑能耗分析、日照分析、结构分析、照明分析、声学分析、客流物流分析等诸多方面。

由美国Gensler设计的预计2014年完工的632m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 m,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。