BIM协同设计的现状及未来

26 JSXX 02/2010 Informationization 信息化建筑设计 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C A D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C A D平台的协 同工作软件等等。 而B I M （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2 D ）设计转向三维（以 下简称3 D ）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。B I M带来的是激动人心 的技术冲击，而更加值得注意的是， B IM 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 B I M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 清华大学建筑设计研究院 陈宇军 刘玉龙 协同设计的现状及未来 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 B I M技术两方面谈起。 协同设计与B I M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 BIM JSXX 02/2010 27 建筑设计信息化 Informationization 照。可以说B I M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。B I M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B I M融合，成为设计手段本 身的一部分。借助于B I M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B IM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 B I M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。 从二维设计到三维B I M设计 当前，2 D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2 D图纸的形成来进行（客观 地说，这是阻碍B IM技术广泛应用的一 个重要原因） 。 2 D设计通过投影线条、制图规则 及技术符号表达设计成果，图纸需要人 工阅读方能解释其含义。2 D C A D 平台 起到的作用是代替手工绘图，即我们常 说的“甩图板” 。2 D 设计的优势在于四 个方面：一是对硬件要求低（2 D 平台是 早期计算机唯一能够支持的 CAD平 台） ；二是易于培训，建筑师和工程师 在学习了2 D基本绘图命令，相对于可 “高技术”和“后现代”的设计手法 1 ， 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2 D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，3 D 设计应运而生了。 3 D设计能够精确表达建筑的几何 特征，相对于2 D 绘图，3 D 设计不存在 几何表达障碍，对任意复杂的建筑造型 以代替绘图板及尺规等基本工具以后， 就可以开始工作了；三是灵活，用户可 以随心所欲地通过图形线条表达设计内 容， 只要该建筑用2 D 图形可以表达， 就 不存在绘制不出来的问题。应该说，大 多数的情况下，2 D的表达是可以满足 建筑设计要求的；四是基于2 D C A D 平 台有着大量的第三方专业辅助软件，这 些软件大幅提高了2 D 设计的绘图效率。 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 28 JSXX 02/2010 Informationization 信息化建筑设计 均能准确表现。去年国庆前评选出的 “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 2 ，这些建筑的共同 特点是无法完全由 2 D图形进行表达， 这也预示着3 D将成为高端设计领域的 必由之路。 尽管3 D 是 B I M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3 D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，3 D模型升级为 B I M模型。B I M模 型可以通过图形运算并考虑专业出图规 则自动获得2 D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G e n s l e r 设计的预计2 0 0 4 年完工 的6 3 2 米高的上海中心，采用了B I M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6 3 2 米，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。据 估算，风荷载每降低5 %，造价将降低 1 2 0 0 万美元，G e n s l a r 利用B e n t l e y G C 参数化设计工具制作建筑表皮模型，保 证功能及美观的同时也将该模型用于结 构风洞试验及计算分析，最终优化的结 果是将风荷载降低了3 2 % 3 。这于2 D 设 计模式来说是不可想象的。 纯粹的3 D 设计，其效率要比2 D 设 计低得多。地标性建筑可以不记成本， 不记效率，但大众化的设计则不可取。 可喜的是，为提高设计效率，主流B I M 设计软件如 A u t o d e s k R e v i t 系列、 B e n t l e y B u i l d i n g 系列，以及G r a p h i s o f t 的A r c h i C A D 均取得了不俗的效果。这 些基于3 D技术的专业设计软件，用于 普通设计的效率达到甚至超过了相同建 筑的2 D设计。 这些 B I M设计软件的出现本是激 动人心的事情，然而在经历了相当长的 时期之后，在我国并没有真正普及。实 际上，即使在其它国家，例如亚洲的邻 国日本，B IM设计技术也尚未广泛推广。 建築都市 ( a + u ) 2 0 0 9 年8 月出版本了 一期 B I M特刊，研究在日本广泛推广 B I M技术的可能性，并对尚未推广的原 因进行了深入讨论。该期杂志把2 0 0 9 年 定义为日本建筑行业的“B I M元年” 4 。 影响3 D B I M普及的主要因素 那么，3 D B I M设计存在哪些普及 障碍呢？经过分析，我们认为主要有以 下几点： 1 . 机制不协调 B I M应用不仅带来技术风险，还影 响到设计设计工作流程。因此，设计师 应用 B I M软件不可避免地会在一段时 间内影响到个人及部门利益，并且一般 情况下设计师无法获得相关的利益补 偿。因此，在没有切实的技术保障和配 套管理机制的情况下，强制在单位或部 门推广 B I M是不太现实的。 另外， 由于目前的设计成果仍是以 2 D 图纸表达的，B I M技术在2 D 图纸成 图方面仍存在着一定程序的细节不到 位，表达不规范的现象。因此，一方面 应完善B I M软件的2 D图档功能，另一 方面国家相关部门也应该结合技术进 步，适当改变传统的设计交付方式及制 图规范，甚至能做到以3 D B I M模型作 为设计成果载体。 2 . 任务风险 我国普遍存在着项目设计周期短、 工期紧张的情况，B I M软件在初期应用 过程中，不可避免地会存在技术障碍， 这有可能导致无法按期完成设计任务。 3 . 使用要求高，培训难度大 尽管主流B I M软件一再强调其易学 易用性，实际上相对2 D 设计而言，B I M 软件培训难度还是比较大的，对于一部 JSXX 02/2010 29 建筑设计信息化 Informationization 分设计人员来说熟练掌握B I M技术有一 定难度。另外，复杂模型的创建甚至要 求建筑师具备良好的数学功底及一定的 编程能力，或有相关C A D 程序工程师的 配合，这无形中也提高了应用难度。 4 . B I M技术支持不到位 B I M软件供应商不可能对客户提 供长期而充分的技术支持。通常情况 下，最有效的技术支持是在良好的成规 模的应用环境中客户之间的相互学习， 而环境的培育需要时间和努力。各设计 单位首先应建立自己的B I M技术中心， 以确保本单位获得有效的技术支持。这 种情况在一些实力较强的设计院所应率 先实现，这也是有实力的设计公司及事 务所的通用作法，在愈来愈强调分工协 作的今天，B I M技术中心将成为必不可 少的保障部门。 5 . 软件体系不健全 现阶段B IM软件存在一些弱点：本 地化不够彻底，工种配合不够完善，细 节不到位，特别是缺乏本土第三方软件 的支持。软件的本地化工作，除原开发 厂商结合地域特点增加自身功能特色之 外，本土第三方软件产品也会在实际应 用中发挥重要作用。2 D 设计方面，在我 国建筑、结构、设备各专业实际上均在 大量使用国内研发的基于 A u t o C A D平 台的第三方工具软件，这些产品大幅提 高了设计效率，推广B I M应借鉴这些宝 贵经验。 积极准备，迎接挑战 首都机场3 号航站楼、 国家大剧院， 以及在建的上海中心、甚至地方的重要 建筑如广州歌剧院、重庆歌剧院等，无 一例外地交给了国外的设计事务所。建 筑高端设计领域还相当缺乏国内同行的 声音。这种局面值得国内同行警醒，我 们已到了应该付出切实努力并迎头赶上 的时候了。 为在我院推广普及B IM技术，我院 已委托具备项目设计、技术研究及 C A D开发综合能力的工程软件室担当 了B I M研究中心的角色，制定了详细的 B I M实施路线，包括技术研究、技术培 训、试点设计、技术支持、配套研发等 实施环节，以期在B I M技术领域取得实 质性进展。 B I M及C A D国产化战略 B I M技术无疑已成为未来的发展 趋势，在这种背景下，我国的 C A D产 业也面临着新一轮的挑战。以浩辰、中 望、C A X A等为代表的一批国产 C A D 软件已实现了2 D绘图平台的功能（其 中 C A X A甚至在三维设计领域也已独 树一帜） ， 并整合了一批专业软件， 形成 了“C A D联盟” 、 “C A D联合体”等组 织，为国内设计行业提供了实用解决方 案。这些解决方案来源于国内的实践， 很适合中国国情，已经取得了很好的实 际效果。对于国产 C A D来说，当务之 急是如何做好应对B I M技术的准备，做 出更具前瞻性的决策。 结语 我们正处于一个技术变革的时期， B I M带来的不仅是技术冲击，也是对行 业传统的冲击。如何正确应对这一变 革，将关系到我国设计行业及C A D行 业的未来发展及国际地位。我们只有结 合中国特色认真学习、结合实际、努力 实践、勇于探索，才能尽快走出一条新 的发展之路。 参考文献 1苏毅，曾坚， “从尺规到 N U R B 用于