BIM協(xié)同設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀與未來(lái)

BIM(建筑信息化模型)和協(xié)同設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀分析

當(dāng)前，有關(guān)建筑設(shè)計(jì)信息化的各種概念及術(shù)語(yǔ)已日趨普及，同時(shí)各地不斷涌現(xiàn)出一些造型獨(dú)特的地標(biāo)性建筑，這一切似乎預(yù)示著建筑設(shè)計(jì)行業(yè)即將迎來(lái)一場(chǎng)技術(shù)變革。建筑設(shè)計(jì)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(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)院所應(yīng)何去何從？這一系列問(wèn)題的解答，關(guān)鍵在于協(xié)同設(shè)計(jì)及BIM技術(shù)這兩方面的有機(jī)融合，有效協(xié)同。

BIM擴(kuò)展了協(xié)同設(shè)計(jì)的內(nèi)涵

盡管協(xié)同設(shè)計(jì)的理念已經(jīng)深入到建筑師和工程師的腦海中了，然而對(duì)于協(xié)同設(shè)計(jì)的涵義及內(nèi)容，以及它的未來(lái)發(fā)展，人們的認(rèn)識(shí)卻并不統(tǒng)一。目前我們所說(shuō)的協(xié)同設(shè)計(jì)，很大程度上是指基于網(wǎng)絡(luò)的一種設(shè)計(jì)溝通交流手段，以及設(shè)計(jì)流程的組織管理形式。包括：通過(guò)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(guò)網(wǎng)絡(luò)消息、視頻會(huì)議等手段，使設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)成員之間可以跨越部門、地域甚至國(guó)界進(jìn)行成果交流、開(kāi)展方案評(píng)審或討論設(shè)計(jì)變更；通過(guò)建立網(wǎng)絡(luò)資源庫(kù)，使設(shè)計(jì)者能夠獲得統(tǒng)一的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)；通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理軟件的輔助，使項(xiàng)目組成員以特定角色登錄，可以保證成果的實(shí)時(shí)性及唯一性，并實(shí)現(xiàn)正確的設(shè)計(jì)流程管理；針對(duì)設(shè)計(jì)行業(yè)的特殊性，甚至開(kāi)發(fā)出了基于CAD平臺(tái)的協(xié)同工作軟件等。

而B(niǎo)IM（建筑信息化模型）的出現(xiàn)，則從另一角度帶來(lái)了設(shè)計(jì)方法的革命，其變化主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：從二維（以下簡(jiǎn)稱2D）設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向三維（以下簡(jiǎn)稱3D）設(shè)計(jì)；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(dú)完成項(xiàng)目轉(zhuǎn)向各工種協(xié)同完成項(xiàng)目；從離散的分步設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向基于同一模型的全過(guò)程整體設(shè)計(jì)；從單一設(shè)計(jì)交付轉(zhuǎn)向建筑全生命周期支持。BIM帶來(lái)的是激動(dòng)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(jì)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?cái)?shù)據(jù)并于不同的專業(yè)角度操作該構(gòu)件元素。從這個(gè)意義上說(shuō)，協(xié)同已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的文件參照。可以說(shuō)BIM技術(shù)將為未來(lái)協(xié)同設(shè)計(jì)提供底層支撐，大幅提升協(xié)同設(shè)計(jì)的技術(shù)含量。BIM帶來(lái)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(lái)的協(xié)同設(shè)計(jì)，將不再是單純意義上的設(shè)計(jì)交流、組織及管理手段，它將與BIM融合，成為設(shè)計(jì)手段本身的一部分。借助于BIM的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，協(xié)同的范疇也將從單純的設(shè)計(jì)階段擴(kuò)展到建筑全生命周期，需要設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營(yíng)、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(lái)綜合效率的大幅提升。

從二維設(shè)計(jì)到三維

BIM設(shè)計(jì)當(dāng)前，2D圖紙是我國(guó)建筑設(shè)計(jì)行業(yè)最終交付的設(shè)計(jì)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(lái)進(jìn)行（客觀地說(shuō)，這是阻礙BIM技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因）。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(guò)程中，對(duì)于美感的追求實(shí)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(jì)手法，實(shí)際上甚至遠(yuǎn)在計(jì)算機(jī)沒(méi)有出現(xiàn)，數(shù)學(xué)也很初級(jí)的古代，人類就開(kāi)始了對(duì)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(jì)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(jì)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(wú)法表達(dá)。在這種情況下，3D設(shè)計(jì)應(yīng)運(yùn)而生了。

3D設(shè)計(jì)能夠精確表達(dá)建筑的幾何特征，相對(duì)于2D繪圖，3D設(shè)計(jì)不存在幾何表達(dá)障礙，對(duì)任意復(fù)雜的建筑造型均能準(zhǔn)確表現(xiàn)。在評(píng)選出的“北京當(dāng)代十大建筑”中，首都機(jī)場(chǎng)3號(hào)航站樓、國(guó)家大劇院、國(guó)家游泳中心等著名建筑名列前茅，這些建筑的共同特點(diǎn)是無(wú)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(jì)領(lǐng)域的必由之路。盡管3D是BIM設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，但不是其全部。通過(guò)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(jì)屬性、價(jià)格參數(shù)、廠商信息等，使得建筑構(gòu)件成為智能實(shí)體，3D模型升級(jí)為BIM模型。

BIM模型可以通過(guò)圖形運(yùn)算并考慮專業(yè)出圖規(guī)則自動(dòng)獲得2D圖紙，并可以提取出其它的文檔，如工程量統(tǒng)計(jì)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。由美國(guó)Gensler設(shè)計(jì)的預(yù)計(jì)2014年完工的632m高的上海中心，采用了BIM技術(shù)，其特點(diǎn)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(jì)的一大亮點(diǎn)。由于該結(jié)構(gòu)高達(dá)632m，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(shí)，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(jià)將降低1200萬(wàn)美元，Genslar利用BentleyGC參數(shù)化設(shè)計(jì)工具制作建筑表皮模型，保證功能及美觀的同時(shí)也將該模型用于結(jié)構(gòu)風(fēng)洞試驗(yàn)及計(jì)算分析，最終優(yōu)化的結(jié)果是將風(fēng)荷載降低了32%。這于2D設(shè)計(jì)模式來(lái)說(shuō)是不可想象的。

純粹的3D設(shè)計(jì)，其效率要比2D設(shè)計(jì)低得多。地標(biāo)性建筑可以不計(jì)成本，不計(jì)效率，但大眾化的設(shè)計(jì)則不可取?？上驳氖?，為提高設(shè)計(jì)效率，主流BIM設(shè)計(jì)軟件如Au-todeskRevit系列、BentleyBuilding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(jì)軟件，用于普通設(shè)計(jì)的效率達(dá)到甚至超過(guò)了相同建筑的2D設(shè)計(jì)。

BIM普及的制約因素

制約BIM發(fā)展的因素有不少，主要是以下幾方面。

1、機(jī)制不協(xié)調(diào)

BIM應(yīng)用不僅帶來(lái)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，還影響到設(shè)計(jì)工作流程。因此，設(shè)計(jì)師應(yīng)用BIM軟件不可避免地會(huì)在一段時(shí)間內(nèi)影響到個(gè)人及部門利益，并且一般情況下設(shè)計(jì)師無(wú)法獲得相關(guān)的利益補(bǔ)償。因此，在沒(méi)有切實(shí)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(shí)的。另外，由于目前的設(shè)計(jì)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(guó)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(jì)交付方式及制圖規(guī)范，甚至能做到以3DBIM模型作為設(shè)計(jì)成果載體。

2、任務(wù)風(fēng)險(xiǎn)

我國(guó)普遍存在著項(xiàng)目設(shè)計(jì)周期短、工期緊張的情況，BIM軟件在初期應(yīng)用過(guò)程中，不可避免地會(huì)存在技術(shù)障礙，這有可能導(dǎo)致無(wú)法按期完成設(shè)計(jì)任務(wù)。

3、使用要求高、培訓(xùn)難度大

盡管主流BIM軟件一再?gòu)?qiáng)調(diào)其易學(xué)易用性，實(shí)際上相對(duì)2D設(shè)計(jì)而言，BIM軟件培訓(xùn)難度還是比較大的，對(duì)于一部分設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)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(wú)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(duì)客戶提供長(zhǎng)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(shí)間和努力。各設(shè)計(jì)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(shí)力較強(qiáng)的設(shè)計(jì)院所應(yīng)率先實(shí)現(xiàn)，這也是有實(shí)力的設(shè)計(jì)公司及事務(wù)所的通用作法，在愈來(lái)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(diǎn)。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(kāi)發(fā)廠商結(jié)合地域特點(diǎn)增加自身功能特色之外，本土第三方軟件產(chǎn)品也會(huì)在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。2D設(shè)計(jì)方面，在我國(guó)建筑、結(jié)構(gòu)、設(shè)備各專業(yè)實(shí)際上均在大量使用國(guó)內(nèi)研發(fā)的基于Auto-CAD平臺(tái)的第三方工具軟件，這些產(chǎn)品大幅提高了設(shè)計(jì)效率，推廣BIM應(yīng)借鑒這些寶貴經(jīng)驗(yàn)。

積極準(zhǔn)備，迎接挑戰(zhàn)

首都機(jī)場(chǎng)3號(hào)航站樓、國(guó)家大劇院，以及上海中心，甚至地方的重要建筑如廣州歌劇院、重慶歌劇院等，無(wú)一例外地交給了國(guó)外的設(shè)計(jì)事務(wù)所。建筑高端設(shè)計(jì)領(lǐng)域還相當(dāng)缺乏國(guó)內(nèi)同行的聲音。這種局面值得國(guó)內(nèi)同行警醒，我們已到了應(yīng)該付出切實(shí)努力并迎頭趕上的時(shí)候了。

BIM技術(shù)無(wú)疑已成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，在這種背景下，我國(guó)的CAD產(chǎn)業(yè)也面臨著新一輪的挑戰(zhàn)。以天正、浩辰、中望、CAXA等為代表的一批國(guó)產(chǎn)CAD軟件已實(shí)現(xiàn)了2D繪圖平臺(tái)的功能（其中CAXA甚至在三維設(shè)計(jì)領(lǐng)域也已獨(dú)樹(shù)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(guó)內(nèi)設(shè)計(jì)行業(yè)提供了實(shí)用解決方案。這些解決方案來(lái)源于國(guó)內(nèi)的實(shí)踐，很適合中國(guó)國(guó)情，已經(jīng)取得了很好的實(shí)際效果。對(duì)于國(guó)產(chǎn)CAD來(lái)說(shuō)，當(dāng)務(wù)之急是如何做好應(yīng)對(duì)BIM技術(shù)的準(zhǔn)備，做出更具前瞻性的決策。

我們正處于一個(gè)技術(shù)變革的時(shí)期，BIM帶來(lái)的不僅是技術(shù)沖擊，也是對(duì)行業(yè)傳統(tǒng)的沖擊。如何正確應(yīng)對(duì)這一變革，將關(guān)系到我國(guó)設(shè)計(jì)行業(yè)及CAD行業(yè)的未來(lái)發(fā)展及國(guó)際地位。我們只有結(jié)合中國(guó)特色認(rèn)真學(xué)習(xí)、結(jié)合實(shí)際、努力實(shí)踐、勇于探索，才能盡快走出一條新的發(fā)展之路。