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现代建筑史话 发表评论(0) 编辑词条

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现代建筑史话编辑本段回目录

人们正在利用精致的数字模型设计飞机和汽车,现在,同样的设计理念已应用于建筑中……

自从有了功能强大的电脑,建筑师便能够为新建筑和其它构筑物创建逼真的图像。如果没有照片级真实感的渲染图来显示最终设计效果,甚至实现虚拟漫游,大型项目的设计方案便称不上完整。然而,令人惊讶的是,这些精美的渲染图似乎只能用于概念设计阶段,在详图设计及施工图设计阶段并没有任何作用。多数情况下,建筑设计仍然要通过人工或计算机辅助设计(CAD)软件创建的传统二维平、立面图来表现。格雷姆肖建筑师事务所(Grimshaw)的建筑师Shane Burger表示:“这仍然是二维工作。” 伊甸园项目(Eden Project)——位于英国西南角康沃尔郡的一个穹顶植物园,便是该事务所的杰作。



美国洛山矶迪斯尼音乐厅——数字模型(上部)及实际建筑

问题是,即便使用电脑来创建二维图,其结果也只是一堆抽象的线条。位于亚特兰大的乔治亚州理工学院建筑与计算专业教授Chuck Eastman表示:“任何建筑图纸本身都无法告诉您哪条线表示墙体、楼梯或窗户。如果您要更改窗户,就必须重新创建其周围的墙体,将其扩大或缩小。” 即使是小型建筑也需要数千张图纸,因此过去绘制图纸通常要占用建筑师的大量精力,而且设计变更也需要耗费大量成本和时间。Burger先生表示:“如果要在设计后期更改建筑外型,就必须绘制大量图纸。”而且,此类图纸无法标明施工成本。因此,建筑师需要编制材料明细表,并随着设计的进展不断对其进行更新。如果要进行设计变更,就必须更改整个明细表。

因此,Eastman博士和其他专业人士长期以来强烈支持一种更为高级的设计方法——建筑信息模型(BIM),即借助关联数据库,用完整的三维计算机模型来表示建筑。Eastman表示,如同从尺规制图到计算机制图的变革一样,这是传统CAD的一次巨大进步。建筑信息模型并未采用抽象的、需要专业人士解释才能看懂的线条,而是以对象为基础。这些对象均为具有各自属性的实心或空心构件。该模型中还包含有关这些对象之间关系的信息,因此如果一个对象发生变更(如一扇窗户增大),所有相关对象也会随之自动更新(窗户四周的墙体会随之加厚)。之后,从该模型中既可以生成三维视图,又可以生成传统的二维图纸。

这种设计方法的一个直接优势在于,BIM软件能够发现设计图中的任何错误。在二维图纸中,很难发现矛盾之处,如尺寸不符或者几何冲突。麻省理工学院(MIT)建筑系教授William Mitchell表示:“比如,结构工程师可能在某一位置设计了一道横梁,然而机械工程师却在同一位置设计了通风孔。他说,经验丰富的建筑师和工程师会有意识地去查找此类错误,但是这些错误通常在开始施工后才能显现出来,导致成本增加。结果,在一般的施工预算中,因设计矛盾造成的成本损失占到了2%,冲突率也高达5%。

除发现此类“空间冲突”和节约资金外,BIM还可以显著增强建筑师和工程师之间的沟通与协作。Mitchell表示,图纸在过去一直是主要的施工资料。有了BIM,三维模型成为了主要的参考,从模型中生成的二维图纸仅起辅助作用。该模型还支持用户计算所需材料的数量,从而节省了施工成本。



利用计算机创建完建筑模型后,即可提取特定子系统(如制冷、供水及电气系统)的详图

随着BIM软件变得越来越强大,建筑信息模型不仅仅是建筑的三维表现形式,从某种意义上讲也是一种数字化样机或仿真。在计算机上进行飞机的首次飞行,也就是说使用流体动力学软件计算机翼上方的气流,这种设计理念已经得到了广泛的应用。为什么不将同样的理念用于建筑设计呢?Eastman博士认为,通过有限元分析可以确定建筑的结构属性;有了合适的软件,何愁无法计算建筑能耗、照明、热流、声学及合规性。在这一方面,专业人员已经进行了积极的探索,例如在新的卡塔尔石油综合工厂项目(Qatar Petroleum Complex Project)中,计算日光对室内温度的影响。

自从上世纪70年代,首款BIM系统开发成功后,Eastman博士就一直在探讨此类问题。他表示:“但是建筑师并不是真正的技术创新者。”因此直到现在,BIM在很大程度上被忽视了,只有少数思想超前的建筑师在其标新立异、非使用建筑信息模型不可的设计中采用这一理念。



Skidmore, Owings & Merrill建筑师事务所(SOM)将卡塔尔石油综合工厂项目的模型与软件相集成,用于确定日照对室内温度的影响

Burger先生表示,他们曾使用BIM来设计伊甸园项目的穹顶。另一位率先使用BIM的用户是弗兰克•盖瑞(Frank Gehry)。他设计的流体风格建筑独特、前卫——如西班牙毕尔巴鄂古根海姆博物馆(Guggenheim Museum in Bilbao)、美国洛山矶迪斯尼音乐厅(本文首页图片)及麻省理工学院的斯特塔中心(Ray and Maria Stata Centre )——结构非常复杂,如果不借助BIM根本无法创建。现在,其他建筑师也在积极地应用BIM。自2007年开始,美国总务管理局(GSA)——专门负责民用建筑的联邦机构规定,凡其投资的项目必须采用BIM技术。其它国家和地区也制定了类似政策。

BIM的发展
两大因素推动了最近的变革。首先是商业化BIM软件的推出。此前,建筑设计公司不得不开发专用的BIM工具。比如,最早使用建筑信息模型的用户弗兰克•盖瑞(Frank Gehry)。他设计的流体风格建筑独特、前卫——如西班牙毕尔巴鄂古根海姆博物馆(Guggenheim Museum in Bilbao)、美国洛山矶迪斯尼音乐厅(本文首页图片)及麻省理工学院的斯特塔中心(Ray and Maria Stata Centre )就采用了一款产品设计工具,在其设计毕尔巴鄂古根海姆博物馆时,又根据自己的规格要求对其进行了定制。2002年,领先的设计软件制造商欧特克公司收购了一家规模较小建筑信息模型公司,即Revit。Eastman博士表示,直到这时,建筑师们才真正开始关注BIM,其引起的轰动不亚于微软公司投资一项新技术,他说:“这标志着BIM得到了正式认可。”

第二个因素是,专业人士苦于施工行业无法预测其成本。新项目的投标工作通常要在设计阶段进行,而施工开始后却总是会发现成本预算结果与现实相距甚远。Burger先生表示:“我们应该提前制定建筑的施工计划。”因此,必须投入大量精力来开发更为精确的成本预算模块,以便与BIM工具一同使用。Eastman博士表示:“与5年前相比,我们现在能够更准确地估算成本。”

BIM本身的普及也起到了推动作用,建筑材料和构件供应商的产品信息能够以一种适当的格式用作BIM模型中的对象。这样,建筑师便能够利用真实产品的图示(从钢梁、地板到灯具)来创建设计,同时还能够跟踪成本、结构属性等信息。制造商一直都希望领先的BIM软件公司能够使用统一的格式。Burger表示,事实上目前许多公司正在探讨这样的协议,一旦达成共识,统一的格式会很快得到普及。



都柏林兰斯唐路新体育场数字模型,HOK体育建筑设计公司设计(HOK Sport)

BIM还能够帮助建筑师提高设计效率,进而降低成本。盖瑞科技公司首席技术官Dennis Shelden表示:“从历史上来看,信息成本一直比较昂贵,而材料和能源成本则相对便宜。”在当时,要准确计算出建筑中每个构件的精确属性有些不切实际,因此就会按最坏情况来计算,从而导致有些构件用料过多。他补充说:“现在信息成本在逐渐下降,材料和能源成本开始回升。我们正处于转折期,目前我们能够以更少的资源来完成本地化、高精度的工程。”现在他们可以精确地计算每个构件的准确属性,随后使用自动切割设备逐个进行加工。

BIM的用途已经远远超出了设计和施工领域。比如,由于该模型能够显示管道位置或准确列出采暖与制冷系统中的零部件,因此它还可以简化建筑的维修和管理。美国联盟总务管理局除要求在新建筑的设计中使用BIM外,甚至还为许多原有项目创建了模型,以简化安全系统的改建流程。



香港太古地产公司(Swire Properties)的港岛东中心项目(One Island East )因使用BIM而荣获奖项

除实践和经济方面的优势外,BIM还会对建筑师的设计创意产生重要影响——它支持建筑师大胆探索。由于无需反复绘图和计算,建筑师可以摆脱工程设计的束缚。他们可以调整设计、尝试不同的方法,并快速了解这些变更引起的成本、结构和能耗变化,从而设计出风格独特的建筑。关于未来的设计趋势,从盖瑞先生特立独行的作品中可见一斑。现在,许多大学正在使用这些新工具培养下一代建筑师和工程师。

虽然目睹许多BIM的支持者在该技术普及之前就已经退休或过世,Eastman却坚信,这一变革将会带来巨大利益,而且是不可逆转的潮流。他大胆预言:“十年后,图纸将不复存在,‘重头再来’(英语俗语,back to the drawing board)这个成语也将成为历史。”

参考文献

http://www.autodesk.com.cn/adsk/servlet/item?siteID=1170359&id=12556575

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