精品設計依托于三維信息化設計工具

陸　揚

(上海現代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司，上海　200041)

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精品設計依托于三維信息化設計工具

陸揚

(上海現代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司，上海200041)

本文主要闡述了建筑信息模型的特點以及建筑信息化咨詢服務中運用三維信息化設計工具在實際工程項目中的應用帶來的價值，并介紹了運用三維信息化工具對于計算機輔助建筑設計的意義。

建筑信息模型； 建筑信息化咨詢服務； Revit

【DOI】 10.16670/j.cnki.cn11-5823/tu.2016.04.09

建筑信息模型(Building Information Modeling，簡稱BIM)，BIM首先解決的是整合整個設計流程，基于實現全過程的與現行設計標準、信息標準無縫結合，使其易用性、整合性空前強大。美國建筑師協會(AIA)做出了如下評論：“它是結合了項目信息數據庫的信息模型技術，它有望從根本上改變工程項目的建成方式和項目各方的溝通方式。”

1　建筑信息模型的特點

1.1整合設計過程

BIM不僅僅是電子文件交換的概念，而是提供了一個空前互用的模型平臺，進而改變了設計創造、溝通和實施的方式。由于整合了所有設計參數和資料，意味著該模型可以用于成本估算、建筑模擬、工程計劃、能源分析、結構設計、地理信息集成、建造、采購管理和設備管理等專業服務和過程。

BIM的建筑信息模型對于工程資料信息的整合能力遠遠超過了目前大多設計軟件公司，基于整合的、參數化的、基于對象的系統將導致設計和建造方式的巨變。事實上BIM技術之前的發展與一些大型的設計軟件公司的支持分不開。如圖1所示，是其中六款核心BIM模型軟件。

圖1

1.2通過信息共享增值

這似乎是個老套的命題，但是BIM共享將使得設計過程不僅僅限于提交設計成果本身，而是不斷被補充完善的建筑信息庫。這些信息被整合在建筑模型當中，并可以按照各個專業領域的標準被提煉出來，使得BIM成為一個工程項目生命周期工具，它可以用于建筑維護和資產管理。

其實縱觀國際建筑設計前沿，整合性設計以及更加數字化、專業化的分析工具的應用正是推動BIM這種工具出現的動力。如圖2所示，從項目管理的角度來看，更加重要的是這種資源整合、過程整合以及無縫交流的前景。

圖2　建筑信息模型的整合

2　BIM建筑信息化咨詢服務——南京新華社項目

BIM建筑信息化咨詢服務是通過創新的數字化技術與不斷改進人與建筑項目間互動的基礎研究，并提供客戶具高度創造力的、全新的、完整的建筑解決方案。面對變化愈來愈快的建筑行業環境，就必須要有一個解決方案，幫助中國的建筑行業、建筑師、工程師們能運用最先進的工具，面對新的職業挑戰，增強核心競爭力。

2.1面臨的挑戰

建筑設計的主要價值之一，在于空間形態的塑造，以及更好地理解空間與人之間的關系。應用三維信息化設計工具不僅能給設計者或使用者直觀的空間形態，更能通過簡單的操作，通過數字化創新，創造新價值。對于行業解決方案不斷的探索過程中，如圖3所示在2006年實施的南京新華社項目中，已經采用BIM建筑信息化咨詢服務的形式進行有效的嘗試，在這個合作過程中再次證明了采用咨詢服務的模式給設計單位帶來價值。

圖3

眾所周知，在國外建筑師只完成設計的工作，繪圖的任務是交給專門的繪圖員完成的。而在國內建筑師不僅要做設計師還要做繪圖員。在整個項目中，建筑師需要把大量的時間花在繪圖工作上，而留給設計的時間屈指可數，這樣的工作方式，對于這樣一個重要的投標項目，要在最短的時間內以最高的設計水平提高設計的核心競爭力似乎顯得有些力不從心。

隨著城市規模的不斷擴大，建筑市場的需求越來越多，相應的設計單位的數量也迅速增加。從而給甲方在設計單位的選擇上帶來了更大的空間。如何有效表現本單位獨具一格、功能齊全、技術復雜的建筑設計是獲得甲方青睞的關鍵。投標的競爭對手又是實力強勁的設計單位，這就給設計競標增加了難度。

由于設計的要求與競爭日益激烈，甲方不再滿足于效果圖的表現。建筑師也不滿足于在設計的最后階段才看到自己的設計，建筑師希望能在任何時間都能檢驗自己設計的三維可視化成果。這樣才能根據三維虛擬空間的分析對設計作出恰當的改動。而目前，大部分建筑師是使用基于 AutoCAD 的二次開發軟件進行項目的設計，這只是把我們從過去繁重的手工繪圖解脫出來，達到了計算機輔助繪圖的層次，并沒有達到CAD的本意“計算機輔助設計”的層次，建筑師獲得的好處只是繪圖的速度的提高而不是設計水平的提高。我們迫切需要一種適合建筑師的計算機輔助設計軟件。

基于上述原因，我們決定嘗試由Autodesk公司收購研發的以建筑信息模型作為核心技術的軟件——Revit。

2.2項目背景

如圖4所示新華社項目位于南京市被譽為“中華第一商業步行街”的新街口正洪商業廣場，用地范圍位于中山東路的南破布營步行街以東，用地1.27萬m2，基地南側為正洪廣場，西側與新百大樓相對，東側與天豐大廈，正洪大廈接壤。地鐵2號線出入口位于方案基地北側。地理位置十分重要，可謂是南京新街口核心區最后一塊寶地。擬建的新華社項目是一幢集購物，娛樂，餐飲，酒店，公寓為一體的綜合性建筑。總建筑面積超過13.98萬m2，建成后必將成為南京市的標志性建筑。

2.3BIM解決方案的嘗試運用

以建筑信息模型作為核心技術的Autodesk Revit給設計院提供了滿足上述所有需要的關鍵解決方案。這個由建筑師開發的設計工具，使建筑師把更多的時間用在提高設計水平上，從而直接提高單位在市場上的核心競爭力。

Revit對建筑設計項目的介入是從計算機輔助繪圖到計算機輔助設計的一次飛越，與其他設計軟件相比，它有著不可比擬的優越性。

首先，Revit是生命力非常強的設計軟件，就在于它的“族”的概念，它有自我生長性，這賦予軟件無限的潛力，在這次新華社項目的設計中，如圖5所示，由于立面的玻璃幕墻體系，異于平時常見的橫平豎直的玻璃框，而是采用折線形狀的菱形的圖案作為玻璃幕墻的尺度劃分，采用變截面凸出的顯框鋁合金幕墻系統，如此特殊的玻璃幕墻形式用通常的設計軟件，使得建模工序相當繁瑣，然而運用Revit的玻璃嵌板族來做，只需要編輯一個族，再在其基礎上對特殊部位進行特殊處理，再利用這些族文件替換幕墻中的玻璃嵌板，使得問題得以輕松解決。

第二，Revit可以避免很多不必要的低級錯誤，這又可以節省很多的時間和精力。尤其是在進行大的設計項目，需要很多人同時進行設計時，建立服務器，在服務器上進行設計，在任何一方做出改動時，其他的人員隨即可以看到變化，更有利于多人之間的配合，這是我們常用CAD二維設計所無法取代的。此次項目中，我們運用了Revit的工作集(協同設計)，一人做塔樓一人做裙房，而且能隨時看到對方的設計結果，隨時可以做出更改并反映到圖紙上，過程中出現任何一點問題都能很容易地發現，平、立、剖面對不上的情況，在Revit繪制的圖紙中再也不會出現。本來五個人完成的圖紙量，現在實際情況兩個人用Revit 就很好地完成了。

除此之外，如圖6所示，Revit還有一個最大的特點在于從方案設計、到初步設計、到效果圖、漫游、日照分析、甚至到施工圖是一個整體，只需在一個軟件環境里就可以完成，不需要學習很多軟件，降低了學習成本、維護成本、沒有數據交換障礙問題、縮短了設計周期。這是 CAD平面圖+MAX+SU+天正所做不到的。我們之前要較好的完成一個項目起碼要動用到CAD、天正、Sketchup、3DMAX、PS 5種軟件，對設計人員的要求越來越高，然而Revit的出現使得從最初體塊的研究圖紙的表達不再需要。

3　使用三維信息化設計工具的現實意義

從已經熟悉的設計工具轉到另一個全新的設計平臺，是許多已經不是很年輕的建筑師面臨的頭一個難關。設計院在提升設計精細化品質的迫切愿望下，努力以積極的態度轉換設計習慣和方法，學習和掌握這一在理念上十分認同的新工具。而Revit軟件的人機交互界面比較符合建筑師的工作習慣，相比較傳統的“制圖”工具更接近去“設計”、甚至是“搭建”一座建筑。所有的工作不用在設計構

圖4

圖5

圖6

思與表達之間做過多的轉換，這也大大提升了建筑師對應用好這一工具的信心。通過新華社項目實際的運用，建筑師普遍感覺到新的設計工具在很多方面解決了長期困擾的問題：

3.1實現建筑設計與技術模擬的同步化

實現優秀的建筑設計，首先規劃設計的大關系，往往就決定了一個項目未來的發展走向。而傳統的方案構思設計階段只能依賴建筑師對該類建筑設計的理解做粗略分析，而模擬技術的發展，使得在設計初期對規劃布局、空間分布、體形關系選擇等方面進行定量的更加精確的模擬分析成為可能。以往的方案設計中，考慮到項目有限的設計周期和投入的人力成本等因素，都是建筑師先構思設計，大體定了方向，再由助理建筑師重新在模擬軟件里建三維模型進行模擬推敲，再將模擬結果和修正意見反饋給建筑師，建筑師再根據結果調整設計。中間總有很多互相“等提資”的時間，使得互動的次數不可能很多，而且經常被迫要在有限的時間里做出妥協性的選擇。而新的設計工具，設計方案從開始便在三維空間中進行體量分析，對象日照間距、體形系數、窗墻面積比等初步數據更始同步生成統計數據，而通用的三維數據模型也可方便的轉換到節能通風模擬軟件中進行計算。

3.2從令人“畏懼”的頻繁修改工作中解放出來

傳統模式中對修改的“畏懼”，很大程度上并不是來自完善、改進工作本身，而是修改往往牽一發而動全身，為了完善某個小細節而需要對大量相關設計相應進行調整。雖然建筑師往往希望對每個細節推敲到最后一刻，但隨之而來的煩瑣的重復修改，卻使得大多數情況下，不得不放棄對不是大原則問題的細節上的完美追求，而僅有精力去應對那些不得不改的地方帶來的龐雜而又單調的修改工作量。參數化設計工具首先確定了項目所有構件之間的關系，這些關系可實現協調和修改管理的功能。這些關系由軟件自動創建，也可以由設計者根據項目進行情況進行個性化定義(在數學和機械 CAD 中，定義這些關系的數字或特性稱為參數，因此該軟件的運行是參數化的)，這一概念非常重要，因為是該功能使得設計工具本身具有了基本的設計協調能力，使常規需要人力去解決的相互關聯問題很大程度上又更具效率和準確性的機器去完成，任何時間在項目中的任何位置進行修改，軟件都會在整個項目內按照既定的規則進行協調和修改。以往由于各種原因而進行的令人頭疼的反復調整，在參數化設計工具中成了讓人享受的事情。往常一個墻體、一扇窗洞的調整而帶來的相關修改不僅煩瑣，而且容易因人為疏漏而產生錯誤，有些錯誤經常到了施工中才發現，而那些往往已經成為永久的“遺憾”。通過參數化設計工具需要在配合研發調整優化建筑布局、開窗位置、尺寸時，建筑師完全沒有“畏懼”心理，而是積極而輕松地在三維的環境里與研究人員共同討論，同時可以同時在平面、立面、剖面乃至任何角度的三維透視空間中與研發人員一起分析最佳的效果。新華社項目由于是超高層建筑，涉及許多新技術、新材料的對比實驗，各個樓層的平面布局、功能需要、材料應用都不相同，很多位置甚至需要與特殊的室內設備和家具的布置精確化模擬分析，這使得隨著設計的不斷深入，在設計的全過程中，都會面臨大量反復的調整修改。而通過參數化設計工具越是到復雜的后期調整，其同步修改的優勢就體現愈加明顯，而完全不用擔心人為疏忽帶來的遺漏和錯誤完全同步修改就更加令人興奮。

3.3數據信息的實時統計，為精細化設計與技術和經濟因素的更緊密聯系提供可能

傳統上，由于與項目相關的各項技術統計工作量十分繁雜，只能在項目大階段完成時，進行必要的量的統計和經濟核算工作。而構件參數化的設計工具，提供了一種可以實現隨設計隨統計的同步數據采集匯總功能。使得設計人員可以在項目的不同階段就能根據設計或研究工作的需要，把通常只有到最后才敢做的面積計算、材料用量統計、表格編制等提前進行，而配合一定的單價計算，更可以對項目的經濟因素進行更有效的分析和控制。而不必擔心因某個修改而使這些“提前”的工作前功盡棄。而實現更有效的“經濟”設計，使建筑師的每一步工作都能同時落到實處，有效避免出現那種設計是很不錯的效果，但由于與投資偏差太大而成了不可能實現的“空中樓閣”的情況出現。

3.4三維信息化的設計工具實現與配合專業、業主乃至施工建設單位的更有效溝通

三維的設計環境更是給建筑師和業主在設計的各個階段多角度的觀察、體驗建筑的機會，傳統的設計模式，只是在方案階段有專業制作的主要角度的三維效果圖，而隨著設計深入進行的眾多調整，就只有建筑師自己在腦海里靠空間感覺去想象了。往往出現非專業的業主和配合工程師就更是只有項目建成了，才看到“真實”效果是怎樣的尷尬局面。在三維信息化設計工具工作環境，使得任意角度的三維效果生成只是一個簡單操作的事情，而且可以在生成的效果上進行相關部件的實時調整。

信息化的設計過程，使得我們可以更積極的控制建筑設計的各種經濟技術指標，同時與通風、日照、能耗等模擬技術實現跟蹤模擬，實現更精細化的節能生態設計； 利用三維信息化設計工具，我們可以隨時從更真實角度對設計成果進行評價和調整，避免更多通常可能建成后才發現的遺憾； 提高工作效率，大大減少了因為配合科研頻繁調整給設計人員帶來的工作量。

4　結語

三維信息化設計工具在新華社項目中的成功實踐給了設計院建筑師們莫大的信心，更加堅定了走全面提升設計品質、實現精細化建筑設計的道路，真正的提高單位的設計水平，以更高的生產效率和設計質量，來提升企業的市場競爭力。

[1]趙紅紅.信息化建筑設計[M]，中國建筑工業出版社， 2005.10.

[2](英)紹拉帕耶 著，吳曉、虞剛 譯.當代建筑與數字化設計[M]，中國建筑工業出版社， 2007.1.

[3]Digital Design and the Age of Building Simulation[EB/OL]，http：//www.aecbytes.com/viewpoint/2005/issue_19.html 2005.10.31

[4]http：//www.autodesk.com.

Excellent Design based on 3D Information-aided Design Tool

Lu Yang

(ShanghaiXiandaiArchitecture，Engineer&ConsultingCo.，Ltd.，Shanghai200041，China)

This article mainly explains the features of the Building Information Modeling & the value brought by the application of 3D information design tool in real projects in architecture information service，and it also introduces the significance of application of 3D information design tool to computer-aided architectural design.

Building Information Modeling； Building Information Counseling； Revit

陸揚(1981-)，男，上海現代建筑設計集團工程建設咨詢有限公司研發中心副主任。主要研究方向：項目管理和EPC項目的BIM技術與信息技術的集成應用。

TU17

A

1674-7461(2016)04-0050-06