BIM轉(zhuǎn)型背景下的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法探索

田晶

前言

系統(tǒng)化設(shè)計(jì)的概念早在19世紀(jì)70年代就被提出，其核心在于將設(shè)計(jì)看作是由若干設(shè)計(jì)要素組成的一個(gè)整體，各要素具有獨(dú)立性且發(fā)生著有機(jī)的聯(lián)系。在此后的幾十年，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣，內(nèi)容也越來(lái)越豐富。對(duì)于一些較大規(guī)模、較為復(fù)雜的項(xiàng)目，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)曾是非常有效的解決方案。通過(guò)對(duì)設(shè)計(jì)邏輯性的梳理和提煉，將其貫穿于設(shè)計(jì)管理和設(shè)計(jì)控制過(guò)程中，形成系統(tǒng)性的設(shè)計(jì)工作組織框架與設(shè)計(jì)控制邏輯。

從設(shè)計(jì)本身的角度來(lái)看，由傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工作方法和技術(shù)手段（當(dāng)下得到普遍應(yīng)用，以二維計(jì)算機(jī)輔助制圖和紙質(zhì)圖形交付為核心的設(shè)計(jì)模式）向BIM設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)型的過(guò)程，不僅是個(gè)別軟件的更替或圖紙形式的變化，更本質(zhì)的是設(shè)計(jì)組織與設(shè)計(jì)管理思維方式的轉(zhuǎn)變和進(jìn)化。在BIM設(shè)計(jì)被大家津津樂(lè)道的今天，系統(tǒng)化設(shè)計(jì)在BIM的語(yǔ)境下又產(chǎn)生了新的面貌。在這里，不妨粗淺地借用一些管理領(lǐng)域的概念來(lái)闡述這種演進(jìn)的過(guò)程，提出一些自己的理解。

“1.0 經(jīng)驗(yàn)型”：主持人時(shí)代

經(jīng)驗(yàn)型的設(shè)計(jì)模式，也可以稱(chēng)作“專(zhuān)家型”，是我們?cè)?jīng)最熟悉的“工程主持人”的時(shí)代。這種類(lèi)型的設(shè)計(jì)常常由一個(gè)或幾個(gè)經(jīng)驗(yàn)豐富的“專(zhuān)家”統(tǒng)領(lǐng)團(tuán)隊(duì)，一切設(shè)計(jì)資源都圍繞這些專(zhuān)家運(yùn)轉(zhuǎn)，他們對(duì)自己職責(zé)范圍內(nèi)的設(shè)計(jì)全權(quán)負(fù)責(zé)，并具有絕對(duì)的權(quán)威。

在此設(shè)計(jì)模式中，主持人們各自負(fù)責(zé)自己的設(shè)計(jì)范圍，特別是較大型的項(xiàng)目需要多人完成時(shí)，常以區(qū)塊劃分責(zé)任范圍，最終的設(shè)計(jì)成果由各區(qū)塊的設(shè)計(jì)成果“拼接”而成。此外，這類(lèi)型的設(shè)計(jì)經(jīng)常“只留結(jié)果，不留痕跡”。關(guān)鍵問(wèn)題的識(shí)別、解決和呈現(xiàn)，憑借的大多是個(gè)人思考、經(jīng)驗(yàn)而產(chǎn)生的判斷，其背后的個(gè)人知識(shí)框架、思維邏輯、知識(shí)信息，具有一定原始和內(nèi)化的系統(tǒng)性。在以“師徒傳承”方式延續(xù)的過(guò)程中，產(chǎn)生了模糊、誤解、損失、變異和補(bǔ)充，不具備足夠的客觀性和可追溯性，從而也就逐漸喪失系統(tǒng)性的效力（圖1，2）。

在設(shè)計(jì)個(gè)性化特征較強(qiáng)時(shí)，經(jīng)驗(yàn)型的設(shè)計(jì)管理方式是非常高效的。因此，這種模式在很多設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)和設(shè)計(jì)項(xiàng)目中仍被持續(xù)應(yīng)用，并且在一定范圍內(nèi)依然能夠達(dá)到很好的效果。

“2.0 科學(xué)型”：計(jì)劃協(xié)作時(shí)代

當(dāng)項(xiàng)目越來(lái)越復(fù)雜，而各種資源（人、時(shí)間和成本等）都更受限時(shí)，在經(jīng)驗(yàn)型的設(shè)計(jì)模式下越來(lái)越難以有效地推進(jìn)項(xiàng)目。此時(shí)，科學(xué)性的設(shè)計(jì)管理模式出現(xiàn)并很好地化解了這個(gè)矛盾?？茖W(xué)型的設(shè)計(jì)管理本質(zhì)在于將設(shè)計(jì)中具備理性和邏輯性的部分中的個(gè)人經(jīng)驗(yàn)、偏好、價(jià)值判斷逐漸剝離，而以“規(guī)則”取而代之。采用科學(xué)化的手段使原本內(nèi)化的系統(tǒng)性顯現(xiàn)出來(lái)，以某種形式固化下來(lái)。系統(tǒng)化變成一套可追溯、可編輯的體系，通過(guò)積累和調(diào)整而日臻完善。

在此原則的指引下，一整套諸如設(shè)計(jì)范例、制圖標(biāo)準(zhǔn)、文件管理守則等設(shè)計(jì)管理系統(tǒng)化的文件應(yīng)運(yùn)而生。項(xiàng)目責(zé)任拆分的原則也不再是二維的物理空間區(qū)塊界限，而是著眼于設(shè)計(jì)對(duì)象本身?？茖W(xué)型設(shè)計(jì)得益于計(jì)算機(jī)輔助制圖的迅速發(fā)展，設(shè)計(jì)圖形擺脫了紙質(zhì)時(shí)代的“物質(zhì)唯一性”，可以被多個(gè)終端引用，并利用與軟件中“圖層”相似的概念，將不同的設(shè)計(jì)對(duì)象“疊合”為整體（圖3，4）。

在一套清晰的設(shè)計(jì)流程、制圖原則、設(shè)計(jì)規(guī)則的控制下，系統(tǒng)內(nèi)的每個(gè)設(shè)計(jì)師都能夠各司其職，互不干擾地執(zhí)行貫徹整體系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主旨和標(biāo)準(zhǔn)，完成設(shè)計(jì)。在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)，通過(guò)持續(xù)地發(fā)展完善2.0的科學(xué)型設(shè)計(jì)管理模式，我們能夠很好地完成大量的設(shè)計(jì)任務(wù)。

“3.0 敏捷型”：BIM協(xié)作時(shí)代

在迫切地感到需要對(duì)已有的科學(xué)型模式進(jìn)行突破性的變革之前，BIM就已經(jīng)進(jìn)入了我們的視野。BIM設(shè)計(jì)模式代表的是一種更新的方式，在這里我們稱(chēng)之為“敏捷型”。敏捷型的關(guān)鍵在于整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中緊盯“愿景”而非“計(jì)劃”。所謂愿景是指設(shè)計(jì)最終的目標(biāo)和完整的設(shè)計(jì)成果；計(jì)劃是指對(duì)時(shí)間和交付成果之間關(guān)系的一種邏輯表達(dá)?！懊艚荨眲t體現(xiàn)在縮短交付周期，隨時(shí)根據(jù)整體目標(biāo)對(duì)當(dāng)前的行為方向和交付成果做校正，確保設(shè)計(jì)朝著正確的方向推進(jìn)。

舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：建筑三視圖（平面、剖面和立面）原本是設(shè)計(jì)信息傳遞的方式，但當(dāng)它們成為唯一便捷操作的設(shè)計(jì)界面時(shí)，常會(huì)使設(shè)計(jì)師忽視了設(shè)計(jì)其他層面的信息，而將傳遞方式作為設(shè)計(jì)內(nèi)容本身來(lái)看待，并成為設(shè)計(jì)活動(dòng)關(guān)注的焦點(diǎn)。這種本末倒置的現(xiàn)象，在BIM技術(shù)實(shí)現(xiàn)了建筑的“虛擬建造并交付”之后，相信會(huì)有所改觀。

如果建筑設(shè)計(jì)的目標(biāo)就是建筑或者說(shuō)房子本身，那么大可直接“搭建并交付一座房子”，為何還需要一疊圖紙？跳出信息傳遞形式的桎梏，擺脫對(duì)設(shè)計(jì)三視圖的過(guò)度關(guān)注，一切設(shè)計(jì)活動(dòng)都圍繞在“建造房子”本身。借助BIM軟件的系統(tǒng)框架的搭建，在設(shè)計(jì)全過(guò)程中設(shè)計(jì)信息是唯一且整體的，隨時(shí)可以交付或接受查閱、校驗(yàn)，也就實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)信息與交付成果之間的統(tǒng)一。在二維計(jì)算機(jī)輔助制圖的基礎(chǔ)上，BIM設(shè)計(jì)技術(shù)通過(guò)對(duì)不同部件操作權(quán)限控制設(shè)置權(quán)限“鑰匙串”，進(jìn)一步突破了設(shè)計(jì)文件的“操作權(quán)限唯一性”，從而實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)多終端操作和更新。每個(gè)人隨時(shí)都在“整體”中工作，每個(gè)人也能夠隨時(shí)接受“整體”的最新信息（圖5）。

桂林機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目實(shí)踐

桂林兩江國(guó)際機(jī)場(chǎng)擴(kuò)建工程——T2航站樓項(xiàng)目建筑規(guī)模10萬(wàn)m2，可滿(mǎn)足年旅客吞吐量850萬(wàn)人次。北京市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司于2014年底以原創(chuàng)方案中標(biāo)，隨后便開(kāi)始了深化設(shè)計(jì)。此時(shí)，我們團(tuán)隊(duì)正處于由2.0時(shí)代向3.0時(shí)代轉(zhuǎn)型的初期探索階段。

航站樓設(shè)計(jì)以緊湊的U形建筑構(gòu)型，高效的建筑平面功能布局，支撐起了國(guó)內(nèi)國(guó)際旅客流程和24個(gè)近機(jī)位功能。建筑造型的靈感來(lái)自于極具地域特性的桂林山水的意向，兼具了理性的規(guī)劃與建筑功能空間組織和浪漫而富于詩(shī)意的建筑形式（圖6，7）。項(xiàng)目深化設(shè)計(jì)階段涉及五家主要設(shè)計(jì)單位、十幾個(gè)專(zhuān)業(yè)（包括建筑、結(jié)構(gòu)、暖通、給排水、電氣、民航弱電、行李、幕墻、屋面、雨水、照明、道橋、站坪跑道等）及眾多專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)顧問(wèn)。在設(shè)計(jì)管理層面，我們一方面希望將設(shè)計(jì)推向更準(zhǔn)確、高效和卓越的目標(biāo)；另一方面也面臨著各種設(shè)計(jì)資源相對(duì)緊張的尷尬現(xiàn)實(shí)。

以上種種因素共同促使我們必須更深入有效地執(zhí)行系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法，并自發(fā)地將注意力投向BIM設(shè)計(jì)領(lǐng)域。正是由于這種從設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)自發(fā)形成的BIM實(shí)踐，讓我們避免了對(duì)BIM設(shè)計(jì)成果完整度和廣度的苛求，而是更多地著眼于解決實(shí)際問(wèn)題以及“如何真正提升設(shè)計(jì)質(zhì)量”本身。因此，我們一方面寄希望于BIM能夠避免重復(fù)性的設(shè)計(jì)勞動(dòng)，提供高效和便利。同時(shí)，更重要的是我們期待BIM的引入能將延續(xù)多年的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)方法推向一個(gè)全新、快速提升的通道。

研究2.0的框架各內(nèi)容如何與3.0的框架進(jìn)行對(duì)接

首先我們將2.0的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與3.0 BIM設(shè)計(jì)進(jìn)行比對(duì)，逐個(gè)確定對(duì)接路徑。通過(guò)比對(duì)不難發(fā)現(xiàn)，BIM設(shè)計(jì)軟件（本項(xiàng)目以Revit為例）將2.0時(shí)代系統(tǒng)化設(shè)計(jì)框架進(jìn)行了大量的內(nèi)置工作，兩者的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)之間有明晰的對(duì)應(yīng)關(guān)系，因此項(xiàng)目從系統(tǒng)化的設(shè)計(jì)方法移植到BIM的設(shè)計(jì)平臺(tái)上，似乎是水到渠成的事。但實(shí)際操作過(guò)程中仍需要大量細(xì)致和繁瑣的對(duì)接工作，這也是長(zhǎng)久以來(lái)許多項(xiàng)目無(wú)法實(shí)現(xiàn)全BIM設(shè)計(jì)并出圖的原因之一。同時(shí)，因?yàn)榇罅康膬?nèi)置固化系統(tǒng)性地存在于軟件內(nèi)部，從某種程度上也可能會(huì)限制設(shè)計(jì)師構(gòu)建系統(tǒng)的自由度。與從前相比，設(shè)計(jì)師必須更好地掌握軟件原理，熟悉其內(nèi)部邏輯，并根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際需要組建項(xiàng)目設(shè)計(jì)的邏輯。這也是設(shè)計(jì)師需面臨的新挑戰(zhàn)（表1）。

在2.0框架下局部將原設(shè)計(jì)子系統(tǒng)替換為BIM設(shè)計(jì)

本項(xiàng)目中，在設(shè)計(jì)中按照部件的拆分原則，劃分了多個(gè)子項(xiàng)設(shè)計(jì)內(nèi)容。在這次嘗試中，我們將大量建筑部件子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)交給BIM去實(shí)現(xiàn)。這些部件是按照部件屬性劃分，單個(gè)部件子系統(tǒng)內(nèi)部具有較高的相似性和可重復(fù)性，因此可以充分發(fā)揮BIM設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)。一旦制定好某一個(gè)部件的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)后，其他部件即變成了相對(duì)簡(jiǎn)單的復(fù)制和局部的調(diào)整工作。同時(shí)，基于BIM設(shè)計(jì)三維信息的一致性以及非幾何信息的加入，使得子項(xiàng)的設(shè)計(jì)精確度得到了充分的保障，設(shè)計(jì)深度也有了顯著的提升（圖8，9）。

建筑造型與外圍護(hù)設(shè)計(jì)：由“三維模型設(shè)計(jì)”向“信息模型設(shè)計(jì)”推進(jìn)

建筑造型設(shè)計(jì)是從具象到抽象再到具象的過(guò)程?！肮鹆稚剿备拍?，落實(shí)到具象的視覺(jué)圖像中，手繪的線(xiàn)條是對(duì)圖像的初步提煉，柔和的曲線(xiàn)是山、水兩個(gè)元素的共同特征。經(jīng)過(guò)高度概況簡(jiǎn)化后的一組舒緩展開(kāi)、層層堆疊的曲線(xiàn)組合成為了建筑形體設(shè)計(jì)的平面幾何原型。從圖像到空間的轉(zhuǎn)換，是在諸如SketchUp、Rhinoceros等軟件中實(shí)現(xiàn)的。對(duì)于虛、實(shí)的解讀，對(duì)層疊的建筑表達(dá)，對(duì)結(jié)構(gòu)體系的構(gòu)建，都在這個(gè)三維設(shè)計(jì)的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)（圖10～13）。

我們采用了常規(guī)三維設(shè)計(jì)方法，能夠?qū)崿F(xiàn)方案設(shè)計(jì)階段的建筑造型設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)、外圍護(hù)設(shè)計(jì)深度要求。進(jìn)入到深化設(shè)計(jì)階段后，便開(kāi)始面臨著如何對(duì)這個(gè)非單一復(fù)雜曲面構(gòu)成的形體進(jìn)行精確控制和分析問(wèn)題。只關(guān)注三維形體結(jié)果的設(shè)計(jì)方法顯然已經(jīng)不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)需求，現(xiàn)在的設(shè)計(jì)必須可精確控制、可追溯和調(diào)整、可被讀取和分析（圖14）。

通過(guò)對(duì)曲面構(gòu)成進(jìn)行解析，確定了控制性的斷面，并制定了“控制性初始數(shù)據(jù)+腳本帶入軟件程序計(jì)算，最終曲面成形”的技術(shù)路線(xiàn)。初始數(shù)據(jù)可對(duì)如檐口形態(tài)、天窗尺寸、建筑高度等建筑關(guān)鍵信息進(jìn)行精確控制，“腳本+軟件”的路線(xiàn)實(shí)現(xiàn)了曲面的可追溯（圖15）。

精確成形的曲面帶有基本的結(jié)構(gòu)合理性和邏輯性，實(shí)現(xiàn)了建筑結(jié)構(gòu)一體化的設(shè)計(jì)目標(biāo)。在帶有生成路線(xiàn)和結(jié)構(gòu)信息的曲面基礎(chǔ)上，進(jìn)一步對(duì)天窗和檐口細(xì)部進(jìn)行二次定位（圖16）。幾何體量在三維信息之外還具有一定的建筑屬性。

引入3.0的設(shè)計(jì)管理思維，實(shí)時(shí)關(guān)注全局設(shè)計(jì)信息

全三維設(shè)計(jì)，是BIM相對(duì)于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的第一個(gè)飛躍。但與之相比，“信息”也許是BIM更核心的價(jià)值，也是未來(lái)更具潛力的發(fā)展方向，我們可以將其理解為設(shè)計(jì)的第四個(gè)維度。所謂敏捷型管理模式，前文已陳述過(guò)其關(guān)鍵是實(shí)時(shí)地監(jiān)控和調(diào)整實(shí)施情況，始終以最終的交付成果為導(dǎo)向。因此，實(shí)時(shí)地關(guān)注設(shè)計(jì)信息，并隨時(shí)根據(jù)信息做出設(shè)計(jì)調(diào)整，使設(shè)計(jì)始終朝著正確的方向進(jìn)行，這也是本項(xiàng)目的第四個(gè)實(shí)踐點(diǎn)。

在本項(xiàng)目中，我們采用了階段性的BIM跟進(jìn)策略，每一次階段性設(shè)計(jì)完成后，在BIM軟件中更新一次模型。由相應(yīng)的模型得到階段設(shè)計(jì)所關(guān)注的關(guān)鍵信息，將數(shù)據(jù)和信息導(dǎo)出并進(jìn)行分析，以確認(rèn)是否與初始設(shè)計(jì)條件和隨著設(shè)計(jì)推展而不斷更新的設(shè)計(jì)需求匹配，并根據(jù)分析比對(duì)的結(jié)果對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整?！霸O(shè)計(jì)—審視信息—調(diào)整設(shè)計(jì)”的流程在設(shè)計(jì)過(guò)程中反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，形成良性循環(huán)。這當(dāng)然是一種常規(guī)的設(shè)計(jì)方法和需要，而B(niǎo)IM大大提高了此過(guò)程的效率和準(zhǔn)確率，將設(shè)計(jì)師的主要精力從“收集信息”解脫出來(lái)轉(zhuǎn)移到“審視信息”，并將許多從前設(shè)計(jì)中難以獲取甚至無(wú)從獲取的“隱性信息”變成了可以被隨時(shí)獲取的“顯性信息”。于是BIM變成了設(shè)計(jì)師的“顯微鏡”、“望遠(yuǎn)鏡”和“紅外鏡”，拓展了設(shè)計(jì)師的視野，并改變了我們看待設(shè)計(jì)的方式。這種看似細(xì)微的變化，卻帶來(lái)了設(shè)計(jì)方法和思維方式的革新（圖17～23，表2）。

遇到的問(wèn)題與解決的方法

在這個(gè)過(guò)渡階段，基本設(shè)計(jì)框架仍然采用2.0的模式和平臺(tái)，我們大量的精力消耗在了兩個(gè)系統(tǒng)的相互轉(zhuǎn)換和協(xié)調(diào)，以及非BIM設(shè)計(jì)部分與BIM 設(shè)計(jì)文件的銜接工作中。最終的圖紙由二維設(shè)計(jì)部分和BIM設(shè)計(jì)部分共同組成，部分信息會(huì)出現(xiàn)在同一張圖紙中。而受限于前文所述的前期對(duì)接工作不夠到位的制約，導(dǎo)致出現(xiàn)了兩者的表達(dá)形式與深度不統(tǒng)一、對(duì)接界面不夠清晰和技術(shù)障礙頻繁出現(xiàn)等問(wèn)題。但相信這種情況是暫時(shí)的，在現(xiàn)階段是可以被接受并且能夠通過(guò)經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)的積累而被改進(jìn)的。

在本項(xiàng)目中，BIM全信息模型的滯后也是一件相當(dāng)遺憾的事。階段性地根據(jù)二維圖紙更新模型，在時(shí)間上必然落后于設(shè)計(jì)進(jìn)程，得到的信息和對(duì)信息的反饋都是滯后的，這就造成對(duì)信息的分析針對(duì)性和實(shí)效性有所下降，對(duì)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性也大打折扣。但這種思維方式和設(shè)計(jì)方法本身具有相當(dāng)大的潛力，相信隨著B(niǎo)IM應(yīng)用的深入，在能夠全面取代二維設(shè)計(jì)之時(shí)，滯后的情形也將隨之消失。

以上這些淺顯的實(shí)踐告訴我們，真正困難的并不是這些操作層面的問(wèn)題，而是如何在背后理論性思考的基礎(chǔ)上，結(jié)合實(shí)際條件去恰當(dāng)而有效地應(yīng)用。

結(jié)語(yǔ)

本項(xiàng)目在BIM方面的實(shí)踐探索尚未完全結(jié)束，很多思路的開(kāi)啟、認(rèn)識(shí)和實(shí)操的盲區(qū)仍在不斷地涌現(xiàn)出來(lái)?；谙到y(tǒng)化設(shè)計(jì)的思考，是BIM背景下一個(gè)很小的話(huà)題，討論范圍也僅局限于當(dāng)前國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)行業(yè)本身以及設(shè)計(jì)流程內(nèi)部。稱(chēng)不上理論，更不算系統(tǒng)，唯望能帶給設(shè)計(jì)師們一點(diǎn)啟發(fā)。

隨著項(xiàng)目越來(lái)越趨于綜合和復(fù)雜，其內(nèi)涵也越來(lái)越豐富，建筑設(shè)計(jì)行業(yè)也在一步步向著科學(xué)型、智慧型的方向發(fā)展。行業(yè)的挑戰(zhàn)和轉(zhuǎn)型是多方面的綜合性問(wèn)題，相信這種自?xún)?nèi)而外的設(shè)計(jì)方法也會(huì)不斷更新，積極推動(dòng)行業(yè)的發(fā)展。