精品设计依托于三维信息化设计工具

陆　扬

(上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司，上海　200041)



精品设计依托于三维信息化设计工具

陆扬

(上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司，上海200041)

本文主要阐述了建筑信息模型的特点以及建筑信息化咨询服务中运用三维信息化设计工具在实际工程项目中的应用带来的价值，并介绍了运用三维信息化工具对于计算机辅助建筑设计的意义。

建筑信息模型； 建筑信息化咨询服务； Revit

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

建筑信息模型(Building Information Modeling，简称BIM)，BIM首先解决的是整合整个设计流程，基于实现全过程的与现行设计标准、信息标准无缝结合，使其易用性、整合性空前强大。美国建筑师协会(AIA)做出了如下评论：“它是结合了项目信息数据库的信息模型技术，它有望从根本上改变工程项目的建成方式和项目各方的沟通方式。”

1　建筑信息模型的特点

1.1整合设计过程

BIM不仅仅是电子文件交换的概念，而是提供了一个空前互用的模型平台，进而改变了设计创造、沟通和实施的方式。由于整合了所有设计参数和资料，意味着该模型可以用于成本估算、建筑模拟、工程计划、能源分析、结构设计、地理信息集成、建造、采购管理和设备管理等专业服务和过程。

BIM的建筑信息模型对于工程资料信息的整合能力远远超过了目前大多设计软件公司，基于整合的、参数化的、基于对象的系统将导致设计和建造方式的巨变。事实上BIM技术之前的发展与一些大型的设计软件公司的支持分不开。如图1所示，是其中六款核心BIM模型软件。

图1

1.2通过信息共享增值

这似乎是个老套的命题，但是BIM共享将使得设计过程不仅仅限于提交设计成果本身，而是不断被补充完善的建筑信息库。这些信息被整合在建筑模型当中，并可以按照各个专业领域的标准被提炼出来，使得BIM成为一个工程项目生命周期工具，它可以用于建筑维护和资产管理。

其实纵观国际建筑设计前沿，整合性设计以及更加数字化、专业化的分析工具的应用正是推动BIM这种工具出现的动力。如图2所示，从项目管理的角度来看，更加重要的是这种资源整合、过程整合以及无缝交流的前景。

图2　建筑信息模型的整合

2　BIM建筑信息化咨询服务——南京新华社项目

BIM建筑信息化咨询服务是通过创新的数字化技术与不断改进人与建筑项目间互动的基础研究，并提供客户具高度创造力的、全新的、完整的建筑解决方案。面对变化愈来愈快的建筑行业环境，就必须要有一个解决方案，帮助中国的建筑行业、建筑师、工程师们能运用最先进的工具，面对新的职业挑战，增强核心竞争力。

2.1面临的挑战

建筑设计的主要价值之一，在于空间形态的塑造，以及更好地理解空间与人之间的关系。应用三维信息化设计工具不仅能给设计者或使用者直观的空间形态，更能通过简单的操作，通过数字化创新，创造新价值。对于行业解决方案不断的探索过程中，如图3所示在2006年实施的南京新华社项目中，已经采用BIM建筑信息化咨询服务的形式进行有效的尝试，在这个合作过程中再次证明了采用咨询服务的模式给设计单位带来价值。

图3

众所周知，在国外建筑师只完成设计的工作，绘图的任务是交给专门的绘图员完成的。而在国内建筑师不仅要做设计师还要做绘图员。在整个项目中，建筑师需要把大量的时间花在绘图工作上，而留给设计的时间屈指可数，这样的工作方式，对于这样一个重要的投标项目，要在最短的时间内以最高的设计水平提高设计的核心竞争力似乎显得有些力不从心。

随着城市规模的不断扩大，建筑市场的需求越来越多，相应的设计单位的数量也迅速增加。从而给甲方在设计单位的选择上带来了更大的空间。如何有效表现本单位独具一格、功能齐全、技术复杂的建筑设计是获得甲方青睐的关键。投标的竞争对手又是实力强劲的设计单位，这就给设计竞标增加了难度。

由于设计的要求与竞争日益激烈，甲方不再满足于效果图的表现。建筑师也不满足于在设计的最后阶段才看到自己的设计，建筑师希望能在任何时间都能检验自己设计的三维可视化成果。这样才能根据三维虚拟空间的分析对设计作出恰当的改动。而目前，大部分建筑师是使用基于 AutoCAD 的二次开发软件进行项目的设计，这只是把我们从过去繁重的手工绘图解脱出来，达到了计算机辅助绘图的层次，并没有达到CAD的本意“计算机辅助设计”的层次，建筑师获得的好处只是绘图的速度的提高而不是设计水平的提高。我们迫切需要一种适合建筑师的计算机辅助设计软件。

基于上述原因，我们决定尝试由Autodesk公司收购研发的以建筑信息模型作为核心技术的软件——Revit。

2.2项目背景

如图4所示新华社项目位于南京市被誉为“中华第一商业步行街”的新街口正洪商业广场，用地范围位于中山东路的南破布营步行街以东，用地1.27万m2，基地南侧为正洪广场，西侧与新百大楼相对，东侧与天丰大厦，正洪大厦接壤。地铁2号线出入口位于方案基地北侧。地理位置十分重要，可谓是南京新街口核心区最后一块宝地。拟建的新华社项目是一幢集购物，娱乐，餐饮，酒店，公寓为一体的综合性建筑。总建筑面积超过13.98万m2，建成后必将成为南京市的标志性建筑。

2.3BIM解决方案的尝试运用

以建筑信息模型作为核心技术的Autodesk Revit给设计院提供了满足上述所有需要的关键解决方案。这个由建筑师开发的设计工具，使建筑师把更多的时间用在提高设计水平上，从而直接提高单位在市场上的核心竞争力。

Revit对建筑设计项目的介入是从计算机辅助绘图到计算机辅助设计的一次飞越，与其他设计软件相比，它有着不可比拟的优越性。

首先，Revit是生命力非常强的设计软件，就在于它的“族”的概念，它有自我生长性，这赋予软件无限的潜力，在这次新华社项目的设计中，如图5所示，由于立面的玻璃幕墙体系，异于平时常见的横平竖直的玻璃框，而是采用折线形状的菱形的图案作为玻璃幕墙的尺度划分，采用变截面凸出的显框铝合金幕墙系统，如此特殊的玻璃幕墙形式用通常的设计软件，使得建模工序相当繁琐，然而运用Revit的玻璃嵌板族来做，只需要编辑一个族，再在其基础上对特殊部位进行特殊处理，再利用这些族文件替换幕墙中的玻璃嵌板，使得问题得以轻松解决。

第二，Revit可以避免很多不必要的低级错误，这又可以节省很多的时间和精力。尤其是在进行大的设计项目，需要很多人同时进行设计时，建立服务器，在服务器上进行设计，在任何一方做出改动时，其他的人员随即可以看到变化，更有利于多人之间的配合，这是我们常用CAD二维设计所无法取代的。此次项目中，我们运用了Revit的工作集(协同设计)，一人做塔楼一人做裙房，而且能随时看到对方的设计结果，随时可以做出更改并反映到图纸上，过程中出现任何一点问题都能很容易地发现，平、立、剖面对不上的情况，在Revit绘制的图纸中再也不会出现。本来五个人完成的图纸量，现在实际情况两个人用Revit 就很好地完成了。

除此之外，如图6所示，Revit还有一个最大的特点在于从方案设计、到初步设计、到效果图、漫游、日照分析、甚至到施工图是一个整体，只需在一个软件环境里就可以完成，不需要学习很多软件，降低了学习成本、维护成本、没有数据交换障碍问题、缩短了设计周期。这是 CAD平面图+MAX+SU+天正所做不到的。我们之前要较好的完成一个项目起码要动用到CAD、天正、Sketchup、3DMAX、PS 5种软件，对设计人员的要求越来越高，然而Revit的出现使得从最初体块的研究图纸的表达不再需要。

3　使用三维信息化设计工具的现实意义

从已经熟悉的设计工具转到另一个全新的设计平台，是许多已经不是很年轻的建筑师面临的头一个难关。设计院在提升设计精细化品质的迫切愿望下，努力以积极的态度转换设计习惯和方法，学习和掌握这一在理念上十分认同的新工具。而Revit软件的人机交互界面比较符合建筑师的工作习惯，相比较传统的“制图”工具更接近去“设计”、甚至是“搭建”一座建筑。所有的工作不用在设计构

图4

图5

图6

思与表达之间做过多的转换，这也大大提升了建筑师对应用好这一工具的信心。通过新华社项目实际的运用，建筑师普遍感觉到新的设计工具在很多方面解决了长期困扰的问题：

3.1实现建筑设计与技术模拟的同步化

实现优秀的建筑设计，首先规划设计的大关系，往往就决定了一个项目未来的发展走向。而传统的方案构思设计阶段只能依赖建筑师对该类建筑设计的理解做粗略分析，而模拟技术的发展，使得在设计初期对规划布局、空间分布、体形关系选择等方面进行定量的更加精确的模拟分析成为可能。以往的方案设计中，考虑到项目有限的设计周期和投入的人力成本等因素，都是建筑师先构思设计，大体定了方向，再由助理建筑师重新在模拟软件里建三维模型进行模拟推敲，再将模拟结果和修正意见反馈给建筑师，建筑师再根据结果调整设计。中间总有很多互相“等提资”的时间，使得互动的次数不可能很多，而且经常被迫要在有限的时间里做出妥协性的选择。而新的设计工具，设计方案从开始便在三维空间中进行体量分析，对象日照间距、体形系数、窗墙面积比等初步数据更始同步生成统计数据，而通用的三维数据模型也可方便的转换到节能通风模拟软件中进行计算。

3.2从令人“畏惧”的频繁修改工作中解放出来

传统模式中对修改的“畏惧”，很大程度上并不是来自完善、改进工作本身，而是修改往往牵一发而动全身，为了完善某个小细节而需要对大量相关设计相应进行调整。虽然建筑师往往希望对每个细节推敲到最后一刻，但随之而来的烦琐的重复修改，却使得大多数情况下，不得不放弃对不是大原则问题的细节上的完美追求，而仅有精力去应对那些不得不改的地方带来的庞杂而又单调的修改工作量。参数化设计工具首先确定了项目所有构件之间的关系，这些关系可实现协调和修改管理的功能。这些关系由软件自动创建，也可以由设计者根据项目进行情况进行个性化定义(在数学和机械 CAD 中，定义这些关系的数字或特性称为参数，因此该软件的运行是参数化的)，这一概念非常重要，因为是该功能使得设计工具本身具有了基本的设计协调能力，使常规需要人力去解决的相互关联问题很大程度上又更具效率和准确性的机器去完成，任何时间在项目中的任何位置进行修改，软件都会在整个项目内按照既定的规则进行协调和修改。以往由于各种原因而进行的令人头疼的反复调整，在参数化设计工具中成了让人享受的事情。往常一个墙体、一扇窗洞的调整而带来的相关修改不仅烦琐，而且容易因人为疏漏而产生错误，有些错误经常到了施工中才发现，而那些往往已经成为永久的“遗憾”。通过参数化设计工具需要在配合研发调整优化建筑布局、开窗位置、尺寸时，建筑师完全没有“畏惧”心理，而是积极而轻松地在三维的环境里与研究人员共同讨论，同时可以同时在平面、立面、剖面乃至任何角度的三维透视空间中与研发人员一起分析最佳的效果。新华社项目由于是超高层建筑，涉及许多新技术、新材料的对比实验，各个楼层的平面布局、功能需要、材料应用都不相同，很多位置甚至需要与特殊的室内设备和家具的布置精确化模拟分析，这使得随着设计的不断深入，在设计的全过程中，都会面临大量反复的调整修改。而通过参数化设计工具越是到复杂的后期调整，其同步修改的优势就体现愈加明显，而完全不用担心人为疏忽带来的遗漏和错误完全同步修改就更加令人兴奋。

3.3数据信息的实时统计，为精细化设计与技术和经济因素的更紧密联系提供可能

传统上，由于与项目相关的各项技术统计工作量十分繁杂，只能在项目大阶段完成时，进行必要的量的统计和经济核算工作。而构件参数化的设计工具，提供了一种可以实现随设计随统计的同步数据采集汇总功能。使得设计人员可以在项目的不同阶段就能根据设计或研究工作的需要，把通常只有到最后才敢做的面积计算、材料用量统计、表格编制等提前进行，而配合一定的单价计算，更可以对项目的经济因素进行更有效的分析和控制。而不必担心因某个修改而使这些“提前”的工作前功尽弃。而实现更有效的“经济”设计，使建筑师的每一步工作都能同时落到实处，有效避免出现那种设计是很不错的效果，但由于与投资偏差太大而成了不可能实现的“空中楼阁”的情况出现。

3.4三维信息化的设计工具实现与配合专业、业主乃至施工建设单位的更有效沟通

三维的设计环境更是给建筑师和业主在设计的各个阶段多角度的观察、体验建筑的机会，传统的设计模式，只是在方案阶段有专业制作的主要角度的三维效果图，而随着设计深入进行的众多调整，就只有建筑师自己在脑海里靠空间感觉去想象了。往往出现非专业的业主和配合工程师就更是只有项目建成了，才看到“真实”效果是怎样的尴尬局面。在三维信息化设计工具工作环境，使得任意角度的三维效果生成只是一个简单操作的事情，而且可以在生成的效果上进行相关部件的实时调整。

信息化的设计过程，使得我们可以更积极的控制建筑设计的各种经济技术指标，同时与通风、日照、能耗等模拟技术实现跟踪模拟，实现更精细化的节能生态设计； 利用三维信息化设计工具，我们可以随时从更真实角度对设计成果进行评价和调整，避免更多通常可能建成后才发现的遗憾； 提高工作效率，大大减少了因为配合科研频繁调整给设计人员带来的工作量。

4　结语

三维信息化设计工具在新华社项目中的成功实践给了设计院建筑师们莫大的信心，更加坚定了走全面提升设计品质、实现精细化建筑设计的道路，真正的提高单位的设计水平，以更高的生产效率和设计质量，来提升企业的市场竞争力。

[1]赵红红.信息化建筑设计[M]，中国建筑工业出版社， 2005.10.

[2](英)绍拉帕耶 著，吴晓、虞刚 译.当代建筑与数字化设计[M]，中国建筑工业出版社， 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

陆扬(1981-)，男，上海现代建筑设计集团工程建设咨询有限公司研发中心副主任。主要研究方向：项目管理和EPC项目的BIM技术与信息技术的集成应用。

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