以协同设计思维迎接三维建筑设计时代

来源:用户上传      作者: 卜一秋

　　1993年末我在加拿大蒙特利尔麦吉尔大学作短期访问．在研究生工作室见到一幅漫画，一位建筑师坐在一台电脑上．操着丁宇尺三角板画得正起劲儿。这幅漫画给我印象颇深。因为那时用电脑画图在国内也差不多是这样的尴尬状态。只可惜那时没有留下一个副本。结束访问回到单位．CAD便迅速普及开来。建筑师在毫无思想准备的情况下接受了电脑这个革命性的工具。
　　
　　建筑设计与表达
　　
　　如果将建筑设计的历史按照技术手段的进步划分时代，大概可以分为这样三个阶段，即：第一，手工绘图阶段：在使用电脑进行设计与绘图以前．这一阶段在我国已有近百年历史．而在国外已持续了几百年；第二，电脑绘图时代：90年代中期开始，设计院开始推广使用计算机；第三，真正意义上的三维CAD时代：现在以至将来。
　　从工作的表面形式和内在思维方式进行分析，不同时代有不同的特征。
　　
　　1．手工绘图时代
　　即使是在手工绘图的时代．设计也是首先以三维的形态产生于建筑师的头脑，只是由于手段所限，必须以二维的方式加以表现。图纸几乎是设计的唯一表达形式。其实这当中隐藏着两次“翻译”的过程――建筑师将头脑中的三维设计翻译成二维的图纸呈现出来，读图的人再将二维的图纸翻译成三维的空间形象。这个翻译的技能在大学中专有一门课，叫做“画法几何”，工程设计中日复一日的操练，更使建筑师的这一技能炉火纯青。
　　这种延续了百余年的工作方式．造就了建筑师极其高超的二维与三维的转换能力．使他们非常自然地过滤掉最为次要的一维．也就产生了平面设计、立面设计。剖面设计。可以想见。过于复杂的三维形体由于难于或无法通过手工以二维图纸的形式来表达．因此较少被建筑师采用。
　　这种工作方式的另一个特点就是“设计”和“绘图”至少在形式上不能分开，我们看到的设计就是图纸．图纸就是设计。
　　
　　2．电脑绘图时代
　　直到大约十几年以前。建筑师用上了电脑．电脑代替了笔和尺，开始以鼠标替代了钉宇尺、三角板和针管笔．但工作方式依然如故．这一阶段的所谓CAD实际并没有达到真正的计算机辅助设计，而只能称作电脑模拟手工绘图。当然复制、粘贴等功能大大提高了工作效率．使修改编辑变得方便，但也同时增加了出错的机会。图纸更新频率加大．版本增多．也加大了文件管理的难度和工作量。
　　也就是说．这一阶段电脑作为先进的绘图工具，在一定程度上解放了建筑师，但尚未引起建筑形式和工作方式上的变革。设计仍以手工绘图能够表达的形式进行，设计者关注的仍然是最终的打印结果――图纸，设计团队分工的依据也只是图纸。当然．设计还是以二维图形作为表达手段。借用Bentley公司的CEO格瑞格・本特利先生(Greg Bent，eY)曾经说过的话．这一时代电脑是在“做没有计算机也能做的事(10 dO what they did anywaywithout computers)。”
　　
　　3．三维CAD时代
　　对建筑设计而言，真正的计算机辅助设计让建筑师摆脱了表达的局限．使建筑形式有了突破，可以轻易完成复杂三维空间形体的二维描述。弗兰克・盖里在设计西班牙比尔巴鄂的古根海姆美术馆时．使用了据说是用于飞机设计的三维设计软件，否则我们无法想象如此复杂的形体如何能用手工或简单的二维工具进行描述。
　　这一阶段可预见的未来，就是三维虚拟建筑――整个建筑工程首先在虚拟现实中完成。关于三维建筑模型业界有不同的定义，分别称为建筑信息模型――BIM (buildinginformation modellng)，唯一建筑模型――SBM(SingleBuilding Model)以及虚拟建筑模型――VBM(VirtuaI BuildingModel)。其中BIM更多地被业内专家接受．这个建筑信息模型甚至从设计过程延伸到建筑的全寿命过程，为房屋的全寿命过程的管理．包括房屋出租出售、物业管理、维修直至结束寿命而拆除提供基础数据资料。这一阶段．建设项目的整个活动与过程“没有计算机就做不到(not possib，e withoutcomputers)”。
　　除了没有计算机就做不到．在传统的工作模式下也做不到。设计团队需要共同搭建一个建筑模型，每一个成员在整体模型中完成自己承担的部分。可以清楚地看出每一部分设计数据是唯一的，相互间的关系是真实，准确的。
　　设计者关注的是设计本身。模型建成之后，图纸不过是对模型任意剖切得到的二维描述。此时“设计”和“绘图”已清晰地分开的(见图解)。
　　
　　
　　协同设计：从2D走向3D
　　
　　目前．设计单位的CAD应用正处在从电脑绘图时代向3维CAD时代过渡阶段。尽管真正使用三维模型进行建筑设计的单位和建筑师还仅仅是凤毛麟角．推广普及尚需时曰．但将三维设计的核心思想用于目前的二维设计手段同样会对建筑CAD应用起到革命性的推动。
　　全面普及使用计算机取代手工绘图用了将近15年才实现．但根深蒂固的传统思维方式和工作模式还在影响着CAD应用水平的提高。传统工作方式的实质，是从手工绘图时代延续而来的对图纸的关注．以图纸作为分工的依据。以图纸划分工作任务引起设计内容在设计团队成员之间的普遍交叉，当团队人数增多到一定数量时，便成为不能容忍的事。
　　以图纸为工作对象的传统工作方式．由于同一设计内容在不同图纸上重复出现而使得修改的工作量成倍增加，更使得出错的机会也成倍增加。对于目前大量的一般设计项目来说．电脑绘图的工作方式尽管有诸多弊端，但还是可以保证设计完成。甚至由于设计人员对此种工作方式的熟练操作，个人的高工作效率，掩盖了其中的消极因素――团队低效率。但从设计项目的发展趋势来看，项目曰趋复杂。参与设计项目的人员和团队众多。专业化分工协作的趋势曰趋明显，专业化的范围逐渐扩大．专业分工更多更细．深度也逐渐加大。一些超大型的复杂设计项目，采用传统的工作方式已经不可能实现了。CAD的发展为我们提供了改变工作模式的可能：形成设计团队的梯形构架和设计文件的多层次结构――团队模式。更多地关注设计本身，而不只是图纸。准确的设计内容。清晰的文件结构关系、规范的元素标准．决定了最终的输出结果一定是正确无误的。相反如果不去规范过程中的文件结构、标准等，输出结果的准确性是没有保证的。而且无法迅速查出错误所在。十余年的电脑操作．以提高个人效率为头等目的的软件

设计．使设计人员个人的工作效率已经没有多少潜力可挖，而提高团队效率才是根本的解决之道，而这也正是CAD时代的标志．那就是协同设计――以设计内容作为分工合作的依据的适合多团队。多人员的专业化分工合作的工作模式。
　　提到协同设计，可能更多的人认为一定是以三维设计为条件的．否则不屑与之讨论。而笔者则认为可以抛开二维。三维不论，协同设计的精髓是思维和工作模式，通过推行协同设计工作模式，避免因设计数据的重复创建和修改而造成的附加工作量和错误机会，让设计人员把更多的时间和精力用于真正的设计工作和创造性劳动．提高设计质量；使设计团队及时沟通交流．像一部运转顺畅的机器，提高设计效率。
　　无论是二维或三维协同设计．讨论可以针对主体和客体两方面。协同设计的主体是设计团队，客体是设计数据。针对这两者．可以有如下两项原则是协同设计的关键；
　　①设计数据的唯一性原则：它体现在三维设计中无疑是概念清晰操作明确的．三维协同设计以单一建筑模型来实现设计数据的唯一性。而当应用于二维设计时．唯一性的概念往往被忽略。根本的原因在于二维设计中设计数据与设计图纸概念的混淆。通常情况下。在建筑设计的表达(也就是设计图纸)中．一个设计内容可能在多张图纸中出现，这种重复出现的表象在手工绘图时代与设计的实质无法也无必要区分。而在CAD时代．这种重复出现的表象与设计的实质(设计数据)具备了区分的可能．这种设计数据与设计图纸概念的区分．是实现设计数据唯一性的基础。二维协同设计是以树状文件结构的方式来实现设计数据唯一性的。
　　②设计团队以设计内容为分工依据的原则：建立起了设计数据唯一性的概念．设计团队分工的依据就成为下一个应当解决的问题。以设计内容而不是最终的图纸内容为分工依据是实现团队协同设计另一个关键所在。合理有效的分工方式是实现设计数据唯一性的基础，同时两者互为充分必要条件。
　　
　　国内设计单位CAD应用中面临的问题
　　
　　1．国内设计单位的特点
　　与国外的建筑设计事务所的单一建筑专业不同．国内设计单位多是综合性、多专业的共同工作的．因此国内设计单位内部接口多，工作流程复杂。工程项目规模的加大，复杂程度的增加．设计周期的缩短．使得许多工作必须由原先的串行完成改成并行完成。由于对个人工作效率的偏重．国内设计单位对二次开发的专业设计软件的依赖性较强．每一个设计产品都是由多个设计软件支持完成的。
　　
　　2．软件应用以及问题
　　(1)对协同设计的理解存在的误区
　　协同工作是近来非常热门的话题。很多设计单位都在进行这方面的研究和改进．各自的解决方案也不相同。软件商推出的协同工作软件也很多。广义的协同工作概念涉及的范围十分广泛．从设计、施工、采购、管理直至物业管理。由于前面提到的国内设计单位的特点．针对设计单位的新的工作模式――协同设计应当是首先解决的问题。
　　(2)CAD平台支持协同设计的功能被专业设计软件削弱
　　笔者认为协同设计是一种工作模式，不仅仅依靠一个设计管理软件就可以实现。既然各专业设计人员需要专业设计软件．各专业设计软件就应该充分重视支持协同设计的功能．设计软件的技术支持加上协同软件的管理功能才能实现协同设计。我们看到CAD平台的协同设计功能在不断加强．但遗憾的是专业设计软件对这方面的考虑似有欠缺．没能将CAD平台在协同设计功能上的进步发扬光大．反之有所削弱。
　　(3)专业设计软件之间信息的互读还存在障碍
　　专业设计软件的专业功能一直在不断加强，软件设计人性化、操作方便快捷。专业设计软件已经从简单的二维图形提升到包含专业设计信息的自定义实体方式．但同专业不同软件之间、各专业软件之间信息互读还存在障碍．还不能无障碍地交流。
　　(4)专业设计软件之间缺乏统一的标准
　　专业设计软件在近几年中发展迅速，国内各种专业设计软件种类繁多。但是各种软件图形标准不一致．给设计单位的管理增加了难度．尤其是电子文档管理，使电子文档的整理和再利用非常不理想。
　　
　　3．趋同性和趋异性：设计单位的新需求
　　
　　如前所述。随着工业化进程的发展．工业生产的集成度越来越高，项目的规模越来越大．涉及到的专业和内容越来越广泛，设计单位之间的分工合作变得非常普遍。不同设计单位的相同或不同专业的大量设计人员共同来实现一个工程项目．迫切需要建立一套适合国内设计单位的、整合了所有专业设计软件的图形设计标准。设计人之间的设计数据交换是实现专业设计团队乃至整个项目设计团队协同设计的基础和必要条件。而设计数据的无障碍交换要求具备统一的语言环境。行业管理部门也应重视这方面的工作．为整个建筑设计行业搭建无障碍交流的平台。此乃设计单位需求之趋同性。
　　同时，大型设计单位还需要与其企业形象相关联的。或者与自主知识产权相关的个性化订制内容。大型设计单位在不断提升整体设计能力的同时也在不断完善企业形象．希望提供给顾客的产品具有统一的、鲜明的企业特色。因此需要一些个性化的内容。 而通过软件的技术支持达到对自主知识产权的保护、在功利化趋势严重的建筑市场上，需求是不言而喻的。此乃设计单位需求之趋异性。
　　设计单位需求的趋同性和趋异性要求软件商不再只是简单地卖软件，而是建立与设计单位的合作互动关系．要求软件行业和建筑行业的管理部门从更长远的视点给予关注。结束语
　　改变人的操作习惯是困难的，改变人的思维方式则更困难．尤其是在没有充分时间的条件下。但三维CAD时代正在坚定地向我们走来。无论我们是否真的愿意接受。与其像电脑刚刚进入我们的行业时那样被动地去应付它，甚至被它搞得有些手足无措，使一些本应早该避免的问题延续到今天成为了无可救药的痼疾，不如早一点让我们的思维去适应它。为它做好充分的思想准备。如果说在电脑取代手工绘图时，我们还可用鼠标来模拟笔和尺，那么在三维CAD时代我们则没有任何以往的经验可以借鉴。也正是因此．三维CAD时代所能够带给我们的；中击和变革的动力才是真正值得期待的。
　　作者：卜一秋，北京市建筑设计
　　研究院 高级建筑师
　　收稿日期：2006年5月

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