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日志

【北纬精选之BIM理论讲堂20100531】漫谈BIM:建筑设计的历史

已有 437 次阅读2012-7-30 18:09 |个人分类:自己的日志

建筑设计的历史可谓是从人类第一次搭筑茅屋就开始了,但是她没有一个诞生的日期。在她漫长的历史中,绝大部分的发展都是逐渐进行的,越到近代才越有标志性的节点,比如CAD的诞生。   【如果你熟悉建筑史,那么BIM就不是什么新鲜事】   古代社会,建筑设计和施工是混合在一起的,总工匠大概是她的最佳头衔,在architecture(建筑学)这个词的分析中,arch代表总的,tecture是技术。这个词在西方基本上没有变过。在中国,她的名字一直是匠。由于是同一个人统管设计施工,另外绘图技术还没有发展起来,所以,即便是复杂工程,他基本上都是一个人搞定,他的大脑就是当时时代最厉害的三维空间模型计算机。   【图纸诞生于设计与施工的分离】   建筑设计的第一个专业分离是施工:西方大概在文艺复兴时期,中国在春秋时代到清朝期间。中国比较奇特:清朝的制图能力其实在春秋战国时代就有了!(可能是创造-失传-再创造的循环方法)。这次分离导致了设计需要向施工交付设计文件,交付文件的诞生具有重大意义,这是建筑专业化分工的第一步,文档(图纸)成为其必然的载体。这次变革的驱动,没有任何技术的原因,因此应该是来自于管理(经济分析也属于管理)。   【BIM诞生于第一张图纸中】   最初肯定还是文档形式为主,但是文字表达图形的能力,肯定不如图形。于是图形战胜了文档。最初的图形一定是三维的(轴测图),因为这最直观,后来才有了三视图(平面立面剖面)。绘图法的逐渐发展,催生了相应的绘图工具、纸张的发展,后者也反作用于绘图方法。绘图法让三视图变得容易操作(标准化程度高),在与轴测图的竞争中获胜而普及。   这是人类社会第一次选择2D还是3D。2D战胜3D。并且从此以后,有空间思维障碍的人不能从建筑专业(无法绘制和理解三视图)。红楼梦里面有惜春画大观园,那大概是轴测图版本的竣工图。   制图法是一项管理和技术混合在一起的创新。技术是其中的标准部分,管理则是驱动这些标准制定的需求、方法论。并且,将新技术纳入到行业中的驱动力一定是管理决策的。中国轻管理的表现之一就是制图法的反复丢失,就像几何算数学问一样,圆周率计算方法也是反复丢失过。   【各工程专业相继分离,BIM消失在专业分工之中】   结构工程、水暖电工程相继诞生,并且分离独立。但此时,建筑师仍然是设计的总管,他自古以来就是总管,设计管理的任务一直都是他的,而各专业工程师各司其职,只专注于自己专业的计算分析及制图。   结构工程是19世纪诞生的。赖特就是结构专业毕业,做绘图员,进而成为建筑师,当建筑师之后,他就把结构设计交给专业工程师去做,但是,他仍然在结构方面有所创新,流水别墅(1936)那个大挑台,超出了当时混凝土结构的最大挑出长度,承包商不敢拆模,还是赖特亲自砍掉绳索,这挑台结构存在到2002年才重新改造。此建筑被评为20世纪最伟大的设计之唯一建筑作品,也昭示了结构专业改建筑专业是可行的,而且很能有创新机会。   其他工种的专业也在这个期间诞生,但是在美国的专业划分中,它们都是与建筑设计相对的,称为A-E(architecture-engineering,建筑学-工程),也即除了建筑设计之外,都属于工程,不管是结构、还是暖通、水电等等。再加上C(construction,施工),就是美国常用的建筑业(A/E/C)。   专业分工的驱动力来自于经济计算下的管理,尽管,这个时代,管理在建筑业中尚未成为一项专业。   【专业分工的巅峰,管理开始凸现,及空间管理的诞生】   管理一直是混合在技术里面的,自古以来。但是,在二战之后,又解决了房荒问题,发达国家开始进入建筑业的大转型时期,新建建筑急剧减少,AEC行业面临行业创新的问题。建筑设计此时仍然是总管,从未动摇过,只有在苏联指导下的中国,结构师成为一般项目的负责人,这是中国独特的历史背景下产生的特例,也是一贯的中国特色。   在1965年前后,以Gensler为代表的全程建筑空间设计专业问世,代表着一种业务拓展的创新:建筑设计从建造阶段向后延伸,称为“后设计”post-design,到建筑空间优化、改造、管理。也同时向前延伸到“前设计”,pre-design,这部分是和房地产开发、企业不动产管理以及专业建筑工艺设计密切相关的。中国的建筑设计阶段有一个“初步设计”,和这个有点像,但不是(有些行业很像,比如厂房的工艺设计,但厂房做工艺设计却并不属于初步设计)。这是空间管理专业的诞生——全生命周期角度的建筑空间设计。   最值得提出的一点是:在这个时期,由于管理逐渐占据一定地位,导致了一些新专业(职业)的诞生,而不像历史上每次专业诞生都是技术驱动的。空间管理就是一 个最典型的专业。   在这两个延伸中,技术手段变得不那么重要了,因为最密集的技术使用还是在传统设计环节中,是什么让这两个延伸获得了市场回报呢?答案是:管理。或者说技术与管理的混合体。   不仅是建筑设计,水暖电专业也在向前向后拓展,尤其是向后拓展,与建筑物运营维护管理结合在一起。所有这些专业的向后延伸,导致了设施管理专业的诞生——最初,这个专业关注的只是设备维修,渐渐综合成为整个建筑物绩效表现的管理。   设施管理专业的诞生,让建筑师第一次失去了最崇高的专业地位。空间顾问首先进入甲方的团队,她就像甲方的成员,来帮助甲方考虑企业地产的全生命周期问题。然后,带有更多专业内容的设施管理团队作为甲方的直接代表,来向建筑师发出设计任务书。   在建筑师的管辖范围内,连空间管理都被分离成独立专业,并且随着室内设计、装饰设计、景观设计、室外灯光设计、楼宇自控系统等等专业、以及效果图、模型等绘图员职业的发展,建筑师已经看似无事可做了,但是,他留下了最初就具备的功能:管理。   后来建筑师还分化为两个专业:只做方案设计的建筑师,和只做设计管理的项目经理(他可以完全不懂设计)。当然,在很多项目中,两者都会具备,在技术上有建筑师主导,管理上由项目经理主导。   这一阶段的专业分离,基本上该有的专业都有了,专业分工已达极致,BIM在专业分工之中消失的无影无踪,可能只在效果图和沙盘模型中才能依稀看到。其实,在工程计算中,BIM已经开始施展身手了,这就是我所说的”基于专业的BIM“。因为结构计算是非常需要BIM的,即使没有电脑,工程师也会在纸上绘制计算模型,结构计算的模型天生就是空间立体结构,因为力的传递是空间多维的。同样,水暖电的系统计算,也是空间多维的。在核试验的大型机仿真计算里面,就有城市、建筑和设施的建模。这说明BIM不是消失了,而是被写入了混凝土无法扬名:历来只有建筑师的名字才被镌刻在石头纪念碑上,其他专业都埋进混凝土和管子里面了。   一个小猜测:建筑师历来重视技术,而轻管理,是否是导致建筑师在建筑业中的地位降低的原因?因为甲方顾问的第一把交椅以前都是建筑师,现在却逐渐变成了空间顾问,进而又是FM经理,其中的管理含量明显上位。   【现代设施管理facility management的诞生,BIM重现江湖】   在1980年前后,空间管理融入到传统的设施管理领域。这个标志性的事件是:1980年IFMA国际设施管理协会的成立,首次正式的将空间管理作为设施管理的基础专业,并且跟其他所有专业融合在一起,为建立工作环境服务。   此后的设施管理FM逐渐成为建筑业的主导性力量,以致于建筑业的划分变成了:AEC/FM。这也是一场竞争,FM由于是甲方的代表,自然获胜(随着业务外包的流行,甲方的FM也逐渐外包给乙方做,但是这个乙方是入驻到甲方内部的,这种外包不是简单的服务外包,而属于”流程外包“)。此时,FM基本上成了建筑业的管理的代名词,而AEC则是技术那一边。   这次的融合,彻底奠定了FM的地位。而且,这次历史性的飞跃,不是技术带来的,而是管理的变革驱动的,于是,这次变革实际上是一场管理变革,她让建筑业的面貌完全不同了。她已经渗入到甲乙方、每个企业的角角落落和日常操作中,而从外表上,似乎完全看不到她——我们的很多访问团仍然是去美国看工地,而在读文件时进行大量的误解。   这很有意思,在发达国家完成的这一历史进程,现在在中国正在发生,产生了大量的由于望文生义而导致的误区(比较纳闷,因为我推广FM发现很吃力,就是这个名词起的不好。为啥他们在变革的时候都不换个名词呢?在中国的很多次变革中,就算药没有换,汤也是一定要换掉的,名词是最重要的事情。。。)。   这次变革,在很多方面带来的飞跃,BIM也因此重新进入建筑业。但是,这一次的进入,不是三维模型和制图法,而是管理信息结构化之后进入数据库,这是实际管理的需求产生的,特别是FM管理。当然,这是BIM的广义定义,我称之为”基于管理的BIM“,遗憾的是,这个BIM和前面隐藏在混凝土里面的”基于专业的BIM“还无法对接,这是因为BIM技术尚未发展到位,尤其是计算机技术。   顺带提及一点:BIM的思想就诞生于这个时期,但是并无实际的产品对应,所以它还是一个理论模型。而实际应用中的两个BIM,却不被认为是BIM。我猜测:这一时期,在管理上已经对BIM产生了需求,但它是否促进了BIM思想的发展?不得而知。   这一次变革对BIM的驱动,导致不到十年就诞生了软件产品——第一款建筑设计BIM软件ArchiCAD(1987)。这一事件在建筑史上的影响力巨大,虽然她只是最后的BIM(我称之为基于绘图的BIM,哦,ArchiCAD应该是集成了基于绘图的和建筑设计的综合BIM)。人们第一次形象的看到了参数化建模的技术威力。此时,2D的制图软件Autocad才推出没几年(1983)。   这是2D和3D的又一次交锋,又是2D获胜,原因还是一样——简单实用。   【手工绘图时代飞跃到电子绘图,BIM闪亮登场,1983-1997】   随着绘图软件和计算机的普及,而飞跃进入电子绘图时代(相比于漫长的历史,这十几年如同烟云;即使是按照绘图法的手工时代也好几百年了),中国的建筑业是制造业中最落后的产业,也在2000年前后完全甩掉了图板。这次工具技术的变革的确产生了巨大的价值:绘图速度加快,改图成为家常便饭(在手工时代则是不可逾越的障碍)。   特别提出的一点:图层的应用使得各专业可以基于同一套建筑设计进行本专业设计,我称之为”基于绘图的BIM“,即便是2D的。并且基于CAD也大大加快了各专业计算工具的发展,这些专业工具,都是不折不扣的BIM,包括结构分析(那些构件都被系统识别为构件,而不仅仅是线条),水暖电系统分析。即使是天正建筑这种基于cad二次开发的软件,也是BIM。这个时期,建筑师所作的建筑设计图,成为各专业设计的基础,让建筑师仍然稳固的成为设计组的核心——这个时期,也是中国的结构师领衔转为建筑师领衔的时期。   在这期间,cad的普及之前,1990年代,中国还发生了一件有意思的事情:平法的普及(混凝土结构施工图平面整体表示方法,1995年陈青来)。这种结构专业里面的制图法,在国外早已流行,然而在国内囿于传统管理体制僵化,到了90年代因为”能够提高绘图效率70%“才被大力推广。这是仅以制图方法改变就能大幅提高效率的典型案例,跟技术完全无关,只是改变方法。   这个事件让我们清楚的知道:中国的建筑业体系,与国外的完全不同,结构师花8成的时间画图,即便是到了现在,内地的设计院还只有两个工种:画图的,还是搞经营的。我们刚才谈了那么多专业分工,都是发达国家的,国内的情况和国外差别很大。90年代之后,很多新旧专业是一起进入中国的,尤以物业管理和设施管理为最,甚至被当作是一家。   在这个时期,技术的驱动力所起作用非常明显,特别像结构工程等专业,其有限元计算方法早在50年代就诞生了,直到这时,才有足够便利的建模和计算工具,让结构设计的专业面貌焕然一新,分析一套结构方案的时间缩短了千百倍,从此,结构师多方案选项就成为主要工作内容,结构创新的可能性大大提高,建筑设计方面所称的”高技派“也流行世界各地。(当然,在中国,主要工作仍然是画图,而且还要靠平法提高效率;国外一般由施工单位画的施工图,都是建筑师和结构师画。于是,在中国并无严格意义上的设计师,其实都是绘图员。)   几个重要的商业软件的时间点:   【基于绘图的BIM】1982年,Autodesk推出第一套autocad软件;1997年,推出有鼠标的cad14;1998年,推出cad14中文版,放纵盗版,并且电脑价格剧降,让中国的甩掉图板计划终于实现。   【基于管理的BIM】1982年,设施管理软件Archibus问世,集成autocad。   【基于专业的BIM】1987年,首款BIM建筑设计软件ArchiCad问世。   【中国BIM】1980-1997,中国建科院开发了基于结构设计的PKPM系列软件,并且拥有自主研发的图形引擎TCAD,这是世界上产品线最全的BIM系统,在中国市场上的占用率第一。1994年,天正建筑、暖通、电气问世,是中国最普及的基于cad平台二次开发的BIM软件。   至1997年,BIM领域所有的重要软件基本上都产生了,而且随着IT技术的发展而获得长足进步。AEC虽然在专业技术方面,并没有太大的提升;但是FM方面获得了非常大的提升,由于技术的进步带来了更多的管理半径和管理深度。AEC和FM之间的连接问题还没有解决。   【BIM时代】   过去这十年,是IT技术长足进步的十年,BIM所需要的IT能力以及完全具备,而市场需求早已在等待:连接绘图和管理的中间件亟待问世,Revit应运而生。   严格来说,中国BIM时代始于2002年欧特克(Autodesk)收购基于绘图的BIM软件Revit,此后擅长市场推广的欧特克就将BIM大旗推到世人面前。这力度之大,导致在这之前诞生的BIM软件普遍没有被当作是BIM,在中国,计算机制图就是cad(国外也是这样,产品名字成为通用词),而BIM就是Revit(国外则是以ArchiCad、Microstation等为主)。也因此,我写了那么多与BIM有关的建筑设计的历史。   欧特克通过大量并购,得到了建筑业的若干基于专业的BIM软件,包括建筑设计、结构设计、机电水电MEP、日照分析、能耗分析等等。这让欧特克得以站在BIM老大的位置去推广BIM理念,其声势之大,让人感到:无BIM,就灭亡。   但是反观国内软件,还浑然不觉——这背后隐藏的深层次的原因则是管理之缺乏。在技术这一边,绘图和各主要专业设计、及算量造价,都已很发达;但是在管理那一边,也找不出能代表行业的软件,而且只有工程管理这一项还算过得去。加在一起,AEC行业算是信息化挺深入的了,但是FM还几乎没有,人们对于BIM的管理需求仍然没有感觉——目前市面上的BIM热情,其实多半是被欧特克忽悠起来的:我所见绝大多数朋友,在AEC各个专业都有,都是冲着要学习BIM来的,为什么学习?不知道。殊不知,现在软件之多,信息量之大,已然完全不同于cad时代,要是没有做好自己的定位就去摸石头,结果不是浪费金钱就是浪费时间。国内BIM的真正发展要等到设施管理FM的发展起来之后。   国外的BIM时代则要从1987年第一款真正的建筑设计BIM软件ArchiCad推出算起,这么多年的发展,除了技术的进步之外,还被管理需求推动着。这个管理,是以FM为代表的设施管理体系。(参考BIM与全生命周期管理过程的关系模型(陈光体系))   【BIM给建筑设计带来什么飞跃】   建筑设计和各专业设计真正放在一个平台上来了,比之CAD平台的确产生了巨大的飞跃:   1,建筑中,空间设计成为一个核心的设计——这个空间,是为使用者提供一个作业环境而设计的,于是,空间设计,也等同于室内设计,或者室内环境设计;水电暖通设施是为了空间的需要而”反算“整个系统的参数;各专业之间的碰撞检测成为家常便饭。   2,建筑设计和施工,在分离了这么久之后,现在又融合到一起了——他们是基于一个模型在操作。由于中国的专业分割的体制问题,导致我们还没有感受到这一点的威 力。设计的模型,可以直接用于施工,也可以用于预算造价和工程管理。仅在项目实施范围内进行基于BIM的作业,就能产生相当高的价值。   3,延伸到设施管理里面的空间管理,让BIM在时空上的价值得到巨大提高,一个BIM模型,不仅仅是使用在设计院内部,还能在建成之后的全生命周期得到继续利 用。机电设备方面也是同理,设计到施工到运营维护都可以基于同一个BIM。   4,图纸是生成的(这一点在中国还有一个制图规范的问题没有完全解决),绘图员工种,在中国一直没有诞生过,现在可能就要改变了,可能会产生一种阶段性的BIM技术员,专门负责为各专业工程师做模型。建筑师和工程师可以基本上摆脱绘图工作,而专注于专业分析和多方案选型。   5,在国外,这是设施管理的驱动下,让BIM得以成为连接AEC与FM的桥梁;但是,在国内,FM的完全缺位,让全生命周期的BIM不能得到最大化利用。如果BIM的发展,作为技术的驱动力推动了FM在国内的发展,那也得算是一次飞跃。

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