BIM转型背景下的系统化设计方法探索

田晶

前言

系统化设计的概念早在19世纪70年代就被提出，其核心在于将设计看作是由若干设计要素组成的一个整体，各要素具有独立性且发生着有机的联系。在此后的几十年，系统化设计在建筑领域的应用越来越广，内容也越来越丰富。对于一些较大规模、较为复杂的项目，系统化设计曾是非常有效的解决方案。通过对设计逻辑性的梳理和提炼，将其贯穿于设计管理和设计控制过程中，形成系统性的设计工作组织框架与设计控制逻辑。

从设计本身的角度来看，由传统设计工作方法和技术手段（当下得到普遍应用，以二维计算机辅助制图和纸质图形交付为核心的设计模式）向BIM设计转型的过程，不仅是个别软件的更替或图纸形式的变化，更本质的是设计组织与设计管理思维方式的转变和进化。在BIM设计被大家津津乐道的今天，系统化设计在BIM的语境下又产生了新的面貌。在这里，不妨粗浅地借用一些管理领域的概念来阐述这种演进的过程，提出一些自己的理解。

“1.0 经验型”：主持人时代

经验型的设计模式，也可以称作“专家型”，是我们曾经最熟悉的“工程主持人”的时代。这种类型的设计常常由一个或几个经验丰富的“专家”统领团队，一切设计资源都围绕这些专家运转，他们对自己职责范围内的设计全权负责，并具有绝对的权威。

在此设计模式中，主持人们各自负责自己的设计范围，特别是较大型的项目需要多人完成时，常以区块划分责任范围，最终的设计成果由各区块的设计成果“拼接”而成。此外，这类型的设计经常“只留结果，不留痕迹”。关键问题的识别、解决和呈现，凭借的大多是个人思考、经验而产生的判断，其背后的个人知识框架、思维逻辑、知识信息，具有一定原始和内化的系统性。在以“师徒传承”方式延续的过程中，产生了模糊、误解、损失、变异和补充，不具备足够的客观性和可追溯性，从而也就逐渐丧失系统性的效力（图1，2）。

在设计个性化特征较强时，经验型的设计管理方式是非常高效的。因此，这种模式在很多设计机构和设计项目中仍被持续应用，并且在一定范围内依然能够达到很好的效果。

“2.0 科学型”：计划协作时代

当项目越来越复杂，而各种资源（人、时间和成本等）都更受限时，在经验型的设计模式下越来越难以有效地推进项目。此时，科学性的设计管理模式出现并很好地化解了这个矛盾。科学型的设计管理本质在于将设计中具备理性和逻辑性的部分中的个人经验、偏好、价值判断逐渐剥离，而以“规则”取而代之。采用科学化的手段使原本内化的系统性显现出来，以某种形式固化下来。系统化变成一套可追溯、可编辑的体系，通过积累和调整而日臻完善。

在此原则的指引下，一整套诸如设计范例、制图标准、文件管理守则等设计管理系统化的文件应运而生。项目责任拆分的原则也不再是二维的物理空间区块界限，而是着眼于设计对象本身。科学型设计得益于计算机辅助制图的迅速发展，设计图形摆脱了纸质时代的“物质唯一性”，可以被多个终端引用，并利用与软件中“图层”相似的概念，将不同的设计对象“叠合”为整体（图3，4）。

在一套清晰的设计流程、制图原则、设计规则的控制下，系统内的每个设计师都能够各司其职，互不干扰地执行贯彻整体系统的设计主旨和标准，完成设计。在相当长的时间内，通过持续地发展完善2.0的科学型设计管理模式，我们能够很好地完成大量的设计任务。

“3.0 敏捷型”：BIM协作时代

在迫切地感到需要对已有的科学型模式进行突破性的变革之前，BIM就已经进入了我们的视野。BIM设计模式代表的是一种更新的方式，在这里我们称之为“敏捷型”。敏捷型的关键在于整个设计过程中紧盯“愿景”而非“计划”。所谓愿景是指设计最终的目标和完整的设计成果；计划是指对时间和交付成果之间关系的一种逻辑表达。“敏捷”则体现在缩短交付周期，随时根据整体目标对当前的行为方向和交付成果做校正，确保设计朝着正确的方向推进。

举一个简单的例子：建筑三视图（平面、剖面和立面）原本是设计信息传递的方式，但当它们成为唯一便捷操作的设计界面时，常会使设计师忽视了设计其他层面的信息，而将传递方式作为设计内容本身来看待，并成为设计活动关注的焦点。这种本末倒置的现象，在BIM技术实现了建筑的“虚拟建造并交付”之后，相信会有所改观。

如果建筑设计的目标就是建筑或者说房子本身，那么大可直接“搭建并交付一座房子”，为何还需要一叠图纸？跳出信息传递形式的桎梏，摆脱对设计三视图的过度关注，一切设计活动都围绕在“建造房子”本身。借助BIM软件的系统框架的搭建，在设计全过程中设计信息是唯一且整体的，随时可以交付或接受查阅、校验，也就实现了设计信息与交付成果之间的统一。在二维计算机辅助制图的基础上，BIM设计技术通过对不同部件操作权限控制设置权限“钥匙串”，进一步突破了设计文件的“操作权限唯一性”，从而实现了实时多终端操作和更新。每个人随时都在“整体”中工作，每个人也能够随时接受“整体”的最新信息（图5）。

桂林机场项目实践

桂林两江国际机场扩建工程——T2航站楼项目建筑规模10万m2，可满足年旅客吞吐量850万人次。北京市建筑设计研究院有限公司于2014年底以原创方案中标，随后便开始了深化设计。此时，我们团队正处于由2.0时代向3.0时代转型的初期探索阶段。

航站楼设计以紧凑的U形建筑构型，高效的建筑平面功能布局，支撑起了国内国际旅客流程和24个近机位功能。建筑造型的灵感来自于极具地域特性的桂林山水的意向，兼具了理性的规划与建筑功能空间组织和浪漫而富于诗意的建筑形式（图6，7）。项目深化设计阶段涉及五家主要设计单位、十几个专业（包括建筑、结构、暖通、给排水、电气、民航弱电、行李、幕墙、屋面、雨水、照明、道桥、站坪跑道等）及众多专业设计顾问。在设计管理层面，我们一方面希望将设计推向更准确、高效和卓越的目标；另一方面也面临着各种设计资源相对紧张的尴尬现实。

以上种种因素共同促使我们必须更深入有效地执行系统化的设计方法，并自发地将注意力投向BIM设计领域。正是由于这种从设计团队自发形成的BIM实践，让我们避免了对BIM设计成果完整度和广度的苛求，而是更多地着眼于解决实际问题以及“如何真正提升设计质量”本身。因此，我们一方面寄希望于BIM能够避免重复性的设计劳动，提供高效和便利。同时，更重要的是我们期待BIM的引入能将延续多年的系统化设计方法推向一个全新、快速提升的通道。

研究2.0的框架各内容如何与3.0的框架进行对接

首先我们将2.0的系统化设计与3.0 BIM设计进行比对，逐个确定对接路径。通过比对不难发现，BIM设计软件（本项目以Revit为例）将2.0时代系统化设计框架进行了大量的内置工作，两者的系统结构之间有明晰的对应关系，因此项目从系统化的设计方法移植到BIM的设计平台上，似乎是水到渠成的事。但实际操作过程中仍需要大量细致和繁琐的对接工作，这也是长久以来许多项目无法实现全BIM设计并出图的原因之一。同时，因为大量的内置固化系统性地存在于软件内部，从某种程度上也可能会限制设计师构建系统的自由度。与从前相比，设计师必须更好地掌握软件原理，熟悉其内部逻辑，并根据项目实际需要组建项目设计的逻辑。这也是设计师需面临的新挑战（表1）。

在2.0框架下局部将原设计子系统替换为BIM设计

本项目中，在设计中按照部件的拆分原则，划分了多个子项设计内容。在这次尝试中，我们将大量建筑部件子系统的设计交给BIM去实现。这些部件是按照部件属性划分，单个部件子系统内部具有较高的相似性和可重复性，因此可以充分发挥BIM设计的优势。一旦制定好某一个部件的设计标准后，其他部件即变成了相对简单的复制和局部的调整工作。同时，基于BIM设计三维信息的一致性以及非几何信息的加入，使得子项的设计精确度得到了充分的保障，设计深度也有了显著的提升（图8，9）。

建筑造型与外围护设计：由“三维模型设计”向“信息模型设计”推进

建筑造型设计是从具象到抽象再到具象的过程。“桂林山水”概念，落实到具象的视觉图像中，手绘的线条是对图像的初步提炼，柔和的曲线是山、水两个元素的共同特征。经过高度概况简化后的一组舒缓展开、层层堆叠的曲线组合成为了建筑形体设计的平面几何原型。从图像到空间的转换，是在诸如SketchUp、Rhinoceros等软件中实现的。对于虚、实的解读，对层叠的建筑表达，对结构体系的构建，都在这个三维设计的过程中实现（图10～13）。

我们采用了常规三维设计方法，能够实现方案设计阶段的建筑造型设计和结构、外围护设计深度要求。进入到深化设计阶段后，便开始面临着如何对这个非单一复杂曲面构成的形体进行精确控制和分析问题。只关注三维形体结果的设计方法显然已经不能满足设计需求，现在的设计必须可精确控制、可追溯和调整、可被读取和分析（图14）。

通过对曲面构成进行解析，确定了控制性的断面，并制定了“控制性初始数据+脚本带入软件程序计算，最终曲面成形”的技术路线。初始数据可对如檐口形态、天窗尺寸、建筑高度等建筑关键信息进行精确控制，“脚本+软件”的路线实现了曲面的可追溯（图15）。

精确成形的曲面带有基本的结构合理性和逻辑性，实现了建筑结构一体化的设计目标。在带有生成路线和结构信息的曲面基础上，进一步对天窗和檐口细部进行二次定位（图16）。几何体量在三维信息之外还具有一定的建筑属性。

引入3.0的设计管理思维，实时关注全局设计信息

全三维设计，是BIM相对于传统设计方法的第一个飞跃。但与之相比，“信息”也许是BIM更核心的价值，也是未来更具潜力的发展方向，我们可以将其理解为设计的第四个维度。所谓敏捷型管理模式，前文已陈述过其关键是实时地监控和调整实施情况，始终以最终的交付成果为导向。因此，实时地关注设计信息，并随时根据信息做出设计调整，使设计始终朝着正确的方向进行，这也是本项目的第四个实践点。

在本项目中，我们采用了阶段性的BIM跟进策略，每一次阶段性设计完成后，在BIM软件中更新一次模型。由相应的模型得到阶段设计所关注的关键信息，将数据和信息导出并进行分析，以确认是否与初始设计条件和随着设计推展而不断更新的设计需求匹配，并根据分析比对的结果对设计进行相应调整。“设计—审视信息—调整设计”的流程在设计过程中反复运转，形成良性循环。这当然是一种常规的设计方法和需要，而BIM大大提高了此过程的效率和准确率，将设计师的主要精力从“收集信息”解脱出来转移到“审视信息”，并将许多从前设计中难以获取甚至无从获取的“隐性信息”变成了可以被随时获取的“显性信息”。于是BIM变成了设计师的“显微镜”、“望远镜”和“红外镜”，拓展了设计师的视野，并改变了我们看待设计的方式。这种看似细微的变化，却带来了设计方法和思维方式的革新（图17～23，表2）。

遇到的问题与解决的方法

在这个过渡阶段，基本设计框架仍然采用2.0的模式和平台，我们大量的精力消耗在了两个系统的相互转换和协调，以及非BIM设计部分与BIM 设计文件的衔接工作中。最终的图纸由二维设计部分和BIM设计部分共同组成，部分信息会出现在同一张图纸中。而受限于前文所述的前期对接工作不够到位的制约，导致出现了两者的表达形式与深度不统一、对接界面不够清晰和技术障碍频繁出现等问题。但相信这种情况是暂时的，在现阶段是可以被接受并且能够通过经验和技术的积累而被改进的。

在本项目中，BIM全信息模型的滞后也是一件相当遗憾的事。阶段性地根据二维图纸更新模型，在时间上必然落后于设计进程，得到的信息和对信息的反馈都是滞后的，这就造成对信息的分析针对性和实效性有所下降，对设计的指导性也大打折扣。但这种思维方式和设计方法本身具有相当大的潜力，相信随着BIM应用的深入，在能够全面取代二维设计之时，滞后的情形也将随之消失。

以上这些浅显的实践告诉我们，真正困难的并不是这些操作层面的问题，而是如何在背后理论性思考的基础上，结合实际条件去恰当而有效地应用。

结语

本项目在BIM方面的实践探索尚未完全结束，很多思路的开启、认识和实操的盲区仍在不断地涌现出来。基于系统化设计的思考，是BIM背景下一个很小的话题，讨论范围也仅局限于当前国内的设计行业本身以及设计流程内部。称不上理论，更不算系统，唯望能带给设计师们一点启发。

随着项目越来越趋于综合和复杂，其内涵也越来越丰富，建筑设计行业也在一步步向着科学型、智慧型的方向发展。行业的挑战和转型是多方面的综合性问题，相信这种自内而外的设计方法也会不断更新，积极推动行业的发展。