中国建筑师万字长文:在德国,我用BIM雕刻法兰克福的天际线。

你好,这里是BIMBOX。
我们在德国工作的一位朋友@段晨光,最近给我们写了一篇长文,详细讲述了他作为一名建筑师,在德国用BIM做正向设计,参与了法兰克福近年来最大项目的亲身经历。
我们认为他的故事和观点,对国内BIM现状有很大参考价值,尤其是他在最后总结 HPPATP 两家公司发展模式区别,谈到了全生命周期与项目阶段利益的根本矛盾,简直就是一针见血。
他的原文比较长,BOX今天就不多啰嗦了,咱们直接上热菜。
第一次听说BIM是在2011年,当时还在国内学建筑,有个英国回来的老师给我们开设了Revit 课程,说这个代表着未来,赶快学。
当时就记住了BIM这三个字母,那个阶段我整天研究的是空间、流线、功能、设计之类的东西,对软件技术没有太大兴趣,这门课也就去了两三次。
平时画图还是 AutoCAD 加 sketchup,经常是改了模型又改图纸,改了平面又改剖面,交作业的时候模型和图纸对不上也是常事。
在一次剧院设计时,有个同学设计进度一直很慢,本来还有7天左右的工作量,结果人家最后用 Revit 建模出图,两天之内整套图纸出好了,效果还挺好,这让我第一次觉得,原来用 Revit 工作效率可以这么高,我是不是也该学一学。
从小就一直想去外面看看,2014年大学毕业,我申请到了比较满意的一家德国学校开始读硕士,发现这里的同学都是用 ArchiCAD,为了方便模型交流,又自学了这个软件。

段晨光就读的 TU Darmstadt(达姆施塔特工业大学
在做学校作业的时候,开始尝试建模和出图结合到一起的方式。来德国第一个学期我开始在一个13人的建筑事务所打学生工,一方面可以接触到德国事务所的实际工作状态,让学习和实践有个互补,另一方面是为了经济独立。

▲当学生工的小事务所,同事间关系很亲近
德国建筑专业的学业挺繁重的,我所在的学校又是出了名的难毕业,所以经常下班回家再继续弄学校的东西到很晚。

▲建筑学院中庭,平时是咖啡角,有时也在这里评图
整个硕士阶段两年半时间,差不多一半时间在学校,一半时间在公司打工,忙碌倒也充实。学业并没有因为工作而耽误,期间的一个设计作业获奖还上了当地报纸。

▲笑这么开心不是因为旁边的美女
两年半下来,两个项目从初设一直跟到了竣工,其中一个项目的细节大样图基本都是我一个人负责,画了差不多整整一年,夯实了不少的专业基础,期间也经常有机会去工地。
▲底层实验室加物流中心,上面两层办公,细节大样基本都是一个人所画
现在回想起来,这段经历对后来的工作很有帮助。但这个小公司对ArchiCAD的应用还是停留在传统的2D画图模式,这两年半我对BIM的认知也没有什么提升。
真正认识到BIM的重要性,并开始提升水平,是在正式工作后。2018年硕士毕业之后,我来到了欧洲第二大事务所 ATP 的法兰克福分部,在这里受到了公司系统的培训,也参与了三个BIM项目。
后来机缘巧合,因为 FOUR Frankfurt 这个项目我跳槽来到了 HPP建筑事务所,然后跟这个项目直到今天。
开始也是从建模员和绘图员的工作做起,认认真真在做,建模就把模建干净,画图就争取不出错,一路走来也慢慢成长。从旁听会议,到参会讨论,再到独自主持会议,有了一定的决策权,现在做地下室部分的项目副负责人,管理7个人的团队。

▲HPP建筑事务所
这次主要想和大家聊聊 BIM 在 Four Frankfurt 这个项目中的具体应用情况。然后根据我在两个大公司的经历,说说BIM在德国市场的现状、问题和前景。
这个项目是法兰克福近年来体量最大的一个项目,可以理解为德国版的上海陆家嘴,是集办公、住宅、商业、幼儿园、健身、餐饮等为一体的商业综合体。四个塔楼被裙房连接起来,裙房屋顶是空中绿地,裙房底部一半面积作为城市公共空间。
我打算从甲方、建筑师、专业沟通这三个视角来谈谈BIM在这个项目的应用。
 
1
甲方与BIM
项目开始之初,甲方就明确了使用BIM来正向推进设计,但是传统项目合同不能直接套用,为此甲方咨询了第三方BIM公司,草拟和各个参与方的合同,制定工作流程和逻辑框架。
合同规定为 Open BIM,要求模型算量,BIM 等级介于一级和二级之间。甲方以此为基础要求和事务所签合同。
除了合同约束方面,甲方自己也配备了人员,设置BIM例会,监督大家使用BIM手段推进项目。
一般来说,建筑师和工程师有自己的 BIM manager,这个项目的特别之处是,甲方也聘请了自己的 BIM manager,他负责解决建筑设计之外的 BIM 问题,大部分是软件问题。
如果有某个具体问题需要开发插件,甲方会先判断开发这个插件带来的经济效益,如果合理的话会委托第三方BIM公司来开发,然后设置针对性的BIM例会,跟进监督这个插件的应用情况,例会时所有的项目参与方都来。
举个例子。
在施工图阶段,有个费时费力但必要的工作,就是把机电、水暖在墙和楼板上的预留口,在施工图里表示出来,施工单位需要在浇筑和砌墙的时候把它们空出来,结构工程师也需要根据它调整自己的钢筋配比图。
预留口的位置信息来自于机电和水暖工程师,传统的做法是把这些预留口作为单独的图层或者2D图纸链接到建筑图纸中,但是受制于2D的局限很难全面查错,这个项目有十几万个预留口,而这些问题在施工才被发现的话,各方要付出的代价比设计阶段要高出很多倍。
用 Revit 3D 建模可以全面查错,不需要通过空间想象去判断,两个不同标高的预留口有没有打架。
现在的任务是要把这些开口按照项目的进度,从机电水暖工程师那里转移到建筑师的模型里,建筑师才可以出施工图。要实现这个过程,我们面临着两个困难。
首先是不同软件的数据格式不统一,不能简单相互拷贝,工程师们用的是Microstation 和 Tricad,我们用的Revit。
其次,并不是说这些预留口转移到建筑师的模型里就大功告成了,这只是第一步,有很多开口互相打架,或者位置不合适,都需要开会协商,工程师们改动后,要给这批数据加个新的索引,再发给建筑师,那我们又得把这些预留口再转移到建筑模型。直到所有开口处在合适的位置。
这个项目我们是从地下向地上,以层为单位逐步把开口加入到建筑模型里,四栋塔楼加起来一共160层左右,整个项目下来这个过程要重复接近1000次。
所以简化和这个过程势在必行,为此甲方专门组织了个 workshop,建筑师和工程师根据各自经验表达了想法,BIM公司根据大家达成的共识开发了插件,解决了这两个问题。
第一步是解决数据格式不统一,它把工程师提交的Tricad数据转化为带着空间坐标和预留口编号信息的Revit族。
第二步把这些族像导入列表一样导入到建筑师的 Revit 模型里面。
要注意的是,插件需要检测导入过程中空间坐标有没有丢失和出错,以及有没有遗漏的预留口,所以插件所带的这个列表可以报错。
这张图里,绿色部分表示导入正常,并且前后两次数据一致,紫色部分表示新导入的预留口和之前的预留口不一致,一般是因为预留口在协商后做出了改动, 也可能是导入过程中发现错误,每次导入检查紫色部分就可以,也顺便检查预留口有没有根据商量好的来改。
还有一点非常重要,就是预留口编号信息一定不能丢失,它是后来多次改动过程中自动化的钥匙。
开完会之后有很多预留口的位置需要修改,工程师会在 Tricad 里挪动,再向建筑师提交一次数据,这个时候预留口有了新的空间坐标,但是和以前一样的编号,再次导入的时候,会自动更新到正确的位置。
预留口(橙黄色)通过插件导入到建筑模型里
我们目前使用这个插件完成了地下室部分所有预留口的协调工作,虽然还是会偶尔出错,但是对项目进度和质量有很大提升。
 
2
建筑师与BIM
在德国,建筑师对BIM还是普遍接受的。这个项目里它从下面几个方面提高了工作效率。
1.化整为零,又化零为整。
因为形体复杂,体量巨大,项目一开始就敲定了从三个层面分开建模的思路。
先按照塔楼及和裙房分为四个大部分,再把每个部分又分为塔楼、裙房及地下室的局部子模型。最后再根据建造顺序,分为混凝土模型、砌体及隔墙模型、租户模型、立面、轴网系统、面积等等细分模型。
这样一层层拆下来,一共有98个模型。
在模型数据储存上,我们采用了 Autodesk 的 BIM360。
这样的框架虽然看上去有些繁琐,但是在实际操作中确实是提高了效率,因为精确的分类允许多个人同时在一个区域工作,每个人改动的内容又可以被所有人实时看到。
更重要的是,通过把模型拆分为多个子模型,避免了单个模型数据过于庞大,节省了数据同步所耗费的时间,减少了传输误差。整个项目参与到建模的建筑师有30人左右,分布在三个不同的城市,保证所有人及时了解项目变动和修改是至关重要的。
2.标准化建模
如果每个人都按照自己的逻辑和思路工作的话,那光在建筑师内部就会有解决不完的冲突。所以标准化建模在这个项目中特别重要。
为了达成这一点,项目首先制定了一个标准化的命名系统。这里规定了族、视图、样板等文件该如何命名。
我们建立了独立的 Revit 文件作为族库,里面储存了所有在项目中出现的族,大到混凝土柱子,小到门的标注,都在这个族库文件中标准化定义。
族库中的一部分门
把整个项目看作一篇文章的话,族库就相当于这篇文章的词汇库,所有的作者都必须使用库里的词汇来写这篇文章,确保大家说同一种语言。
这些族是根据以往的项目经历先拷贝了一些,然后随着项目的发展,会产生新的族群需求,再往族库里丰富。在管理上,只允许BIM部门的同事在族库里添加和更改族群,其他人只能用不能改。
3.避免重复劳动
这个项目,扩充设计阶段和项目审批阶段的图纸,是直接从 Revit 模型导出来的。当然在建模和设计参数时候会投入更多精力,但是像传统设计方式中那种改了平面改剖面的重复劳动完全可以避免。
BIM 真正体现出它的优势应该是施工图阶段,施工图要基本解决建筑的一切技术问题,在传统的建筑设计过程中是劳动量最大、产生图纸最多的阶段,在德国施工图按照建造顺序分为三个等级, 我在这里标记为 WP1,WP2,WP3
建筑师提供 WP1 图纸给工程师,工程师以这份图纸为依据设计预留口。
工程师设计预留口初稿,提交给建筑师,开会协商,改动预留口位置,经过多轮协商调整后,工程师递交预留口的终稿。建筑师把它们表达到施工图上,这时候的图纸是 WP2,工地以此为准进行混凝土和砌体施工。
WP3 是指在混凝土砌体施工结束后,表达剩余建筑部分的图纸。比如轻质隔墙,吊顶等。
因为 Four Frankfurt 有了精确的模型,施工图阶段的 WP1 我们提交的是模型而不是图纸。工程师直接以模型为基础设计预留口,然后提交给建筑师,我们使用插件把它们读取到模型中,项目就到了 WP2 阶段。在这个阶段之前,正式交换的文件是没有一张图纸的。
4.参数信息提升工作效率
Revit 每个族都附有各种参数,也可以随着项目的进行,使用 Dynamo 添加新的参数。通过提取想要的参数,可以对拥有共同参数的族进行算量,出示意图。
我举两个例子。
直接出量。
一般在写招标文件的时候,都需要再对各种面积和体积手动算一遍量,在这个项目中直接用 Revit 模型导出了每层混凝土的体积,这个数值直接用到招标文件中。同样的步骤也会应用到隔热材料、砌体结构、玻璃立面等建筑材料中。
导出门列表。
门列表是繁琐又容易出错的一个环节,它在项目不同阶段需要的深度不同,由刚开始的几个参数,到最后的几十个参数,改动会一直持续到项目竣工。
我之前做小项目都是在Excel表格里手动做这个列表,一方面很难迅速反映列表中门的具体位置,浪费时间在找这个门上,另一方面随着门的数量和参数增多,重复劳动也加倍增多。
在Four这个项目中,一个门的参数,比如种类、防火等级、材料等信息直接填进门族里,然后门的列表通过 Revit 直接导出。

门的列表局部
列表里所需要的信息,也可以有多种方式批量填充,比如门的编号。这里用到的逻辑是房间编号加后缀来组成门的编码,比如房间编码为:1-U4-LAG-00-04, 那这个房间的第一个门就加后缀1,门的编号就是1-U4-LAG-00-04-01。这样每个房间的编码都是独一无二的,由此产生的门编号也是独一无二的。
那房间的编码又是怎么来的?
因为模型做了分离,房间的编号信息在面积模型里,一个房间的编号是由所在区域、楼层、功能、类型、房间号这五个参数组成,五个参数连接起来就是房间的编码。
现在需要做的就是把这五个参数的信息从面积模型转移到门所在的模型里,通过 Dynamo 读取面积模型里的这五个参数,导入门所在的模型,然后根据房间里门的数量添加数字后缀,再把这六个参数按顺序通过 Dynamo 连起来,就有了门的编码。
项目一共有接近1万个门,通过这样的操作节省了很多时间。
当然,这个项目也有它自身的问题,有施工经验的建筑师基本都是上了年纪的,不了解也不愿意学习BIM,有BIM经验的建筑师,基本都比较年轻,工地经验少。
这样会增加公司内部的沟通难度,比如年轻的建筑师有时在一个并不重要的点上投入了很多时间,或者过度建模。而老一辈的建筑师因为对BIM不了解,在项目进度把控上有时出现偏差,严重的情况甚至没有按时交图。
这个问题也只能通过在实践的过程中慢慢磨合了。

▲磨合不下去的时候,就到公司附近的广场思考人生
 
3
不同专业之间的沟通
如果要用一个词来说明在项目推进过程中什么最重要,那这个词非「沟通」莫属。
不同专业之间在 BIM 方面的沟通,主要体现在模型数据交换修改意见交换这两个点。
先说模型数据交换。
如果项目所有参与方都使用同样的软件,当然是最理想的,但现实中几乎是不可能。Four 这个项目中建筑师和结构师用的是 Revit,给排水和配电用的是 Tricad,各个专业之间需要一个共同的媒介来沟通。
这个媒介我们选择了IFC,各个专业的模型都可以导出为IFC格式。
需要注意的是 IFC 模型只是用来交流和进行碰撞检测,并不能直接在 IFC 模型进行修改,修改意见会被记录为BCF,它是由 buildingSMART 开发,以 IFC 为基础,项目参与方修改意见的标准化记录。它包含了改动理由,改动时间,改动内容和改动人的信息。
针对 IFC,我们使用了 BIMCollab zoomNavisworks,这两个软件都可以同时打开多个 IFC 模型,可以截取任意局部位置。各个专业能随时对比其他专业的模型来辅助自己的设计工作。
比如结构师要把一堵墙从20厘米加厚到50厘米,我们要在空间上判断是否可行,还要需要考虑给排水和配电。这时候我们就可以把建筑模型和水电模型一起打开,找到这个墙的位置,判断出这个改动会不会影响给排水和配电,如果有影响,就需要联系他们协调可不可以挪动。如果没影响,这个改动基本就可以接受。
IFC还有个重要用途就是碰撞检测,甲方为了控制项目质量很强调碰撞检测,为此还会在项目进度例会之外单独设置例会。
比如下次开会要讨论地下负四层的内容,我们建筑师得在会议召开两周之前收集各个专业最新的地下负四层 IFC 数据,用 Navisworks 做碰撞检测,然后把问题整理成 BCF,再上传到线上 BIMcollab 让其他专业过目,在开会的时候讨论出修改结果。
再说说修改意见交换。
开会后,做出的改动也要被BCF记录。BCF分为 Online BCF和 Offline BCF。我们认为对项目推进有实质帮助的是离线的OfflineBCF,它要和模型一起上传,相当于以前给图纸上画云线和索引来记录图纸。
对 onlineBCF 的应用,目前有些流于形式,我就不详细说了。
这样的流程设计和记录方式,本身是很高效的。但是在实际操作中,这个过程也给大家带来了大量额外工作,建筑师需要在完成本来就很紧迫的任务同时,去准备所有的碰撞检测,整理BCF,而碰撞检测的结果并没有给设计本身带来很大的改善。
有时候宝贵的时间并没有用来解决一个棘手的问题,而是花时间去满足了这个流程。其实降低了整个项目的工作效率。
引发这个问题的原因,我觉得是有以下两点:
首先,建筑师的施工图阶段和其他工种的施工图阶段不同步,水电施工图都是等建筑师的施工图结束以后才开始,大家在同一个时间点发布模型时,建筑师的模型是LP5的深度,但是水电的模型有可能只是LP4的深度,这样做的碰撞检测,有一半的碰撞都是没有意义的。
如果碰撞检测可以在所有人都把施工图做完之后进行,效果肯定会好很多。但甲方不可能允许这么做,这意味着工地停工等图纸。

预制地下室混凝土柱子已经躺在工地上了
任何一个大规模项目都是在极大的时间压力下进行的,甚至是边施工边设计,每一个时间点卡着另一个时间点,谁在自己的时间点没有完成任务,都会承受经济后果,甲方在这一点上丝毫不留情面。
其次,BIM是基于建筑全生命周期的思考方式,很多后期的问题会在前期出现。
作为甲方,当然希望这些问题在前期得到解决。但是,根据德国的相关法律,建筑的整个建造过程定为9个阶段,通常每个阶段乙方都会和甲方签订一次合同,甲方也可以在不同的阶段更换事务所。
在这个制度下,甲乙双方是以各个阶段为工作范围并实施结算的,甲方并不会因为其他公司提前解决问题多付钱,出于经济性的考虑,就不会有公司在扩充设计阶段去解决施工图阶段的问题。
这种以各个阶段为基础的思考及运行方式,和以整个建筑全生命周期为基础的正向设计,本质上是存在矛盾的。这个矛盾不解决,BIM的落实总会遇到阻力。
 
4
写在最后:BIM在德国
Four是我所接触到的所有项目中对BIM应用最为广泛和深入的。它在一定程度上改变了我对设计过程的认知。
每次经过这座桥时,我都会想象项目落成后的样子,想到法兰克福天际线的塑造也有我一份,就有种很强的自豪感。
作为建筑师,一般会对纯设计的东西很执着,而轻视技术和工作方法,但是建筑是一个牵扯到十几种行业的复杂社会活动,比起单纯设计建筑,完成建筑的整个过程是一个更加宽广的世界。
当然,建筑师要不断提高自己的设计水平,但是同样要提高工作效率和改善工作方法。站在一个更高的角度来说,从方法上优化设计过程也是设计的任务之一。
大公司开始尝试把 BIM 应用于项目之中,HPP 在推动 BIM 技术的发展中还是走在前面的,他们也追求更高的效率来优化繁重的建筑设计任务。
但是,一个很重要的出发点是,HPP是基于现实条件来推进BIM,它首先拿下了 Four 这个项目,拿下项目是这之后一切的前提。
与之不同的是我之前工作过的 ATP,它总部在奥地利,欧洲第二大建筑公司,在德国市场发展得却不是很好。单独说 BIM 水平的话,ATP 应该是全欧洲走在最前面的,它有专门的BIM研发部门,负责模型管理和插件研发,同时也开发自己的族库,有一套完善的培训体系。
它同时拥有全套的设计人员。建筑师、结构工程师、给排水、配电、建筑物理等都在同一个公司,有点像国内的大院,这样创造了所有工种都使用同一个软件的有利条件。
公司成立之初就定下参与建筑全生命周期设计的理念,项目一般只接从设计直到最后工程监理一条龙的项目,以保证BIM在项目中应用的连续性。
ATP 的公司创始人说,总有一天,设计师给工地只需要交一个模型就够了。这也是 ATP 发展的方向。
ATP Architects & Engineers
我认为,ATP坚持只参与项目全生命周期设计的理念很有前瞻性,但是也恰好是这个坚持让它在德国市场的发展受到了限制。ATP做好了一切准备去拿项目,而德国的法规是以阶段性委托设计任务,它在德国很少能拿到项目。
是应该从现实条件出发,边做边学的推进BIM,还是从理想条件出发,像武林高手一样,闭关修炼成绝世高手再来一扫天下,这个就见仁见智了。
但有一点可以肯定,随着这些年德国建筑行业的发展,BIM 已经初步应用于建筑行业并彰显了其巨大的商业价值,以目前的应用现状来看,虽然BIM还存在很大的局限性,但是从业者都认识到,BIM 引领的建筑设计革命所创造的经济效益和社会效益,目前还只是冰山一角。
推进 BIM 技术的运用会成为传统建筑行业的一项重大任务,我们每个从业者都可以贡献自己的力量,找到自己的机会。

原文作者  建筑师段晨光

修改整理 BIMBOX

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中国建筑师万字长文:在德国,我用BIM雕刻法兰克福的天际线。