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在歐洲、美國和日本經(jīng)濟下滑的大環(huán)境下，已為人們熟知的BIM 技術在建筑領域開始嶄露頭角。它被贊譽為簡化和重塑陳舊建筑的最佳解決方案。早期的模型是從汽車業(yè)發(fā)展而來的，因為汽車銷量與模型變化的周期有著緊密聯(lián)系。傳統(tǒng)的汽車設計是通過建造泥塑模型來研究復雜的三維立體結構。這就意味著敲定一個新模型的結構要花費大量的時間，而從泥塑模型轉變?yōu)樵O計圖紙花費的時間將會更多，因此模型的變化周期會耗時四到五年。電腦輔助設計（CAD) 技術的引進是汽車設計領域的一次革命，它使數(shù)字模型取代了泥塑模型，實現(xiàn)了通過虛擬的電腦空間來研究多種替代模型和生產(chǎn)流程。因此模型設計的研究變得經(jīng)濟而且高效，模型設計完成后就可以立刻轉變?yōu)樵O計圖紙。使用CAD 設計的圖紙與生產(chǎn)系統(tǒng)直接連接，這樣就極大地縮短了整個模型變化周期。
 

第一代應用于建筑領域的BIM 技術是想通過引進三維CAD 技術來提升效率。盡管這一效率在一定程度上已經(jīng)得到了證明，但是建筑工程自身并沒有因此而發(fā)生實質性的改變。從根本上說，建筑是一種一次性的生產(chǎn)過程，其中設計和生產(chǎn)（執(zhí)行）過程是分開進行的。由于傳統(tǒng)上建筑的設計系統(tǒng)是在二維空間完成的，因此在執(zhí)行階段將二維圖紙轉變?yōu)槿S來實現(xiàn)節(jié)省人力的想法，其實是加重了設計者的負擔。第一代BIM 技術強迫設計者在設計過程中承擔著既創(chuàng)造二維設計又負擔三維設計的責任，設計者對于這種狀態(tài)表示很不喜歡。
 

然而，設計者還是充分意識到了三維空間中設計數(shù)據(jù)的價值。單從設計過程的角度來看，如果BIM 技術能夠以一種更好的方式來證明自身的價值，那么建筑的設計過程和質量都將獲得提高，如此創(chuàng)造的設計環(huán)境才是設計者所歡迎的。BIM 技術率先在結構設計領域做出努力，如今三維模型對于研究建筑結構中的復雜因素已經(jīng)變得必不可少。在環(huán)境設計領域，使用電腦計算流體力學（CFD) 的熱工環(huán)境和光照環(huán)境模擬以及三維模型都成為了設計過程中的基本部分。由于設計者總是被要求實現(xiàn)復雜且具有美感的結構和建筑造型，因此通過電腦繪圖實現(xiàn)設計可視化來向客戶進行講解也已成為標準步驟。
 

如今從整體實踐上看，針對不同功能，例如結構設計、環(huán)境設計和藝術設計的三維模型創(chuàng)建與二維圖紙實現(xiàn)仍然是兩個分離的過程。而BIM 技術的優(yōu)勢在于它可以把這些過程通過統(tǒng)一的標準融合在一個三維模型中，同時它還可以針對不同的目標有的放矢地進行使用。除了節(jié)省勞力和提高設計過程的效率，使用這種一體化的BIM 技術還能夠使建筑最終具備更好的功能和更高的質量。這種借由電腦模擬技術和動畫技術統(tǒng)一建筑可視化的方法來追求高效設計的BIM 技術被稱為第二代BIM 技術。木材會館、保木美術館和索尼城大崎都是由日建設計在日本開展的項目，同時也是追求第二代BIM 技術的產(chǎn)物。
 

日建設計同樣致力于研究第三代BIM 技術。如果第一代BIM 技術意在簡化執(zhí)行過程，第二代旨在提升設計質量，那么第三代BIM 技術的定位就是為客戶提供便利。如果設計階段的BIM 技術在執(zhí)行階段能夠恰當?shù)乇痪S護，那么保留“建造全程BIM 技術”便成為可能，即記錄反映建筑建造過程中所有的細節(jié)信息。這樣的BIM 技術無疑會成為建筑管理和維護的一種有效工具，其作用就好像醫(yī)生對病人健康情況所做的醫(yī)療記錄一樣。
 

以一座辦公建筑為例，假設它有50 年的壽命，其用于清潔、能源使用和保養(yǎng)維護的費用是起初設計和建造成本的四倍。在整個建筑生命周期中投入適當?shù)木S護和管理，并結合“建造全程BIM 技術”數(shù)據(jù)，能夠給客戶帶來極大的方便（不是僅限于降低成本）。日建設計始終致力于對BIM 技術的運用，堅信“生命周期BIM 技術”的理念——包含設計、執(zhí)行和建筑管理，這種理念有助于為現(xiàn)今的建筑行業(yè)提高效率和標準。
 

保木美術館
 

該美術館為現(xiàn)實主義繪畫（現(xiàn)實主義繪畫展現(xiàn)了超越攝影圖片的細節(jié)）專門展所設計。業(yè)主在決定將個人私藏的300 幅現(xiàn)實主義繪畫向公眾展出之后，雇傭了日建設計作為該館的設計方。我們并沒有被要求在典型矩形結構的美術館空間內(nèi)設計畫廊，而是需要讓畫廊中的畫能夠根據(jù)某一特定的主題，以線性方式被觀看。因此，我們設計這間美術館的任務便是建造適合觀賞現(xiàn)實主義繪畫的最佳畫廊。
 

針對這些現(xiàn)實主義繪畫，我們考慮了照明器具的擺放、壁紙的紋理、墻壁的接縫，甚至掛畫所用的橫桿和細繩這些有可能使人們在充分享受繪畫細節(jié)時分神的種種因素。最終得到的結論是一間徹頭徹尾抽象的畫廊應具備簡潔、無縫的空間，展覽品在其中好似憑著自己的意愿浮游，如此一來就與業(yè)主藏品的風格相契合。據(jù)此，我們在追求這一目標的道路上開始了反復的試驗。
 

BIM 技術在本項目的空間設計中證明了其自身的巨大潛力，它全方位地結合了設計、結構和設備，包含了彼此包裹且具有不同輪廓的畫廊以及使用BIM技術實施的照明系統(tǒng)和空調系統(tǒng)的計算機模擬技術。
 

 

 

 

木材會館

木材會館是一座辦公大樓，同時它還是東京木材批發(fā)商協(xié)會的總部。日本使用木材修建建筑歷史悠久且聞名于世。但是伴隨著19 世紀國家現(xiàn)代化進程的開始，易燃的木料很快飽受詬病，并被貶抑為“不現(xiàn)代的”材料。由于作為城市建筑材料的功能遭到冷落，木材迅速從日本城市空間中的大型建筑的外立面上消失。
 

而設計木材會館面臨的一大挑戰(zhàn)在于要重新發(fā)掘木料的巨大價值，其中包括在傳統(tǒng)建筑的使用中對于木材的“感覺”以及打磨等技術的創(chuàng)新，這些都有助于重塑它在城市范圍內(nèi)大型建筑中的使用。運用模擬技術來研究木材究竟會在怎樣的條件下燃燒，進而向人們闡述在火災發(fā)生時如何從木結構建筑中安全撤離，這也顯示出木材在不違反防火條例和沒有防火設施的情況下可以被欣然地使用。作為設計者，我們非常樂于看到在該建筑竣工之后，一些與建筑相關的法律和法規(guī)被重新修訂，允許日本的公共建筑使用木材建造。
 

木材會館獨一無二的外立面是由主結構（梁柱）鋼筋混凝土與附屬結構（比如屋檐和欄桿）木材結合而成的。該設計旨在抵御日本強烈的晚霞光照。BIM 技術在營造建筑的三維結構和通過電腦模擬技術檢測效能方面被證明是最完美的設計工具。
 

我們同樣使用BIM 技術檢測了數(shù)字建造過程。建筑的頂層有一間大型會議廳，其上方架有幾根24m 長的木制橫梁，它們的構建運用了日本傳統(tǒng)的細木工藝。細木工藝的物理結構極其合理和高效，可是通過手工完成這種接口需要花費大量的時間同時需要具備大量的專業(yè)知識，因此這種技術今天已很少在建筑中使用。具體到本項目，由于所有接口的完成均通過計算機數(shù)控技術（computer numerical control，簡稱CNC）完成，使得細木工藝的準備工作被安排得極為精確，其完成速度也比手工完成的速度提高了100倍。BIM 技術和數(shù)字建造使得建造精準度大大提高，無須個體手工勞動，建造速度也提升了100 倍。這兩個因素在木材使用的復興和木材的經(jīng)濟利用上起到了決定作用，在木材會館的實現(xiàn)過程中傳統(tǒng)的細木工藝一旦與奢華的建筑相聯(lián)系，那它就成為了必不可少的部分。

 

 

 

 

索尼城大崎

本項目為全球跨國企業(yè)索尼的研發(fā)部門和行政部門的聯(lián)合總部。這一巨大工程的建設一直伴隨著20 世紀經(jīng)濟快速發(fā)展的模式進行調整，而現(xiàn)今隨著環(huán)境保護意識時代的來臨，工程將繼續(xù)進行調整和建設。建筑師不得不設計大型建筑，盡管他們知道這將會給環(huán)境帶來不良影響，所以他們有些時候嘗試著通過利用大片樹木和灌木的景觀設計來進行彌補。假設建筑物能夠對環(huán)境改善做出一些貢獻，就像樹木越多越對環(huán)境有利一樣，建筑物數(shù)量越多體量越大就會對它自身的環(huán)境產(chǎn)生更多有利的影響。如果這樣一種建筑能夠得到修正，它一定能夠在大規(guī)模的城市建筑中產(chǎn)生一種思考模式的轉變。在本項目中，日建設計的設計師試圖設計一種既能充分利用日本降水充足這一特點，又能利用雨水給建筑物降溫并降低建筑物周邊環(huán)境溫度的建筑。
 

設計所解決的一個具體問題即是城市“熱島”效應。這種效應的源頭是熱量的積累，而這些熱量來自于建筑師和城市規(guī)劃者覆蓋在城市中心區(qū)域的混凝土結構建筑物和其他吸熱基礎設施。“鋼筋水泥叢林”是冰涼、冷漠大都市的代名詞，而實際上它是熱量積聚的熔爐，滋生了不良的自然環(huán)境。東京市的溫度在過去的100 年里已經(jīng)升高了3?C，其中因全球變暖引起的僅略高于0.6?C，其余的2.3?C 則是熱島效應的結果。
 

在出現(xiàn)“鋼筋水泥叢林”之前，日本一直有著通過澆水來抵消熱量的傳統(tǒng)。在盛夏時節(jié)，人們總是在自己的花園和庭院里澆水，因為水分的蒸發(fā)有助于降低溫度。在亞洲的熱帶地區(qū)，水被貯存在不透明的罐子里。水分滲透在罐子的表面，引起了罐子滲水，水分的蒸發(fā)降低了罐子的溫度，罐子里的水才得以保存。這種古老的方式巧妙地利用了水分蒸發(fā)的潛伏熱，與常態(tài)方式相比，降溫效果提高了600 倍。

 

索尼城大崎的建筑外立面在每一層均有陽臺，陽臺的柵欄由呈網(wǎng)狀且可利用太陽能的陶瓷管組成，雨水可以貯藏在這里。蒸發(fā)的水分從陶瓷管的空隙滲出，降低了周邊環(huán)境的溫度。設計制作的實體模型表明建筑外立面通過這種系統(tǒng)最高可降溫10?C。當把從試驗中得到的數(shù)據(jù)植入BIM 技術并進行模擬之后，我們可以發(fā)現(xiàn)140㎡ 的外立面能夠使地表溫度降低約2?C。

 

2?C 可能看起來并不起眼，但是建筑物對周圍溫度所起的作用是極易理解的，即僅僅通過對雨水的利用，就能夠抵消過去一百年“鋼筋混凝土森林”出現(xiàn)后所帶來的“熱島效應”引起的溫度升高。日建設計將這種原始的立面稱為“生態(tài)表皮”。當我們提出將其作為設計方案時，我們認為這與索尼全球創(chuàng)新引領者的身份相符，同時從建筑BIM 技術產(chǎn)生的大量模擬技術也證明了我們的方案。誠然，項目的設計已經(jīng)離不開BIM 技術。BIM 技術在營造建筑的新環(huán)境友好型趨勢過程中發(fā)揮著關鍵的作用。
 

其實從中獲益的不僅是環(huán)境。附著在生態(tài)表皮上的陽臺向著外部建筑框架的主立柱前排延伸，這種安排提供了更寬闊且在建筑結構上不間斷的空間。在出現(xiàn)緊急情況時，這些陽臺可充當每一樓層的安全逃生通道?，F(xiàn)在，當我們設計超級摩天大樓時，就會不禁想起在9•11 恐怖襲擊時人們是如何被困在世貿(mào)大廈里。當濃煙充斥他們的辦公室時，被困者試圖攀爬破碎的窗戶以逃生，但是求救無門，最終只能殞命高樓。 我們有時會想如果這些建筑配有陽臺的話該有多好，有多少生命也許會因此得救。自此以后，我們竭盡所能地在設計超級摩天大樓時為其配備陽臺，或者基于設計陽臺的前提， 修正該類型建筑的外立面設計方案。在索尼城大崎項目中，陽臺不僅用于支援生態(tài)表皮，而且是保證索尼研究人員和員工安全的逃生路線。通過利用基于BIM 數(shù)據(jù)的逃生方案模擬技術，我們對有效逃生路線的研究進行了反復測試，最終保證了此設計的疏散時間是通常辦公樓疏散時間的一半。假如沒有BIM技術，我們在將設計理念提升為具有說服力的實際方案時就會面臨困難。