BIM、建筑與系統

陳光 2018年3月28號

【系統論】

       系統論,又稱系統科學、系統工程,是一門最近幾十年興起的思想體系。

       系統論的核心思想,是系統的整體觀念。貝塔朗菲(1932年創立了系統論思想)強調,任何系統都是一個有機的整體,它不是各個部分的機械組合或簡單相加,系統的整體功能是各要素在孤立狀態下所沒有的新質。他用亞里斯多德的“整體大于部分之和”的名言來說明系統的整體性,反對那種認為要素性能好,整體性能一定好,以局部說明整體的機械論的觀點。

系統論是整個計算機產業的基礎,也在計算機產業中應用的最為徹底,F在系統論的思想已經逐漸普及到各個產業中了,連醫學都在把人體作為系統研究。中國在千年前就有樸素的系統思想,但是,現代系統科學不是模糊的沒有邏輯推理的直覺體驗,而是各個組成要素具有科學實證基礎的思想體系。

【建筑系統】

       建筑是不是一個系統?

       a.是,她將會在整體上產生單個構件所不具備的性能,是什么性能呢?最簡單的一個性能就是能夠給人遮風擋雨的建筑空間,人類歷史上最初的建筑大概就是一個斜搭在巖石上的草棚,也就是一個坡屋頂,至于柱子、墻、門窗的功能都在里面了,這是最早的“單構件建筑系統”,人類建筑文明的第一個作品。

       b.不是,她只是那么多構件組合而成的積木。一座廢棄的破敗的建筑物,毫無生氣,它還能是一個系統嗎?地震震壞了的建筑物,危房,無法繼續使用了,要拆除,它還能是一個系統嗎?

【BIM的系統論思想】

       我相信1970年代提出BIM思想的教授們,是做了一次知識借鑒,將系統論的思想借鑒到建筑科學里,將建筑物看作是一個系統,而不只是構件的簡單疊加。當時的時代背景的確也是結構、機電、通信等建筑子系統大發展的時期。這個新的建筑系統論,雖然在名詞上是引自PIM(產品信息模型,是制造業領域的概念),但是,無疑,這是第一次在學術上,將建筑物作為系統加以闡述,并且以BIM作為這個思想體系的頭銜。

       這時候的軟件還不發達。用鉛筆在白紙上做圖,仍然是建筑師的主流方法(出施工圖working drawing,則是用針管筆畫在硫酸紙上)。在設計之初,建筑系統架構師(architect)想象中的建筑物,一定是一個從模糊到具象的系統,一個物理和空間一體化的虛擬建筑系統。最原初的BIM思想就是要去描述(represent)這個很難描述的系統,一直到了很多年之后才有軟件工具將之呈現在PC電腦屏幕上(之前就有在大型機上使用的CAD軟件,沒有普及)。

       建筑系統架構師的作為系統對象的建筑物整體構思好之后,就是各個專業工程師進行專業分析:結構、機電、聲光熱等等。專業工程師所面對的都是子系統,但是在每個專業發展的最初,都是從構件開始的。我們大部分的建筑業專業教學之中,都是在處理單個構件(設備),而系統角度的闡述(不是簡單的系統參數計算)較少。

       學結構專業的,可以參考林同棪的著作,他把建筑和結構作為一體化的系統來指導設計,作為系統的建筑設計和結構設計,和作為構件之組合的設計有多么大的不同。相信機電、弱電諸專業也一樣,尤其是為了施工圖而做的設計,系統計算不過是按照規范套一套,絕大部分的設計時間是在繪制施工圖上,遑論系統選型。大學教育在講到系統選型、方案優選的時候差不多就停止了,很少有人能講清楚這種基于系統論的建筑設計(building design)。

       沒有意識到BIM的這種系統論思想,是根本不可能理解BIM之協同工作是怎么回事的。

【BIM實務中的建筑系統對象】

       在BIM實務中,除了傳統上被當作系統的幾個大塊塊:結構系統、建筑系統、機電系統,這些都是有形的物理系統,相當于電腦的硬件,還有未被廣泛意識到的空間系統,以及工藝流程、交通系統、能源、成本等子系統,這些都是無形的軟系統,相當于電腦的軟件。并且這些子系統的功能都是因為物理系統搭建起來之后,整個建筑物系統出現的“功能突現”。目前的建筑設計對于硬件的重視,和對軟件的忽視,導致了BIM之很難產生價值。

       參考:基于FM的建筑設計BIM信息分類框架

       在這個分類框架中,我專門加入了“家具系統”。理解這個家具系統需要系統化的現代設施管理、空間管理的背景知識。這里的家具系統,不是像整體櫥柜、整體衛浴那種集裝修、家具、電器于一身的一體化產品,雖然這些產品時常也稱為系統,也的確是一個小系統。

       家具系統的理解必需置于企業管理環境中(這里我們必須上升到企業管理系統里面,才能夠看清楚FM是如何作為企業有機體的一部分而發揮作用的),它是企業工作空間管理系統的一個組成部分,一個子系統,其自身的系統性已經產生,而不再是以前的簡單的一個個的家具。這些元素之間的邏輯關聯乃是由管理當局所賦予的,并不是物理性關聯,也即其系統性在于管理模式中、而非物理實在中。

       同樣的,你就比較容易理解裝飾系統、幕墻系統。此時你就能夠看懂北美地區常見的UniFormat建筑系統分類法了,也就是內置到Revit軟件中部件代碼選項的那套編碼。

【管理的系統論】

       管理在最初誕生的時候還沒有系統論的概念,至1900年代泰勒制時期才開始流行所謂系統化管理模式,以及產生MBA這種管理專業。建筑行業中存在許多管理,如設計管理本身就是一個管理系統,并且本來就需要系統論的思維方式,去研究作為系統的建筑物,尤其需要用系統論的眼光去看BIM的到來。然而事實上卻沒有。

       在設計環節內,由于對BIM之系統思想的不理解,導致了每個專業(甚至于建筑師也把自己作為專業之一)各自獨立作戰,而實際上,系統思維要的就是各專業的協同作戰,即便是在BIM軟件工具誕生之前,只是拿鉛筆畫圖的時代,也是一樣的。為什么建筑系統架構師總是領銜作為管理者?背后就是這種系統化的思想。

       CaBIM軟件工具只是將這種系統論思想中的協同性發揮到了極致,可以說是BIM的系統論思想催生了CaBIM軟件工具,只有協同作戰成為主流方式,才有協同使用CaBIM軟件進行設計的可能,才有可能將軟件工具的價值發揮出來。其價值在設計院內部就會產生,這是美國很多設計院采用BIM軟件的驅動力之一。

       沒有系統論思維方式,連協同作戰還不會,那就跟甲午海戰守著遠東最大戰艦而戰敗一樣,是無法把BIM這艘戰艦利用起來的。而以目前的設計院內部的設計管理體制,還看不見希望。設計院連自己畫的圖紙都還沒有好好管理起來呢。這與BIM其實還很遠呢,真的很像清朝北洋陸海軍時代,協同作戰還不會,就買了遠東最大巨艦。

       當然,也有人會這樣認為,買了好武器,會促使設計院協作能力提高。這是天真。當年ERP普及之前,很多制造業企業是“不上ERP等死,上ERP找死”,這一直演化到企業管理模式達到足夠高的系統程度時才看到普遍的成功案例。

       很多設計院不愿意把BIM真正搞起來,只是買個軟件了事,而同時請客吃飯花的錢可能都比CaBIM軟件多N倍。

【全生命周期管理的系統論】

       將設計-施工看作一個管理系統,只是將思維方式轉變一下,就會產生更大的價值(這是管理的價值所在),這是BIM的用武之地。而將設計-施工-運營看作一個全生命周期系統,才真正能將BIM的價值發揮到極致。

       只有這種全生命周期的系統思維方式,才有可能將后期運營的需求帶入到設計之前,由甲方代表(FM)向設計院、施工單位、造價咨詢、項目管理單位提出要求,按照要求的標準將運營所需信息放進BIM中,否則,沒有哪一方會主動的生產超出自己責任范圍的信息(BIM)。這是管理的系統論,也是管理的價值所在。

       只有在FM的實踐指導下,才會有設計從建筑空間系統開始,而非僅僅建筑構件物理系統,BIM模型產生的時間提前了一小段,但這一小段所產生的價值相當大,方案選型優化大部分都在這里,方案ABC可能相差數十倍,無論是成本還是性能。

       舉例,一個建筑物,結構壽命75年,塑料管路壽命25年,在建筑物的生命期內需要至少更換2次。在這個命題下,設計將會怎么做(管路系統與結構系統分離),施工將會如何采購產品,造價如何進行融資成本分析,都會和原先專業割裂的結果完全不同,F在80年代的房子已經到了第一次更換管路的時間了(90年代的房子,才十年,有很多已經出現主管爆裂搶修的事故了),大家會考慮到下一次更換的成本嗎?

【既存建筑的系統論】

       空間系統、及各個軟系統,都是使用者最直接的需求的系統化,實際上,如果看既存建筑的改造設計,就會發現,設計師是在這種系統化的需求之下做設計的,這種邏輯與新建建筑是一樣的。而沒有系統論的思想,是看不到這一市場的。

       既存建筑使用BIM設計在美國已成為巨大的潮流(2010年48%的設計院使用,大部分項目是既存建筑),在中國還很少見,但是BIM軟件的普及速度卻極快,這種速度的確在技術方面沖擊著人們去尋找思想——現在找到了系統論。

       京滬廣深等一線城市已經很像美國1960年代的格局,新建建筑所占比例極低,建筑業單位主要是在向二三線城市拓展業務,那么,再過5年,二線城市退潮,10年三線,15年四線,之后呢。不懂得在產業鏈上拓展附加值更高的業務,于是只能去吃蛋糕,而無法把蛋糕做大。美國2010年建筑業產值1萬多億美元,在幾乎沒有多少新建項目的情況下,居然仍然是世界上最大的建筑市場之一,這個數字可能是我們所不能理解的。這個議題涉及到很多建筑業的公司戰略定位,戰略非常需要系統思維,相信BIM潮流帶來的沖擊是全方位的,尤以系統論思維方式為甚。

       向既存建筑的業主提供更多的高附加值的服務,是設計院、機電總包等公司的必然走向,只是時間快慢而已。這是用系統論的角度才能看得到的未來,而BIM無疑是信息化和工業化同時闖入中國建筑業的絕佳工具,和其他制造業行業一樣;旌辖豢椀谋硐髸屛覀兏械矫曰,因此必須從實質入手研究。

       一系列最簡單直接的質問,都是初學者會問的,都是好問題:為什么要有設計和圖紙,甲方要設計圖干嘛,最終的辦公室使用者關心這些圖紙嗎,為什么要有施工,施工是為了什么,所有的設計、施工、管理不都是為了最終的使用者能夠得到工作空間嗎?那么為何最終的這個空間需求沒有在設計的最初出現?

【建筑市場體制的系統論】

       中國的建筑市場,是一個劣幣驅逐良幣的市場,原因是在沒有架構出一個良好的系統。而構建出一個優秀的市場環境,不是那么簡單的事,尤其還有這么多歷史包袱的背景下。目前所見,BIM技術的浪潮,對于這個市場,還只是清風拂面的騷擾。

       總的來說,BIM的價值發揮,不僅在于技術,而更加在于思想(管理的價值)。尤其是系統論的思維模式,更加接近BIM最初的思想。應用BIM工具,則必須是系統性的應用,才有可能建造出來參天大樹,否則就只能是最原始的斜坡草棚。

【從PDM到BIM】

        一位PTC的高人說:按照PDM的思想來推測BIM,幾何模型、數據庫和分類方法三樣東西是必不可少的。幾何模型和數據庫是PDM和BIM通用的,而分類方法大不相同:在制造業領域則為BOM,在建筑業領域則為諸如Omniclass的建筑元素分類法。制造業的最終產品也即最高分類等級,比如一臺空調機,在建筑業里面通常是最低不可分單元,也就是構件(element)。兩者皆遵循系統論的基本原理:以某種邏輯關聯串起若干元素單元,構成一個結構體、達到某種新功能。

 

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