夢(mèng)幻建筑師

告別故紙堆，頂尖建筑高手開(kāi)始用電腦設(shè)計(jì)虛擬的真實(shí)世界

這一幕建筑師工作的場(chǎng)景酷似電影《鋼鐵俠3》的畫面—無(wú)數(shù)激光設(shè)計(jì)藍(lán)圖定格于空中，電影主角小羅伯特·唐尼帥氣地用各種姿勢(shì)與手勢(shì)，變換著機(jī)器人的設(shè)計(jì)方案。遠(yuǎn)在美國(guó)西雅圖的NBBJ建筑師事務(wù)所辦公室里，NBBJ全球合伙人喬納森·沃德（Jonathon Ward）正在扮演著現(xiàn)實(shí)世界里的小羅伯特·唐尼。

沃德使用一種名為草蜢（Grasshopper）的計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)賦予虛擬世界真實(shí)的物理學(xué)定律，甚至連太陽(yáng)的光芒與輕風(fēng)的微撫亦在其計(jì)算中。沃德只需輕點(diǎn)鼠標(biāo)，就能改變體育場(chǎng)任何一根梁柱的粗細(xì)、長(zhǎng)短，甚至令其消失。沃德，這位一方世界的神，還能化身為虛擬體育場(chǎng)中的一名普通觀眾，考察其觀賽視野是否足夠完美。如果遇到被前面的觀眾擋住了視線？沒(méi)關(guān)系，身為虛擬世界里的神，只要一揮手，其就能讓體育場(chǎng)的設(shè)計(jì)改變。

數(shù)據(jù)控

一座盡可能多的保證良好觀賽視野的體育場(chǎng)，意味著什么？答案是：能賣出更多的高價(jià)門票，并且提升觀賽體驗(yàn)。這正是沃德對(duì)中國(guó)杭州奧體中心的設(shè)計(jì)良方。從觀眾視野入手通過(guò)人體工程學(xué)收集大數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)模擬后，形成最利于觀眾視野的體育場(chǎng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)，這種混凝土結(jié)構(gòu)在體育場(chǎng)館設(shè)計(jì)中被稱為碗（Bowl），其承載著所有觀眾、座位、通道的運(yùn) 算。

計(jì)算機(jī)也許無(wú)法模擬出每一次觀眾的活動(dòng)，但大數(shù)定理在人群中永遠(yuǎn)有效。草蜢憑借從全球各處采集到的人類活動(dòng)數(shù)據(jù)，在被導(dǎo)入計(jì)算機(jī)模型后，通過(guò)分析觀眾進(jìn)出場(chǎng)習(xí)慣、人群聚集習(xí)慣，沃德不斷修正碗的造型。

當(dāng)然，在傳統(tǒng)體育場(chǎng)的設(shè)計(jì)之中，碗的內(nèi)部設(shè)計(jì)與構(gòu)成體育場(chǎng)外部鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并無(wú)太大關(guān)聯(lián)，正是這一點(diǎn)造成外部鋼材的極大浪費(fèi)。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)成為建筑師們?yōu)闃I(yè)主節(jié)省資源的利器?！爱?dāng)業(yè)主方問(wèn)我們，‘你們能為這座體育場(chǎng)帶來(lái)什么特別之處’，我們就想到節(jié)約大量鋼材是個(gè)很好的方案。”沃德告訴《環(huán)球企業(yè)家》。

中國(guó)杭州奧體中心與北京鳥(niǎo)巢體育場(chǎng)體量相當(dāng)，同樣擁有八萬(wàn)個(gè)座位，但用鋼量?jī)H為鳥(niǎo)巢三分之一。鳥(niǎo)巢總計(jì)花費(fèi)11萬(wàn)噸鋼材，而杭州奧體中心在NBBJ計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)劃下，省下超過(guò)7萬(wàn)噸優(yōu)質(zhì)鋼材，足以裝滿1240個(gè)火車車皮。這是一個(gè)未來(lái)的建筑世界，卻早已誕生于實(shí)際建筑設(shè)計(jì)之中，喬納森說(shuō)：“在這個(gè)世界，一切都由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)?！?/p>

建筑設(shè)計(jì)業(yè)早就不是埋頭圖紙堆的工作，真正的頂尖建筑高手用電腦設(shè)計(jì)虛擬的真實(shí)世界。

草蜢系統(tǒng)是BIM（建筑信息模型）系統(tǒng)軟件犀牛的一種插件，其中含有大量事先編制的運(yùn)算器，能夠自動(dòng)根據(jù)輸入?yún)?shù)生成形體。數(shù)以萬(wàn)計(jì)的二維構(gòu)件圖紙進(jìn)入這個(gè)系統(tǒng)，互相勾連形成模型。

任何改變都會(huì)自動(dòng)生成整個(gè)建筑結(jié)構(gòu)的改變，新建筑方案會(huì)自動(dòng)生成。但真正做到這一點(diǎn)并不容易。

直到2002年，BIM系統(tǒng)才真正出現(xiàn)，NBBJ正是BIM系統(tǒng)的早期開(kāi)發(fā)者與最早使用者之一，對(duì)BIM的運(yùn)用已超過(guò)10年。這為其帶來(lái)了在BIM領(lǐng)域無(wú)可匹敵的經(jīng)驗(yàn)與創(chuàng)意，最終才形成類似電影《鋼鐵俠3》的設(shè)計(jì)場(chǎng)景。

草蜢系統(tǒng)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方式最大不同在于，輸入碗的形狀后，系統(tǒng)自動(dòng)生成支撐碗所需的結(jié)構(gòu)受力點(diǎn)，這些受力點(diǎn)構(gòu)建出外部鋼結(jié)構(gòu)形狀，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)的每個(gè)改變都能直接與外部結(jié)構(gòu)聯(lián)動(dòng)，設(shè)計(jì)速度便大幅增加，這使NBBJ比其他競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手更快地拿出了初步方案，在競(jìng)標(biāo)中獲得優(yōu)勢(shì)。

在計(jì)算機(jī)輔助系統(tǒng)使用設(shè)計(jì)之前，建筑師們用的是泡沫塑料、紙盒木板。創(chuàng)意的產(chǎn)生和測(cè)試都需要數(shù)周甚至數(shù)月時(shí)間，這還不包括反復(fù)的修改、調(diào)試。而現(xiàn)在，整座體育館從基座、碗、鋼結(jié)構(gòu)到屋頂，全部被轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)云，在屏幕上顯示出體育場(chǎng)的造型。

但別以為，它只是一幅漂亮的三維效果圖。通過(guò)建筑信息模型（BIM）系統(tǒng)，設(shè)計(jì)方案的內(nèi)部屬性亦最大幅度模擬真實(shí)。NBBJ上海辦事處項(xiàng)目負(fù)責(zé)總監(jiān)艾瑞克·菲利普斯（Eric Phillips）告訴《環(huán)球企業(yè)家》：“如果以前我們只能模擬一個(gè)瓶子的造型，現(xiàn)在我們就能模擬它如何使用，怎樣盛水、倒水。”

以“鳥(niǎo)巢”為基準(zhǔn)，沃德最初設(shè)定的鋼材使用量是其一半。但經(jīng)由在BIM系統(tǒng)上的細(xì)微調(diào)整，杭州奧體中心的設(shè)計(jì)潛力仍被繼續(xù)大幅挖掘。

設(shè)計(jì)師只需用鼠標(biāo)移動(dòng)滑塊，就能調(diào)節(jié)數(shù)萬(wàn)塊制件中任何一塊的大小、長(zhǎng)短、粗細(xì)，甚至拿走幾根支柱。而與NBBJ共同設(shè)計(jì)杭州奧體中心的中建國(guó)際工程師們，則在自己的系統(tǒng)上測(cè)試經(jīng)過(guò)調(diào)整、縮減的結(jié)構(gòu)，以確認(rèn)其安全性和牢固程度。數(shù)據(jù)模型通過(guò)網(wǎng)絡(luò)在雙方之間來(lái)回往復(fù)?！罢麄€(gè)夏天，幾乎每天都在往復(fù)修改。我們和工程師們分別測(cè)試模型的可視化部分和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，最終達(dá)到平衡?！蔽值禄貞?。

5個(gè)月后，體育場(chǎng)的設(shè)計(jì)方案終于確定。聽(tīng)來(lái)很漫長(zhǎng)？但如果不依靠計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，這樣頻繁的修改要花上幾年時(shí)間。這些修改將體育場(chǎng)的鋼材使用量壓低到極致—與鳥(niǎo)巢相比，減少65%的鋼材使用量。“這符合可持續(xù)發(fā)展的理念，節(jié)約下來(lái)的鋼材可以做很多事，還節(jié)約了大量用于煉鋼、運(yùn)輸、吊裝的人力?！蔽值卤硎?。

通過(guò)這套系統(tǒng)，設(shè)計(jì)師們獲得的神力還包括“先知先覺(jué)”。中建國(guó)際BIM主管張學(xué)斌介紹，利用體育場(chǎng)的電腦模型，他們?cè)隗w育場(chǎng)建成之前，就完成了觀眾席聲壓級(jí)差分布、溫度環(huán)境、風(fēng)環(huán)境等測(cè)試。

雖然已經(jīng)擁有66年的歷史，但NBBJ對(duì)高科技的喜好卻始終走在尖端。利用BIM系統(tǒng)可以為業(yè)主有效節(jié)省建材、資金與工期。2008年完工的美國(guó)圣約翰普羅維登斯公園醫(yī)院就是一個(gè)例子。工程設(shè)計(jì)、建設(shè)期間正逢“卡特里娜”颶風(fēng)肆虐美國(guó)，亦令包括鋼、玻璃在內(nèi)的建材緊缺。通過(guò)BIM系統(tǒng)，NBBJ在設(shè)計(jì)醫(yī)院外墻時(shí)，與外墻建筑承包商CGI從設(shè)計(jì)早期就共同描繪出外墻結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)圖紙，以便預(yù)制。由于BIM系統(tǒng)的存在，所有外墻所需使用的玻璃窗、鋁窗框、隔音綿、幕墻都可以在車間中精確預(yù)制，這使建筑在成本與工期上都大大縮短—整個(gè)外墻的花費(fèi)減少了20%，工期亦提前了8個(gè)星期。

另一門建筑業(yè)的大生意，也在全球崛起。對(duì)正在蓬勃發(fā)展的企業(yè)而言，一座新總部無(wú)疑是最能彰顯形象的圖騰。NBBJ在中國(guó)的客戶中包括了騰訊、支付寶、蘇寧等正在崛起的互聯(lián)網(wǎng)巨頭，他們都將自己的新總部交給NBBJ設(shè) 計(jì)。

最大挑戰(zhàn)

NBBJ對(duì)技術(shù)的運(yùn)用很容易抓住這些大企業(yè)的心，其中一大因素即是NBBJ通過(guò)先進(jìn)的設(shè)計(jì)技術(shù)，使建筑更加節(jié)能、環(huán)保，節(jié)省運(yùn)營(yíng)開(kāi)支。在西雅圖北側(cè)，NBBJ為比爾及梅琳達(dá)·蓋茨基金會(huì)設(shè)計(jì)的總部形如兩只相對(duì)的回旋鏢。

通過(guò)對(duì)新技術(shù)的運(yùn)用，這一園區(qū)僅可飲用水消耗量一項(xiàng)就能節(jié)約79%之多。NBBJ管理合伙人史蒂夫·麥康奈爾（Steve McConnel）介紹，“建筑占據(jù)全球33%的能源消耗。如果算上建筑內(nèi)的設(shè)施、系統(tǒng)消耗的能源，這個(gè)數(shù)字則是67%。”而通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，建筑師們能夠設(shè)計(jì)出“一次投入，終身受益”的被動(dòng)式環(huán)保設(shè)施。

騰訊新總部大樓坐落在深圳，這座年平均氣溫23攝氏度的低緯度城市，建筑面積27萬(wàn)多平方米大樓所需的空調(diào)及照明費(fèi)用不菲。NBBJ計(jì)劃使騰訊新總部能耗比中國(guó)綠色建筑最高標(biāo)準(zhǔn)三星級(jí)，再提升30%的節(jié)能效率，整座大樓設(shè)計(jì)耗電量總計(jì)節(jié)省約12%。

這一數(shù)字十分具有吸引力。以建筑面積29萬(wàn)平方米的上海金茂大廈為例，年均電費(fèi)超過(guò)4000萬(wàn)元，節(jié)約12%意味一年省下480萬(wàn)元人民幣。

為此，NBBJ設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)研究了深圳的氣候、日照方向及日照時(shí)間，并將這些參數(shù)與建筑區(qū)位、朝向結(jié)合。“在深圳，建筑的南側(cè)是夏天陽(yáng)光照射最久的方位，我們就設(shè)計(jì)‘自我遮罩’外墻結(jié)構(gòu)?！薄白晕艺谡帧甭?tīng)起來(lái)十分簡(jiǎn)單：大樓玻璃幕墻以兩層樓為單位向外傾斜，與頂端的不透明擋板構(gòu)成一個(gè)角度。當(dāng)夏天正午太陽(yáng)最毒辣時(shí)，日光被不透明擋板擋在建筑之外，減少透入樓內(nèi)的熱量，從而降低空調(diào)費(fèi)用；而清晨、黃昏時(shí)，陽(yáng)光則可以自由透入建筑，節(jié)約照明費(fèi) 用。

但每天的日照時(shí)間、方向都有微妙不同，1度傾斜差異便帶來(lái)不同的遮罩效果。決定自遮罩系統(tǒng)傾斜程度亦變得十分困難。此時(shí)，便輪到計(jì)算機(jī)登場(chǎng)。通過(guò)BIM系統(tǒng)，沃德只需滑動(dòng)滑塊調(diào)整遮罩的斜率，系統(tǒng)就能自動(dòng)顯示大樓的耗電量。同樣的技術(shù)還應(yīng)用于NBBJ對(duì)位于南京蘇寧睿城設(shè)計(jì)中，在建筑動(dòng)工前，風(fēng)向、溫度、日照等數(shù)據(jù)就輸入模型，對(duì)建筑熱量的預(yù)估可精確到每處立面。

NBBJ首席營(yíng)銷官Tim Leberecht告訴《環(huán)球企業(yè)家》：“當(dāng)一切都可由數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)時(shí)，所有設(shè)計(jì)師都會(huì)使用相同的數(shù)據(jù)池。這意味著，大家設(shè)計(jì)出的建筑雖然都是最有效率的，但卻會(huì)一模一樣。在建筑界，最好的設(shè)計(jì)并不一定是最有效率的設(shè)計(jì)。將效率、功能和美感、藝術(shù)性結(jié)合起來(lái)，才是建筑師的最大挑戰(zhàn)?！?/p>