理念-技术-工具：建筑工业化的软件

蓝昱淇

中国传统哲学里有「道法术器」的说法。想要搞明白建筑工业化用什么软件，或者是回答建筑工业化的软件应该是什么样子，我们可以借用这套思维方式更完整地考虑。
一、系统理论下的集成设计

理念	技术	工具
系统理论	系统集成	三维正向设计软件

装配式建筑的发展需要系统理论的指导。把装配式建筑视作构件形成的系统，把建筑视作各种元素组成的系统，乃至把建造的实体、信息和模式统一看作更大的系统，能够更好地帮助我们理解建造，把握建造。20世纪装配式建筑的成就得益于系统理论的发展，系统理论在当今仍然没有失去它的有效性。
在这种理论下，设计应当采用的方法就是系统集成。简单说来，就是把设计变成一种「集结」「汇聚」，变成高度综合性的考量。要在设计中充分纳入系统化的信息，不断提升设计决策的周密程度。
系统理论告诉我们，整体大于部分之和；在关注各组成部分的同时，各部分之间的相互关系可能更为重要，每一个细节都是在整体中与其他因素不断互动而得以确定。系统理论还告诉我们，局部的最优解往往不是全局的最优解，由部分形成整体之后，整体会涌现出新的性质，可能会偏离预期的理想设定。系统理论的另一个有意思的结论在于，并不是内部关联度越高的系统越具有生命力，合适的松散程度的组织，反而能够让系统发挥最大的效能。
设计人造系统的方法，除了合理的拆分和重组以外，还有「多轮反复，逐轮深入」，例如「方案-扩初-施工图」三阶段的划分，每阶段多轮的汇总修改，这些方法正是为了逐步调节整体的各组成部分之间的关系，使之协调起来，是设计系统不可避免的过程。
由此我们看出，软件工具越是能够充分汇总信息，越是能够实现建筑工业化所需的精益设计。但要注意的是，「汇总」不是「堆砌」，不是信息量越大越好，而要有纲领。对建筑来说，各方面因素会随着项目推进逐渐加入，最终汇聚到形状层面，且唯有在几何和数字这两个最基本的层面上，才能取得最终的协调。
这一系列分析最终导向的结果很明确，建筑工业化设计必须采用三维软件，在三维空间中正向地解决系统集成的问题——无论是用BIM软件、用PC专门软件、还是像很多先锋装配式设计团队一般用Rhino来做设计。具体的软件品牌不重要，但软件的三维正向性质必不可少。比起用二维图纸设计，集成的三维模型免去了设计师根据零散图纸在脑海中重建空间关系的步骤，更为直观更利于暴露和解决问题。
二、建造类型学与产品库

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建造类型	基于产品的设计	产品库

在建筑学中，形式有类型学，功能有类型学，同样，建造也有类型学。建筑史中出现过纷繁多样的建筑风格，也出现过五花八门的建造方式。有时建筑外观、建筑功能和建造方式是对应的，有时也会互有偏差。建造类型学的意义在于，透过外观表象，把内在的建造方式当作建筑分类的依据。不同的建造方式就像不同的物种一般，随着需求和环境的变化而出现、演化和灭亡。建筑工业化意味着建筑设计需要全过程的考虑，为建筑寻找适宜的建造方式，达到品质、成本和工期的平衡。
当代的建造是工业化条件下的建造，也是商业化条件下的建造，从业者会不可避免地发现，建筑设计的过程中充斥着对各种工业化产品的选用。螺栓产品的尺寸可能影响到结构节点，管线产品的尺寸可能影响到标高和开洞，设备主机的尺寸可能影响到平面布置。还不止这些。随着建筑工业化程度的攀升，幕墙产品能够直接决定建筑外观，集成厨卫产品能够直接决定厨卫内装，结构框架产品能够直接决定建筑的建造方式。可以说，当代的建造已经转变成了一种基于产品的建造。Marc Kusher 有力地论述道：They have to choose the products that complete their vision. Architects call this specifying. Normal people call it shopping.
很多建筑师可能有一种思维定势，认为在招采阶段才会引入产品，然后才由供应商基于设计方案进行细化深化。但实际上这种流程模式是特定土壤的产物，虽然非常普遍，但并不是放之四海而皆准的铁则。国内前几十年，建筑发展比较粗放，技术集成程度较低，产品多数限于于材料层面，数量多但建造方式单一，依靠标准图集就能够控制这种建造的商业运转。但建筑工业化带来不断涌现的建筑产品系统的提供者，它们钻研特定建筑元素或构件，形成成套的产品、工法和商业模式。这一进程显著加快了建造类型的分化，使得建造方式的选择与产品的选择深度捆绑。在非常多的情况中，无论是业主指定还是建筑师主动开发，在项目前期构思建造方式的时候，实际上已经开始了一种基于产品的设计。
建筑产品在设计中的前置引入成为了一种重要的设计技术，它能够提升建筑的一体化设计程度，实现建筑师对于建筑细节的掌控。因而，建筑师们需要打通全产业链协同，利用数据库类软件来纳入巨量的建筑产品信息。例如Revit的族库可以起到类似的功能。据海归同事反映，国外实际上已经在采用这种模式做设计，厂家会把自己的产品建立族库置入设计事务所的BIM软件中，供设计师选用。在设计中直接调用现有的产品构件，其结果就是产品在细节上产生的影响可以自下而上地累积并形成整体趋势，最终作用于全局的设计决策。
三、参数化引导下的信息化

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数字化	参数化信息模型	协同平台

数字对于建筑设计具有根本性的意义，从古典时期的比例尺度、工业革命时期的力学演算，现代主义时期的模数制度，到信息时代的参数化设计，数字在建筑学中的影响愈发深远，所起效的场景也越来越隐蔽。当代的优秀建筑，在目之所及以外是大量数据和信息的暗流涌动，对数字的掌控成为了设计决策能力的关键。当代的数字化，在狭义上是指将信息转化为0和1组成的数字信号以便计算机处理，广义上的涵义，我听过一个经典的表述：让物理世界响应数字世界。
虽然很多分析里把数字化当成工业化和农业化之后的转型，但建筑工业化和建筑数字化并非两条不同赛道。一方面建筑工业化中的系统化集成和全产业链整合都依赖于数字化技术的驱动，另一方面，一个非常有意思的结论在于，建筑的数字化也只有在建筑工业化的发展中才能实现。数字化建筑包括数字化设计和数字化建造，数字化的理念本身就内含着对建筑全生命周期的关注，与建筑工业化发展的步调一致。若设计时的数据不能传达到工厂生产和现场施工，若工厂生产和现场施工的数据无法反作用于设计，各环节互相分离割裂，则工业化和数字化都无从谈起。
在建筑领域，数字化至少包含两个方面，参数化vs信息化。在这里我们可以不纠结于名词的具体定义而聚焦于这种二分的实际含义。参数化指的是用少量关键参数来掌控全局，信息化指的是用全面的数据来应对各种需求；参数化是「以少打多」，信息化则是「以多打少」。参数化技术和信息化技术都已经发展多年，有成熟应用。参数化技术多用于创意阶段，而信息化技术多用于后期落地。近年来二者都开始向对方延展以求扩大产业链上的影响力，在建筑工业化领域最为前沿的技术也是二者的结合，即所谓参数化信息模型。
查理斯·M·伊斯特曼1975年发表论文《在建筑设计中用计算机取代图纸》，这篇文章是BIM概念的滥觞，其中不少观点不仅对今天的BIM有借鉴意义，也对建筑的数字化、智能化都有启发。例如其中的重要观点：建筑可以被视作「在空间中安排三维元素」，就暗合了参数化信息模型的设计方法。参数化信息模型可以被简单理解为，以参数化的方式去定位安排，附加了大量信息的建筑构件。这种方法，既可以实现创意所需的灵活调整，又可以实现深化所需的信息调用，既做到了前期设计引入后期细节考量，又做到了后期深化遵循前期概念引导，同时实现了「自上而下」和「自下而上」，仿若双剑合璧，融合了两者的优势。
目前市面上还没有一款软件能够凭一己之力实现这一工作方法。软件多是通过插件的方式补齐所缺功能，例如Rhino开发RhinoBIM，Revit开发Dynamo，以及Rhino inside Revit 等。这使得参数化信息建模技术所需要的不是一款软件，而是多款软件的组合使用，可以理解为一种工作流策略或一种软件协同平台的开发。
结语

2020年住建委等9部门联合引发《关于加快新型建筑工业化发展的若干意见》，其中定义新型建筑工业化是通过新一代信息技术驱动，以工程全寿命期系统化集成设计、精益化生产施工为主要手段，整合工程全产业链、价值链和创新链，实现工程建设高效益、高质量、低消耗、低排放的建筑工业化。在这一句话中，我们可以看到三大理念：数字化信息技术、系统化集成设计、全产业链整合。相对应的，新型建筑工业化软件需要具备三方面的能力：参数化BIM、三维正向、产品库植入。
本文感谢华东院结构院院长王洪军。