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协同设计理念的研究

发表日期:2016-04-05 文章编辑:纬衡科技 览次数:7041

一、系统概述

对于一个建筑设计单位来说,不应该只把协同设计看作是一个阶段的工作,从更广泛的角度上讲,协同设计应该是一个利用信息技术手段提高生产力的工作。协同设计不是一套软件就可以解决的问题,也不应该仅仅局限于本单位内部的设计过程,它必然向更广泛、更深入的层次发展,从这一点上来说,信息技术在建筑设计领域的重要性也越来越大。

BIM

2006年美国建筑师协会曾经发出过一个警告:不懂建筑信息模型的建筑师,不久的将来将失去获得OFERR的机会。更确切的说,在美国随着BIM系统的推广,所有的建筑业务,包括设计,设计审核,预算,工程管理等等,将全部包容到一个系统中。建筑师如果不知道使用这样的系统,将无法完成建筑设计的业务。

建筑信息模型(Building Information Model BIM)建筑信息模型,是以三维数字技术为基础,集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型,是对该工程项目相关信息的详尽表达。建筑信息模型是数字技术在建筑工程中的直接应用,以解决建筑工程在软件中的描述问题,使设计人员和工程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的应对,并为协同工作提供坚实的基础。

单从协同设计的角度来看,BIM由于是一个由计算机三维模型所形成的数据库,所以在技术上更适合于协同工作的模式,甚至可以这样说,BIM和协同设计是密不可分的,因为BIM使各专业基于同一个模型进行工作,从而使真正意义上的三维集成协同设计成为可能。同时,由于BIM可以应用于工程项目的全生命周期,所以,对于建筑设计企业,施工企业、发展商、物业管理单位以及各相关单位之间的协同提供了良好的协同工作的基础。

同时,BIM不仅给设计人员提供一个三维实体模型,同时还提供了包含了材料信息、工艺设备信息、进度及成本信息等,这些信息的引入,使各专业均可以采用BIM的数据进行计算分析或者统计,使各专业间的协同达到更高的层次。

建筑设计知识平台

协同设计平台与建筑设计企业的知识管理平台的结合是协同设计深化的一个重要方面。以知识管理为核心的信息系统,其最终目的就是提高企业的竞争力。它可以把企业的知识有形化、实用化、制度化、系统化、集成化,使企业通过协作和交流,发现、创造隐形知识;分类整理、存储、管理显性知识,通过各种方式传播知识,并在工作中有效地运用知识。因此以知识管理为核心的协同设计平台,是帮助设计人员实现从How To转变到KnowHow的飞跃。

对于显性知识,协同设计系统可以通过知识管理平台台按照不同的方式进行检索,从而实现文件资料的结构化共享,比如工程图纸、文档、ISO表单、规程规范、信息专题库、有效软件、体系文件、法律法规、自定义标准库、电子规范、动态信息库,涉及相关资源等。这些显性知识的共享,可以使广大的设计和管理人员可以随时方便的浏览、下载所需要的资料,而且可以实现电子借阅、审批、还可以进行分类统计、查询,分析,为提高各种知识的利用率和信息部门改进知识管理系统的效率打下基础。例如:通过知识管理的各种模块如图档管理、规程规范、信息专题库提供的查询和自动统计功能,知识管理的具体实施部门可以知道某个阶段某类知识的需要和浏览人数,从而了解工程设计人员或管理人员在那些时间对那些知识和信息感兴趣,为进一步增加整个信息系统的知识量和知识面提供指导依据。同时,可以根据这些查询和统计的结果有针对性地向相关的生产和管理人员提供他们在某个时间段内所急需的知识,把被动地等待变成主动地提供,大大减少生产人员用于搜寻和获取知识所需的时间。

对于企业的隐性知识,通过协同设计过程,特别是对冲突消解过程的挖掘和学习,可以丰富企业知识库,而这种知识的反射,会使设计人员在设计过程中得到帮助,最大限度地提高生产率和设计质量。同时,有经验的设计师可以随时把自己的知识纳入知识管理环境,久而久之,该知识管理系统的信息量及科技含量就越来越多,价值就越来越高,交流也就会越来越广,实现了在恰当的时间,将正确的知识传给正确的人,使他们采取最适合的行动,不但可以避免重复错误和重复工作,提高生产率,最重要的是使个别专门人才的经验、知识及科技成果为整个企业所有设计人员所用,因而设计出来的产品始终代表企业的最高水平。

更广泛的协同范围,更深入的协同方式

协同设计的范围应该涵盖整个建筑生命周期,包括建筑从规划、设计、建造、运营到退役的过程。这也就要求协同工作不仅在建筑设计企业之间进行,同时和发展商,施工单位,物业管理等相关单位都能够进行协同工作。这种协同设计,要求协同设计能够跨地域、跨公司、跨时区、跨国界展开,使各相关人员,甚至在移动状态的设计人员,都可以在第一时间得到所需信息。这样范围的协同,也有助于一个企业从单一的设计向工程总承包过渡。

现在的建筑协同设计方式,都只是一种基于文件的协同,换句话说,现在协同交流的核心信息,都是通过建筑模型(图纸)信息的流转来达到协同的目的。渐渐地,建筑协同方式也会向以人为中心、以社区为中心转化。以IBM的观点:“(这种协同方式)是非常革命化的一个新发展,在新一代的通讯社区中人们共享一个网络,用与以往不同的方式来进行协作和学习,而且还可以选择对他们来说最有效的方式来进行协作。”在建筑设计领域,设计师之间将会有更多的交流的手段,设计团队与设计团队之间,设计企业与相关企业之间都能够有更直接的交流。建筑项目中的每个相关人都可以通过统一的用户界面,轻松地查找和联系其它人员,并与之进行高效的沟通与协作,每个个体产生的信息将不局限于个体本身,而会在更广泛的范围内共享。

二、构建设计共享空间――从孤立到协同

建筑协同设计的核心内容就是构建设计共享空间,这个共享空间的形式可以是多样的,既可以是二维参照的模式,也可以是三维BIM。建立设计共享空间需要有良好的设计管理平台的支持,但是,妄图依靠一个设计管理软件就可以实现建筑协同设计工作是不切实际的想法,设计管理平台只是一个工具,如何将这个工具用好用活,是每一个建筑设计单位推广协同设计是都要面临的问题。

更细致的前期工作:“推”+“拉”

在项目前期,协同设计需要更细致的前期工作,确定项目的人员组织形式,人员的角色及权限,以及所负责的设计内容,其实,在过去的设计过程中,前期工作也是有的,但是,往往不很细致具体,大概只是粗略地规定某某负责哪一区域或哪一项内容,但是并没有明确设计人之间的关系,更没有定义出设计内容之间的联系,因为这些关系往往已经都存在于设计人员的头脑里。但是,当设计项目规模扩大,人员流动增加等情况发生时,设计人员往往不会顾及到这么多情况,以致产生错误。

需要说明的是,前期的规定,包括人员关系和设计内容的关系在设计过程中并不是一成不变的,也不可能是一成不变的。前期工作的重点是使设计人员都有一个总体概念的框架。比如:我负责的内容大体是什么?我在何时需要提供什么样的设计信息?和我相关的设计内容有哪些?这些内容以什么样的方式组织起来?而我需要的设计信息从哪里可以得到?

总的来说,设计信息的获取可以分为“推”的过程和“拉”的过程,所谓“推”的过程,既是由协同过程中由信息平台推送的信息,这部分信息设计人员是被动接受过来的,比如,下游专业参照了上游专业的设计内容,当上游专业修改设计时,协同设计管理平台将修改下游专业的参照内容。所谓“拉”的过程,是由设计人员自己主动得到的信息,比如,上游专业将设计资料置于设计管理平台,下游专业从平台获取资料的过程。现有的专业会议的提资过程,可以看作是推过程和拉过程的结合,而当依靠协同设计管理平台进行设计时,各设计人员在项目前期应该规定好哪些信息的传递是推过程,而哪些是拉过程。

更流畅的设计过程:“同步”+“异步”

在协同设计过程中,有两种形式:异步协同设计和同步协同设计。

异步协同设计是一种松散耦合的协同工作,也就是多个设计人员在分布集成的平台上围绕共同的任务进行协同设计工作,但各自有不同的工作空间,可以在不同的时间内进行工作。在建筑协同设计中,常采用相互参照的方式(Reference)来达到这种协同。而同步协同设计是一种紧密耦合的协同工作。其特点是,多个协作者在相同的时间内,通过共享工作空间进行设计活动,并且任何一个协作者都可以迅速地从其它协作者处得到反馈信息。而在实际工作中,常采用共享(Shared)的方式来达到这种协同。

由于建筑设计的复杂性和多样性,单一的同步或者异步协同模式都无法满足其需求。大多数情况下,由于同步协同需要解决网上高速实时传输建筑模型和设计意图、需要有效地解决并发冲突、需要在线动态集成等诸多问题,所以实施起来难度要大得多。事实上,在建筑协同设计过程中,异步协同与同步协同往往交替出现,专业间的协同工作常采用异步协同进行工作,在规划良好的情况下,尤其是在构建BIM时,专业内会采用同步协同的工作方式,总之,灵活的多模式协同机制对于协同设计来说是十分重要的。

相互参照的方式(Reference)依然是建筑协同设计主要的应用方法,利用参照将图纸组织起来可以利用最简单的技术来保证数据的唯一性,避免设计数据的重复创建和编辑,杜绝因重复修改设计数据而产生的错误。应用外部参照进行设计时,应该注意以下问题:

合理划分设计内容

当应用参照进行协同设计工作时,首先需要对设计内容进行划分,这种划分必须考虑到实际情况,比如,如果大多数设计人员采用专业二级软件(例如天正、博超等)进行设计,因为现有的二级软件不能够很好解决参照文件的问题,所以有些设计内容(例如墙和门窗)不能分开。在实际工作中,将同一个设计人员的工作分在一起适合是的做法,以此可以避免一个设计人员在进行一个设计时在不同的设计文件之间来回转换。而不同设计内容的参照,可以采用图层的方式来解决。

循环参照

在实际工作中,产生循环参照是个十分普遍的问题,最普通的情况是,下游专业采用上游专业的图纸进行参照设计,当下游专业将图纸提资给上游专业时,上游专业又参照下游专业的图纸进行定位,由此产生一组循环参照,循环参照的产生,会对工程的整个的图纸关系产生影响,在设计过程中需要注意。

参照比对

当参照变化时,如果没有适当的提示,很难知道哪里的设计内容发生了变动,如果发生这种情况频繁发生,协同的效果则无从体现。从现在的情况来看,解决的方法有两种,一是协同系统对参照内容进行比对,这种方式方便自然,但是由于市场上现有的专业软件众多,所以很难涵盖到所有的专业设计软件文件格式,另一种方式是设计人自己写出修改内容,作为图纸附件一同发送给参照方,这种方式加大了设计人的工作量,可是对于设计交流有很好的效果。在实际工作中,这两种方式都不可能代替对方,要根据实际情况灵活掌握。而对于BIM来说,由于后台存在数据库的支持,系统不是单纯对图形进行解读,因此对于设计内容的修改应该可以快速检索。在这个方面,BIM也有着无可比拟的优势。

同步参照的频率

当使用外部参照的方式进行工作时,还需要注意到引用参照的频率问题,在现实设计过程中,有时会出现上游专业参照频率过快,使下游专业无法跟进,以至于下游专业不得不舍弃同步参照的方式的情况。因为对于设计师来说,过量甚至重复的设计信息可以说是设计灾难,甚至还不如暂时没有信息。而因为工程项目和设计过程的多样性,这种发图频率不可能利用技术手段来进行管理,所以需要设计人员根据工程的实际情况来掌握。

同步共享(shared)的方式更多的应用在专业内部,在建筑协同设计中同步共享的主要问题是冲突识别和消解的问题,在冲突消解过程中,根据不同的冲突情况可以采用多种解决策略,策略的选取不是简单的过程,其本身可以看作是基于知识的问题。在协同设计中,由于各主体的能力、作用、目标等不同,当一种冲突消解策略达不到满意的效果时,系统必须有一定的机制采取其它更理想的策略。

协商冲突消解是建筑协同设计中最常用的的一种冲突消解策略。协商是人类群体协作求解问题最常用的方法之一,当人们对某一事物持有不同的观点、看法或出现严重分歧时,往往先通过协商来解决分歧。由于协同设计系统的复杂性、动态性,不可能完全依赖静态定义解决主体间的冲突,而动态冲突消解策略往往有一定局限性,是与实际工程内容相关的,现有的技术不可能实现完全自动消除所有可能出现的冲突。在实际工作中,只有将动静态策略有机地结合起来才能达到较理想的效果,而不要刻意追求冲突消解的自动化程度。高级的系统能够学习丰富系统的冲突消解知识、提高系统健壮性(鲁棒性robustness),在知识层面为设计师协商解决冲突提供有效的决策支持。

无论系统采用何种方式消解冲突,如果在设计过程中产生过多的冲突,都不可能使协同设计有效顺畅地进行,所以,采用这种方式进行协同设计时,更需要进行良好的工作规定和权限划分,以避免人为的冲突增多。

对于BIM来说,更多的设计会采用共享的工作方式进行并行设计,BIM的设计,并不只是设计表现形式的变革,也会带来协同方式的变革,因为BIM有数据库的支撑,因此对于协同设计来说,就会有更多更好的信息支持,而对数据得处理也可以更加灵活,也就会有更好的冲突消解方式。

设计结果的输出:“电子文挡”+“图纸”

协同设计对于设计结果的输出会带来深刻的影响,对于一个采用协同设计的工程来说,可以采用统一的出图配置文件,通过协同管理平台输出设计结果。而输出的结果无论是电子文档或者纸质图纸,都能够分辨出该输出结果的版本信息。因此通过设计管理平台,可以对设计输出进行统一的划分,管理和统计,以避免设计输出的混乱。

----摘自于:注册考试网--协同设计理念的研究/2010.03.24


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