大数据、新技术助力BIM节能建筑

       在美国西雅图的NBBJ建筑师事务所办公室里，NBBJ全球合伙人乔纳森•沃德（Jonathon Ward）正在扮演着现实世界里的小罗伯特•唐尼。

        沃德使用一种名为草蜢（Grasshopper）的计算机辅助系统赋予虚拟世界真实的物理学定律，甚至连太阳的光芒与轻风的微抚亦在其计算中。沃德只需轻点鼠标，就能改变体育场任何一根梁柱的粗细、长短，甚至令其消失。沃德，这位一方世界的神，还能化身为虚拟体育场中的一名普通观众，考察其观赛视野是否足够完美。如果遇到被前面的观众挡住了视线？没关系，身为虚拟世界里的神，只要一挥手，其就能让体育场的设计改变。

        数据控

        一座尽可能多的保证良好观赛视野的体育场，意味着什么？答案是：能卖出更多的高价门票，并且提升观赛体验。这正是沃德对中国杭州奥体中心的设计良方。从观众视野入手通过人体工程学收集大数据在计算机模拟后，形成最利于观众视野的体育场内部结构，这种混凝土结构在体育场馆设计中被称为碗（Bowl），其承载着所有观众、座位、通道的运算。

        计算机也许无法模拟出每一次观众的活动，但大数定理在人群中永远有效。草蜢凭借从全球各处采集到的人类活动数据，在被导入计算机模型后，通过分析观众进出场习惯、人群聚集习惯，沃德不断修正碗的造型。

        当然，在传统体育场的设计之中，碗的内部设计与构成体育场外部钢结构设计并无太大关联，正是这一点造成外部钢材的极大浪费。计算机辅助设计成为建筑师们为业主节省资源的利器。“当业主方问我们，‘你们能为这座体育场带来什么特别之处’，我们就想到节约大量钢材是个很好的方案。”沃德表示。

        中国杭州奥体中心与北京鸟巢体育场体量相当，同样拥有八万个座位，但用钢量仅为鸟巢三分之一。鸟巢总计花费11万吨钢材，而杭州奥体中心在NBBJ计算机设计规划下，省下超过7万吨优质钢材，足以装满1240个火车车皮。这是一个未来的建筑世界，却早已诞生于实际建筑设计之中，乔纳森说：“在这个世界，一切都由数据驱动。”

        建筑设计业早就不是埋头图纸堆的工作，真正的顶尖建筑高手用电脑设计虚拟的真实世界。

        草蜢系统是BIM（建筑信息模型）系统软件犀牛的一种插件，其中含有大量事先编制的运算器，能够自动根据输入参数生成形体。数以万计的二维构件图纸进入这个系统，互相勾连形成模型。

        任何改变都会自动生成整个建筑结构的改变，新建筑方案会自动生成。但真正做到这一点并不容易。

        直到2002年，BIM系统才真正出现，NBBJ正是BIM系统的早期开发者与最早使用者之一，对BIM的运用已超过10年。这为其带来了在BIM领域无可匹敌的经验与创意，最终才形成类似电影《钢铁侠3》的设计场景。

        草蜢系统与传统设计方式最大不同在于，输入碗的形状后，系统自动生成支撑碗所需的结构受力点，这些受力点构建出外部钢结构形状，而内部结构的每个改变都能直接与外部结构联动，设计速度便大幅增加，这使NBBJ比其他竞争对手更快地拿出了初步方案，在竞标中获得优势。

        在计算机辅助系统使用设计之前，建筑师们用的是泡沫塑料、纸盒木板。创意的产生和测试都需要数周甚至数月时间，这还不包括反复的修改、调试。而现在，整座体育馆从基座、碗、钢结构到屋顶，全部被转化为数据云，在屏幕上显示出体育场的造型。

        但别以为，它只是一幅漂亮的三维效果图。通过建筑信息模型（BIM）系统，设计方案的内部属性亦最大幅度模拟真实。NBBJ上海办事处项目负责总监艾瑞克•菲利普斯（Eric Phillips）表示：“如果以前我们只能模拟一个瓶子的造型，现在我们就能模拟它如何使用，怎样盛水、倒水。”

        以“鸟巢”为基准，沃德最初设定的钢材使用量是其一半。但经由在BIM系统上的细微调整，杭州奥体中心的设计潜力仍被继续大幅挖掘。