从分离到整合的剖面历程_傅筱.pdf

6摘要：通过梳理人类建造活动的三个时期，即无图时代、有图时代以及重返无图时代，介绍了不同时期平立剖图纸指导设计建造的状况，揭示出平立剖图纸从分离到整合的发展过程，着重介绍了BIM技术对整合设计需求、提升空间品质的价值，并用长兴回龙山幼儿园设计案例加以解析。Abstract:The article sorts out the three peri-ods of human construction activities,includ-ing no picture times,the era with pictures and the return to the era without pictures,reveals that the horizontal and vertical section drawings have changed from sepa-ration to integration development process,emphatically introducing the value of BIM technology for integrating design issues and improving space quality,and using Changx-ing Huilongshan Kindergarten design case to analyze it.从分离到整合的剖面历程The sectional process from separation to integration中图分类号：TU201 文献标识码：A1 无图时代的建造1.1 远古的三维实体建造在远古时期，由于房屋的结构不复杂，设计图的意义显得并不十分重要，建造活动是纯粹的三维实体操作，简单明了，人们主要依靠试错和经验积累得以完成建造活动，这一时期可以称为无图时代。随着生产力的提高和生产工具的改进，相对复杂的建筑物开始修建。人们需要安排更多的房间，当拥有的土地有限时，就必然尝试向上建造。随着矿物颜料的发明，人们开始在墙壁上绘制剖面图，公元前1440年人们已经绘制出较为完整的剖面图，上下空间的关系颇为清晰（图1）。由于绘制这样的剖面图并不容易，很难说剖面是建造者的研究工具和推敲手段，很可能只是一种成就展示图而已。1.2 口传心授的建造方式古罗马时代，人们在羊皮纸上书写，可推测著名的建筑十书便是如此写成。但现在读者看到的版本是意大利文艺复兴时期发现的一个抄本，而书中的大量图纸是1511年增补并在威尼斯出版的。威尼斯版的剖面图已经较为丰富，但多数是后人根据资料推测补绘的，难以一窥维特鲁威当年的究竟。由于羊皮纸制作工艺较为复杂，纸价昂贵，是贵族们才能使用的奢侈品，很难想象建筑师会用羊皮纸绘制大量的草图和工程图来指导设计。据考西方建筑师的成长与中国工匠传承很相像，都是口传技艺，口述内容甚至成为行业机密。直至14世纪，一些大型建筑物图纸才开始被依照比例绘制在羊皮纸上，然后翻绘在地上指导建造。2 有图时代的建造 2.1 二维表达三维的建造方式12世纪前后，得益于蔡伦发明的造纸术传入西班牙，建筑师们才开始用草图来表达设计构思。在一些建筑大师手稿中，剖面时常出现，很显然剖面已经成为了设计推导的一种工具，这一时期可称之为有图时代（图2）。古典建筑重视立面的比例推关键词：无图时代；剖面；建筑信息模型；长兴回龙山幼儿园Keywords:no picture times;section;BIM;Changxing Huilongshan Kindergarten傅筱 Fu Xiao傅筱南京大学建筑与城市规划学院教授。1-2AT 观点AT viewDOI:10.19953/j.at.2022.11.0027导，比例首先是从空间开始确定的，剖面通常用来辅助完成这项工作。空间之间的比例关系由精确的几何学来确定，优美的立面比例将是空间几何关系下的自然结果（图3）。宽泛地讲，平立剖图纸都可看作一种剖面图，平面是水平面的剖切，以表达功能组织和空间的水平关系；立面是大地剖切后建筑的投影，以表达外观比例和细部；剖面是垂直面的剖切，以表达空间的垂直关系。三维体量和空间被分解为不同向度的二维投影图，用以表达设计构思，这样的方法逐渐演化为建筑师的职业技巧核心。与口授心传相比，它有两个优势，首先让建造具有了预判性，减少了实际建造的失误率，也因为有了一定的预判性，建筑师的创新能力得以提升，而不再拘泥于师承的藩篱；其次，二维图纸能够让更多的年轻建筑师有机会学习前人成果，从而得到成长。2.2 平立剖分离的弊端分离的平立剖表达法延续了近千年，虽然20世纪90年代二维CAD技术兴起，其实质也只是将传统的绘图板和笔电子化，设计方法和设计思维与传统并无二致。从本质上讲，分离的平立剖只是建筑的剖切片段，建筑师需要通过大脑将其整合起来进行研判，所以建筑师的草图不仅包含平立剖、透视图，还辅以文字，这正是大脑整合思维在二维图面的反映（图4）。由于二维草图只是表达概念，通常容错度很高，但如果转化为工程性图纸，容错度就需要降低到最小以利于实施。然而，分离的平立剖不可避免地出现图纸间的“错、漏、碰、缺”等问题。所以，古往今来，建筑师跟着师傅学习二维图纸表达，包括草图技巧和工程制图，已是十分重要的职业训练内容。师徒之间传授的不只是绘图技巧，其实还传递了如何通过二维技巧进行设计思考，这俨然是一种方法的传授。2.3 手工实体模型的优劣与二维图纸同时存在的是手工模型的表达方法。手工模型有着二维图纸不可比拟的优势，即体量、场地的整合，用模型推动设计的方式更加接近人类大脑的直观思维。中西方古代建筑都曾有采用模型辅助设计的历史，如中国古代样式雷的烫样。直至今天，挪威的卑尔根建筑学院（Bergen Architecture School）仍然坚持着以模型为主的教学手段。模型在推敲外部关系时颇有优势，可以通过摆弄体块获得解决问题的思路，当研究内部关系时就有些捉襟见肘，虽然可以制作内部空间的模型，但是耗时费力，同时也无法提供人视点的空间序列感受。3 重返无图时代建筑信息模型（BIM）的兴起时代在不断向前发展，近年来建筑信息模型（BIM）的出现，将分离的平立剖信息统一在一个模型之中，实现了场地、形体和内部空间，甚至是构造细部的整合。建筑师不再将精力放在二维图纸与三维实体之间的思维转化上，也不必将精力放在图纸的绘制技巧上，即时渲染、动态漫游、VR仿真技术的融入，大幅度提升了内外空间的推演能力，实际上是将平立剖分离描述的空间片段向三维仿真转换，实现了“所绘即所见，所见即所得”的身临其境效用。在方案设计过程中，传统二维图的重要性已经减弱，平立剖因出图需要仍然存在，但它们只是三维仿真的一个投影，建筑师可以不必关心图纸本身，而将重心放于形体、空间的直观体验上，传统抽象的二维图纸研判方式逐渐向直观的透视、漫游、三维剖切转换。在方案调整至施工图的技术深化设计过程中，实时三维的工作模式仍然可以延续，如图5由集筑建筑工作室设计的南京燕园路社区活动中心，剖透视、剖面、大样、效果图均是一个模型的不同表达，真正实现了从计算机辅12345古埃及德比斯车城的某住宅剖面图英国建筑师雷恩绘制的圣保罗大教堂剖面草图阿盖美尼亚人穹顶精确的空间几何关系建筑大师伦佐皮阿诺的草图集筑建筑工作室设计的南京燕园路社区活动中心5348助绘图（Computer aid drawing）走向计算机辅助设计（Computer aid design）。4 应用建筑信息模型推演的实践解析集筑建筑工作室（Integrated Architecture Studio）从2006年起就开始全面采用BIM平台软件进行建筑创作，抛弃了CAD和SketchUp；2009年实现建筑专业全BIM出图，至今已有近17年BIM技术实践经验。在2017年完成的长兴回龙山幼儿园设计中，BIM技术在建筑师发现问题、解决问题的过程中起到了较好的辅助作用，帮助设计提升了空间品质。由于设计过程错综纷杂，用语言文字来描述总有隔靴搔痒之感，笔者尽可能还原部分推演过程，供同行指正。4.1 长兴回龙山幼儿园概况 在中国，土地开发首先是满足住宅建设的需求，幼儿园虽然要求日照充足，但是一般不宜放置在开发地块南侧，多置于东西两侧，或者是南侧的一些边角地，以留出规整的地块以利于住宅开发，这实际上是一种充分利用土地资源的策略。因此，幼儿园的地块多呈现出狭长且南向面偏窄的典型特征。为了容纳更多儿童入学，班级数一般不小于15班，因此用地多显紧张。长兴回龙山幼儿园位于浙江省长兴县回龙山新区溪源路以西，其用地就属于这样一种典型状况（图6）。4.2 摒弃视觉导向的形式策略在这样一种用地紧张、周边环境并无特色的“普通”场地上进行创作，常见的设计方式分为两种。一种是采用强有力的图案化的设计手法打破“普通”，诸如圆形、S形、Y形等，以期形成丰富多变的外部空间形态，然后再将各种功能模块填进体量中；第二种方式是采用复杂的平面布局划分，如引入曲线、斜线或采用空间扭转等手法，以期创造丰富的内部空间体验。这两种设计方式均是从视觉或体验出发的形式策略，出发点并无不可，但是图案化的策略是否能够解决幼儿园的诸多需求，显然值得商榷。很可能幼儿园本身需要解决的一些基本需求，因图案化手法而变得更加复杂，设计者将消耗很大一部分时间在处理功能、流线、性能与形体空间相互抵触的矛盾之中。是否有第三条道路？换言之，简洁的形态策略能否有效地整合幼儿园面临的多种需求，同时仍然能够创造出丰富的内外空间体验？很显然，这样的策略一定不是建立在图案化的操作之上。因为通常图案只能解决一种问题视觉的诉求，严格意义上来说它不能被称为设计，其中既没有“预设”解决问题的方式，也没有“计划”如何去解决，与设计二字的本义相去甚远。4.3 坚持需求导向的整合式策略对于幼儿园而言，孩子们主要的活动应放在室外，因而提供尽可能大的室外南向集中活动场地，以最大限度地获取阳光，是外部空间设计的基本需求。于是，设计团队将多个公共活动空间集中布置在一个2层的方盒子中，称为“欢乐立方”，而单元体也采用了由北向南排布的方式，其目的是尽可能让建筑布局紧凑，如此便获得大面积全南向的集中活动场地。通常，从图案策略入手的方式多数会放弃这样的形体操作，因为这类布局似乎既不能获得“丰富”的外部造型，也不能获得“丰富”的内部空间。然而设计团队通过进一步问题梳理，逐步引导出空间性能、体验塑造等需求，并坚持问题导向的形体操作策略，最终实现了内外空间体验和性能的整合（图7）。接下来，列举两个具体的操作策略。紧张用地与建筑体量局部降低满足日照，形成角窗解决采光通风紧湊布局产生大进深空间抬起屋顶进一步优化采光通风紧凑布局产生大进深空间抬起屋顶进一步优化采光通风67N94.3.1 从“角窗”到“对角窗”欢乐立方让建筑布局紧凑的同时也带来了进深大、采光通风不足的问题，同时2层高的体量造成最后一排单元体的日照不足。结合日照模拟，将欢乐立方西北角局部降低一层，形成一个角窗，这一操作既解决了后排单元体的日照问题，又为大进深空间带来了采光通风的可能性。很显然，这样的操作也可能成为空间品质提升的关键。在设计过程中，BIM模型的优势是十分明显的，即使在概念模型的初期，平面与内部空间均被整合在一个模型之中，建筑师可以轻松地通过“剖切”工具观察空间之间的关系，也可以结合渲染器即时审视剖面表达的空间。在反复进出BIM模型的过程中，就可能产生一些优化空间的策略，这与摆弄实体模型类似，但是实体模型不具备“漫游”的可能性。同样，SketchUp模型虽然也能剖切，但只限于形体，将CAD中完成的内部空间翻模并不容易，因此也不具备进入剖面内部的便利性。当建筑师“走进”模型中角窗形成的内部空间时，很容易发现如果对景也是一个角窗，不仅可以进一步提升采光性能，同时还能建立不同空间之间的关联性。于是，我们将音体活动室的角部打开，形成另一个角窗，其光线来自于音体室天窗投射下的二次间接光，至此，“对角窗”的概念就自然而然地产生了（图810），综合地解决了日照、通风