原文作者:Bill Allen

 

Bill Allen是EvolveLAB的联合创始人兼首席技术官,EvolveLAB是一家位于科罗拉多州博尔德市的计算设计和建筑信息建模公司。


 


 

软件算法和机器人技术将彻底改变设计/建筑流程 
 


 

随着生成式设计(Generative Design)、软件算法和建筑机器人的进步,我们目前的建筑设计流程在未来三到十年内将大有变化。我们将看到计算机和机器做更多的事情,它们在建筑中的参与度将是空前的。


 

未来的建筑信息模型(BIM)将不再是BIM,我们将看到的是建筑信息优化(Building Information Optimization)。未来我们将不再手动去绘制墙壁、门和柱子,我们将为计算机提供"规则",指示它为我们提供建筑物的最佳占地面积、结构负载能力和热性能。以往要花几个月时间的事情将可以在一天完成。这将意味着什么?在这不断变化的流程中,我们如何继续发挥作用?


 

那么,现在我们处在哪个阶段?


 

目前绝大多数使用BIM 软件的公司都专注于收集数据。我们手动设计建筑物,手动输入数据,然后手动打印数据。这个系统多数时候是正常运转的,但它的效率比较低下。即便如此,大多数公司甚至没有很好地执行这个过程。大多数公司使用BIM软件的方式就像使用CAD程序一样。


 


 

马丁·福特(Martin Ford)在他的著作《机器人的崛起:技术与失业未来的威胁》(Rise of the Robots: Technology and the Threat of a Jobless Future)中,讨论了软件算法和机器人是如何取代服务员一类的低薪工作,以及作家和律师一类的高薪工作的。那么,建筑行业将会受到怎样的影响?机器人和算法最终在工作室和建筑工地上将会扮演怎样的角色?


 

电影《我,机器人》(I, Robot)提出了一个问题:机器人能写交响乐吗?机器人能把画布变成美丽的杰作吗?克里斯·威尔逊(Chris Wilson)在一篇文章中说,“30年来,软件一直在帮助他创作音乐,在很久以前软件就到了大多数人无法辨别出真正的巴赫作品和软件创作的巴赫式的作品的地步。算法创作的旋律能让观众感动得流下眼泪。”


 


 

科技艺术家和软件工程师平达尔·范·阿曼(Pindar Van Arman)已经制造出了一个能画艺术的机器人。范·阿曼自身就是一个狂热的画家,他起初制造机器人是为了在个人项目中扮演助理的角色。而现在,机器人可以在人类的辅助、甚至完全独立的情况下创作出美丽的肖像画和风景画。


 

那么问题来了:算法能设计一座建筑吗?机器人能构造一个结构吗?如果你需要的工具不存在,或是你所用的程序存在限制,那么现在我们已经可以创建自己的工具了。这种特性已经在AutoCAD中的Lisp和Revit的Dynamo中出现了。如果你还没有追上这样的潮流,可要小心自己要落伍了。


 


 


 


 

静态建模 VS 参数化和算法思维 
 


 

在你的工作室中,设计是如何发生的?是否是在像Sketchup这样的静态设计软件中建模?当然,使用概念建模软件的好处是,你不必考虑装配、材料等因素。

 

如果我们可以在概念工具中进行多次设计迭代,而不必在每次发生更改时都重新对建筑物建模,那会怎么样?最明显的优势是不必一遍又一次地建模带来的效率提升。我们可以非常高效地创建多个迭代版本。


 

FormIt是另一个概念建模工具。FormIt的一个很好的优势是能够插入和播放Dynamo。下面是我们团队成员使用FormIt建模的建筑。


 


 

将来,我们将使用数据指导我们的设计,而不是收集数据和迎合这些数据。我们可以使用参数化+BIM的方式来帮助我们解决问题。比方说,某个特定设计的挑战之一,是使半径合理化,让制造商可以做统一的、平面的面板。我解决这个问题的方法是追求合理的外观=合理的面板。使用数据和计算,我能够达到这个目标;然而,整个过程是僵化的,编辑起来并不直观。


 


 

后来我开始如Grasshopper和Dynamo这类的算法编辑器。下面就是同一个示例;但是,这里的编辑就非常容易了,我可以设定限制,将面板约束为统一的平面面板。随着工具的使用变得更加容易,我们将看到更广泛的采用率。


 


 

电脑控制的制造工艺


下面是我帮助制作的一件家具的例子。 


 

我们能够使用算法建模,非常高效地创建多个选项。我创建了一个算法,该算法为每个地毯贴都创建了一个带有编号的模板。


 

使用计算机数控(CNC)等技术将计算机辅助设计软件创作的设计转换为数字。这些数字可以是控制刀具移动的坐标。


 

机器VS人工的成本


 

在过去,如果我们使用人工切割,那么鉴于模板和外观的复杂性,价格会更加昂贵。但是,如果我们使用数控来切割直梁或弯曲梁,价格是相同的。但是传统制造者的工作岗位会被机器代替吗?不会。工人现在需要操作和维护机器。机器和工人成了一个团队。


 

数据浪费


 

每个人都听说过施工浪费。因为在建造一座建筑时,必然会修剪多余的材料,产生的建筑废物多数被现场销毁或搬运到垃圾填埋场。那么什么是数据浪费?数据浪费是指那些未经使用的数据或在建筑生命周期中重新创建的数据。我们一直在浪费数据。当你收到一个包含有所有数据的Excel表格时,你会做什么?大多数公司会把Excel打印出来或者投在第二显示器上,然后再在Sketchup或Revit中进行设计。


 

但实际上,Revit中Excel导入/导出的插件有很多,我们没有理由在 Revit中重复创建与Excel中相同的数据。这些工具可以而且应该可以相互交流。


 


 

互操作性(互用性)


 

你使用哪些设计工具?很多公司可能会用Sketchup,或是FormIt或Rhino。随着设计的推进,你会发现你需要在Revit重新创建那些已经在Sketchup中的数据。这其中就产生了数据的落差。如果点击一个按钮,就能把Sketchup中的数据翻译到Rhino中多好!


 

将来,我们不需再花费数月将信息从一个软件转换到另一个软件中。我设想在未来,云将给软件创造各种可能性,我们能够在云中创建、操作和捕获信息,无论这些信息是在什么软件中创建的。


 


 

AI BIM,下一个无限可能


 

这是让人兴奋之处:计算机将能够接受一组任务、规则和进程,并能够比人类更自主、高效地执行它们。


 

AI BIM + 任务自动化


 

我们在今天已经看到了AI BIM的迹象。人们并不喜欢手动创建PDF、导出DWG文件和分离Revit模型?在不久的将来,你不会有这样的苦恼。现在这样的未来已经来了。IMAGINIT的产品Clarity可自动执行打印、发布到Navisworks和创建房间数据表等任务。它的投资回报率高到离谱。


 

试想一下,如果计算机知道里程碑何时发生、模型何时更改,并且能够相应地导出信息。再向前一步。如果所有建模都是在云中完成的,并且你有一个实时的PDF,那会发生什么?每次发生更改时,你的 PDF都会实时更新。鉴于我们目前的技术条件,这样的场景并不难想象。


 

AI BIM + 3D协同


 

传统的3D协同/冲突检测流程即将被颠覆。建筑系统规划公司(Building System Planning)开发了一款被称为"GenMEP"(生成设计暖通、电气和给排水)的自动路线功能工具。这个工具可以拥有对象感知的能力,能够在缺少梁和其他MEP信息的情况下设计管道系统。目前用户还需要告诉这个工具要连接哪些部件,以及它缺少那些结构/MEP信息。在未来,用户只需要为计算机提供负载要求、房间类型等,计算机算法就可以自主进行设计、管道规划和对MEP信息建模。当参数化软件(GC)参与其中时,3D协同过程将节省大量的时间。同样,当承办商们拥有同样的技术语言,效率也会大大提升。这种未来可能在三年后就会到来。


 

AI BIM + 分析和设计


 

人工分析和建模将会消失。GRAITEC Advance BIM Designer Collection套件中已经有了一个工具,是一个针对3D 包裹框(cage)建模的设计驱动的计算增强程序,能够对钢筋混凝土柱、梁和基座的文档进行自动化生产。这个工具成为主流只是时间问题。


 

试想一下,在未来五到十年内,结构分析对建筑设计有更直接的影响。如今的影响已然不小,而随着材料科学、生物材料和算法建模的进步,我们将可以看到一些极其高效的结构建筑,只使用目前一半的材料就可建造出来。


 

AI Bim + 建筑


 

我的好朋友,NBBJ建筑设计公司的内特·霍兰德(Nate Holland)在 做大学毕业设计的时候,完成了一项非凡的作品。他构建了一个算法,通过最大化零售空间、海景和地板,对建筑进行优化,使其经济效益大幅提升。项目只需要一个综合团队、设计师和计算机。设计师可以为计算机提供一系列规则、要求和参数。计算机就可以返回满足设计师设置参数条件的选项列表。


 

在下图中,我们可以看到每个设计中收益和成本的关系。


 

内特的算法中,使用了叫Galapagos的工具来进行建筑物优化。Dynamo有一个拥有类似功能的工具叫Optimio,目前仍属于设计的早期阶段,但随着越来越多的工具出现,优化会变得越发便捷。未来将会出现一个或一系列工具,能够容纳所有的国际规则和设计师及工程师设置的规则,并基于约束条件创建一系列优化选项。


 

同样,这些设计工具也会考虑其他因素,如采光、温控负荷、窗户比例等,帮助我们设计更可持续的建筑。现在可持续的设计流程是,使用软件手动设计建筑物,收集数据,并相应的对模型进行调整,获得反馈再重复这一过程。但如果我们为计算机输入模型,并要求算法优化采光效果,那它可以分析、修改、分析、修改,直到找到最佳的外观,最大限度地提高建筑物与日光的接触。已经有算法可以做到这一点了,普及只是时间问题。


 


 

属于未来的建筑新式武器


 

我个人认为,部分新工具没有高速发展的原因是因为其软件不像Sketchup这样直观,所以设计师的使用意愿不强。像Project Fractal这样的团队正在此方向上努力。


 

AR/VR


 

谈到建筑业的未来就不得不谈到VR/AR。未来,我们将不必在虚拟现实和混合现实设备中做选择,未来的头戴设备将能够融合虚拟现实和混合现实。


 

此外,随着硬件变得更轻、更舒适,我们可以全天候佩戴,而不只是在我们想要看渲染时才戴上。融合VR/AR的设备可能在两年内就会出现。它们还将有更多的附加功能,使我们能够感受压力,温度和气味,让虚拟和现实更加难以区分。


 

机器人将如何改变建筑业?


 

建筑行业的机器人会看起来像食品工业的机器人吗?我相信未来的机器人看起来会更像机器,而不是人。


 

目前很多人类完成的任务机器人还做不到,比如在建筑工地穿梭。但Uber已经在自动驾驶汽车方面投入了大量资金,现在这些汽车已经出现在了城市的街道上。这些自动驾驶汽车具有躲避障碍物的算法,能够从安装在车辆上的传感器中获取信息。照这种趋势看,机器人与建筑工人并肩工作只是时间问题。


 

实际上,机器人已经在了建筑行业中。下图就是一个正在铺设地砖的机器人。


 


 

工人需要将砖块放进机器人顶部,机器人就能将砖块摆放成指定的图案。Arch_Tec_Lab是位于瑞士苏黎世的建筑机器人制造和测试设施。该设施目前正在做机器人的原型设计及测试其在建筑中的使用。


 

SAM是一种半自动机器人,可以让施工更高效。其制造者声称,SAM一天可以铺设800到1200块砖——一个熟练的石匠往往最多能铺设500块。而Hadrian则声称他们的机器人可以每小时铺设1000块砖。


 

3D打印机的应用现在也已脱离办公室,来到了施工现场。随着3D打印和材料科学的发展,我们将看到更多独特的建筑,以取代传统的盒子一般的建筑。这是因为从人工的角度来看,构建矩形的成本要比椭圆形低。


 


 

无人机正在迅速在建筑界找到自己的位置。它们能够让施工更有效率,减少事故的发生等等。而现在,一个来自洛杉矶的一个团队推出了一个3D打印无人机原型。他们的目标是解决传统的3D打印机中打印床占地过大的问题,这还有助于那些建造在交通不便的建筑工地的项目。


 


 

建筑师阿玛尔·米尔詹(Ammar Mirjan)将一组小型无人机编组,将数百块砖用无人机编队运输,建造一座6米高的塔楼。这是无人机参与实地建筑的首次。总的来说,机器人比人类效率高,从不疲倦或受伤。要知道,建筑业占了美国工人在工作死亡死亡的五分之一。


 

物联网


 

如果你将机器人、建筑和物联网结合起来,可能会得到一个振奋人心的结果。就像Uber的自动驾驶汽车有障碍物躲避功能一样,无人机和机器也可以有感知功能,不会伤到人类。


 

我们的团队目前使用摄影测量(photogrammetry)的技术。我们有一个连接到物联网的摄像机。摄像机发射WiFi信号,连接后就可以使用iPad控制摄像机。这个技术深得总承包商的欢迎,谁不想直接通过无人机就完成物业的扫描呢?我预计在未来三到五年内,这项技术就会普及。


 


 

次世代的协作平台


 

1+1到底是大于2还是小于2?这取决于你的协作工具。协同设计是当下设计行业技术更新的一个重要方向,也是设计技术发展的必然趋势。

 

但我们不可忽视的一点是,协同必然需要沟通,而沟通必然存在成本。沟通不畅或沟通不及时导致的错、漏、碰、缺,往往可能让1+1>2的天平倾斜,导致协同设计在实际项目的操作过程中不是大大提高了设计行业的工作效率,相反严重影响了工作效率。


 


 

模袋云就是这样的一个协作平台。面对排期紧、任务繁杂或者文件众多,它都能让你的团队都能轻松应对。全新的协作方式,让工作变得井然有序,有助于保障交付品质。


 


 

通过模袋云,客户可以选择在3D模型上直接标注,或者是在您导出的PDF文件上进行标注,给设计师最直观的反馈。


 

基于优秀技术的模袋云平台正以2-3周迭代一个版本的速度演进,在保持超高稳定性和兼容性的同时,为种种不可能提供最大的可能。360tour、VR、Embed 3D models、建筑环拍、模型合并……这些功能或许在您想到之前,就已部署并实现。

 

那么,面临不断变化的流程,如何让自己和自己的公司做好准备呢?焦虑显然不能解决任何问题,那就拥抱技术吧!


 


 


 

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