软件撑起灾区硬脊梁

清一色的轻钢龙骨做支撑,56所住房依山而建,在青山白云的映衬下显得格外美丽。谁能想到一年前这里还是地震后的一片苍凉,谁又能想到软件设计居然能在灾后重建中发挥巨大的作用呢?

距离“5•12汶川大地震”一年零五个月。

从北京到松潘,一整天辗转,从松潘到岷江河谷深处的阿坝州茂县太平乡杨柳村,4个小时颠簸,为参加杨柳村整村重建竣工落成典礼,各界人士长途跋涉来到这个羌族小寨。交通不便的困难并没有阻碍这个古老村庄灾后重建的步伐,杨柳村得到了社会各界的支持,从被确立为灾后重建示范村到现在,一年多过去了,杨柳村已经更换了新的容颜。

尽管出行前我已经看到过很多关于杨柳村住宅重建的资料,可是,当一大片俊朗整齐的别墅式建筑出现在眼前时,我还是被震撼了。清一色的轻钢龙骨做支撑,56所住房依山而建,都是整齐划一的三层小楼结构,其中4联排12座、双拼4座,在青山白云的映衬下显得格外美丽。

9月25日,杨柳村举行了隆重的整村重建竣工落成典礼, 当地56户羌族家庭即将迁入新居。建设部建筑节能与科技司副司长韩爱兴、四川省各级政府相关部门领导、欧特克公司总裁兼首席执行官卡尔•巴斯先生等人亲临杨柳村,与当地少数民族村民共同庆祝这一喜庆时刻。“几千年来,中国的农民盖房都是用祖辈们的经验,沿袭传统的做法,但这是远远不够的。此次援建房,通过软件实现了目标物的模拟和分析,兼顾民俗个性化需求,甚至能按照区域的节能要求,设计出合理的方案,不啻为一个很好的尝试。” 韩爱兴介绍说。

3天架起一幢房

在一对羌族母女的引领下,记者来到了她们刚刚搬入的新居,厨房、卫生间、客厅、卧室一应俱全,跟城市的住房几乎没有差异。她们难以抑制脸上的兴奋,想要让更多的人来分享迁入新居的喜悦。这样的房屋,每家算上工费和少许材料费大概需要6万元,其余由国家补贴一两万元,轻钢龙骨架的费用由红十字会、南都公益基金会和欧克特公司援助,这样算来远没有以前村民们自己盖房子贵。四川大学社会学系的志愿者楚燕同学告诉记者:“你们能想象吗?这样一幢三层楼的住房,最短只用了3天时间就能把主体轻钢龙骨架搭建好,而且完全是借助村民们自己的力量。”

地震后,专业的建筑施工人员比较缺乏,为了让没有受过专业培训的村民能迅速上手,欧特克公司的研发人员特意将材料、构法、工具、组装等工作都做了适度简化,使结构体系标准化、构件化,钢结构只需用螺栓连接组装,施工简便; 同时还提供了建造过程四维动画模拟和三维可视化节点安装模拟,为村民提供了形象生动的“施工指导手册”,使他们能够像安装宜家家具一样完成房屋基本结构的拼装。

据了解,地震受灾地区的住房重建工作不仅要克服时间紧、资源缺、地域广和数量大等实际困难,还要在文化层面考虑当地少数民族多样的民居习惯,并保持当地生态环境的可持续发展。为此,欧特克“马尔康爱心援建行动”团队多次赴灾区进行实地考察和试验,并以欧特克工程建设和制造业丰富的二维和三维设计软件为基础,于2008年11月开发出一套能有效应对上述挑战的智能化和标准化建筑设计及施工指导方案。

方案创新地采用抗震性极强的轻钢作为房屋的龙骨,结合建筑设计软件严密的分析计算,使房屋具有了很高的安全性。而且,轻钢龙骨的生产速度也大大快于砖石钢筋等建筑材料。

在Autodesk Revit中生成的建筑信息数据可以直接输入Autodesk Inventor(欧特克公司在制造业中广泛使用的另一个软件产品),这样,工厂完全可以针对每栋房屋进行加工,之后将产品直接封装起来就可以了。轻钢龙骨是可以大批量快速生产的,而且运输也简便得多,方案能让单位建筑成本控制在每平米600元～700元之间。

重建工作利用“就地取材”、“协力建房”等理念,让杨柳村的村民参与进来,在重建房屋的同时,重塑了他们的精神家园。

三维模型挑大梁

三维的设计模型和装配式住宅的构思从根本上改变了房屋施工对人工的需求,而且还可根据各种数据自动生成施工工程材料清单和进度表。有了这些表格,只要按图索骥就完全可以将原本复杂而多头绪的施工工作安排得清晰妥帖。欧特克中国研究院研发出的这套智能灾后住房重建设计与施工指导方案,可以在三维环境中完成房屋的建模、分析和测算,数字化的模型实现了跨行业数据交互,使设计、材料生产和施工形成了一个无缝的流程。

在设计方法上,欧特克研发团队采用了参数化、变量化设计,将平立剖面和工程量统计双向关联,用参数化控制房间开间进深,使相关图纸协调一致,保证了图纸的准确性。方案使用建筑、结构、设备三维协同设计,使建筑师的思想能够完整、准确、直观地表达出来,并兼顾了房屋的内部框架结构、外部造型表现以及水电暖系统,使得设计工作效率大大提高。

除了先进的软件、因地制宜的设计指导外,还有很重要的一点是,建筑师运用了一个带有全部设计数据的三维建筑信息模型(BIM, BuildingInformationModeling)。这个模型不但拥有建筑施工所需的各种长宽高数据,还带有各种材料信息,并能够根据这些数据进行受力情况、抗震性能、保暖性能等专业分析。更重要的是,当对建筑进行简单调整时(比如少量的改变门窗的位置和尺寸等),其他因调整而产生的数据变化将会自动测算完成并补充到模型中去,而且一旦这样的调整产生不良影响(比如降低抗震强度、改变受力等),系统会自动提示并阻止调整。

“一个行之有效的灾后重建方案应该兼顾到时间、成本、抗震性能和普及性等多个方面,这一过程中建筑设计软件广泛而深入的应用,会使灾后重建方案的很多构想变成现实,跨越建筑业和制造业的平滑数据流使得跨行业无缝合作轻而易举。”欧特克公司全球副总裁、欧特克中国研究院院长黄健铭告诉记者。

推的不是软件,是理念

欧特克的“马尔康爱心援建行动”将是一个长达数年的援建计划。“在该计划实施之初,我们无法估算将需要投入多少,也无法估计会持续多长时间。但毫无疑问,在这个领域,欧特克是为数不多的、有能力做到并亲力亲为的企业之一。” 欧特克公司总裁兼首席执行官卡尔•巴斯先生从未动摇过援建灾区的决心。

当记者反复追问,此次欧特克公司如此积极,投入这样大的人力物力援助灾后重建,除了强烈的社会责任感的驱使外,还希望有些别的什么附加效应时,欧特克公司不同层面的员工传递的几乎是同样的信息,那就是希望能够将杨柳村的这种建设模式,推广到中国的广大农村,让这种先进的建屋方法造福更多的人; 但欧特克更深层次的愿望,记者体会到,是期望加大对BIM理念的推广。

BIM是欧特克在工程建设领域中的一整套数字化解决方案,它是指基于先进的三维数字设计解决方案所构建的“可视化”的数字建筑模型,为设计师、建筑师、水电暖铺设工程师、开发商乃至最终用户等各环节人员提供“模拟和分析”的科学协作平台,帮助他们利用三维数字模型对项目进行设计、建造及运营管理。对于设计师、建筑师和工程师而言,应用 BIM不仅要求将设计工具实现从二维到三维的转变,更需要在设计阶段贯彻协同设计、绿色设计和可持续设计理念。其最终目的是使得整个工程项目在设计、施工和使用等各个阶段都能够有效地节省能源、节约成本、降低污染和提高效率。BIM由欧特克公司在2002年率先提出,目前已经在全球范围内得到业界的广泛认可。

黄健铭介绍说,“这次杨柳村的建设方案,在材料选择、应力分析、可持续设计等方面均有加强,使之成为了一个拥有严密数据支持的、具有广泛适应能力和推广特性的灾后重建设计方案。”智能化的建筑信息模型(BIM)使方案具备了广泛的适应性,即使在地形复杂的四川灾区,也可以因地制宜地对方案进行调整。