【AT】漫谈BIM及其他——BIM之于绘图术

【AT】漫谈BIM及其他——BIM之于绘图术
引言
BIM技术在建筑行业中的出现和发展，已经显得越来越难以忽视。

相比于嗤之以鼻的反感漠视或盲目冲动的妖魔化的技术崇拜，我们似乎应该保持更审慎和耐心的心态来接触和审视它。

下面，我们尝试着将新兴的BIM技术放回到漫长的建筑学发展历程中，看看能得到些什么？
关于绘图术
回溯到公元前7世纪，古希腊的建筑师是用模型配合文字标签的方式来阐释设计意图和建造要点的；到了公元前5世纪，也就是卫城的时代，建筑师开始采用足尺的细部模型来推敲和规范建筑装饰的操作，但仍然罕有关于图纸的记载；在此后的近两千年里，建筑师更多以“写作”的方式来交代设计。

那时的建筑先驱，如戴达罗斯（克诺索斯宫的创造者）、伊克蒂努斯（帕提农神庙的创造者），不仅要有卓越的艺术天赋，更须精通各类匠作工艺并熟悉材料。

那些神庙建造的主持者定然是超人，凤毛麟角甚至不世出，而建筑设计也很难成为“行业”。

可以说，正是绘图术的出现才催生了现代意义上的建筑师行业。

人类真正系统地以绘图作为传达、阐释建筑设计意图的手段是从16世纪的人文时代开始的。

一方面，如阿尔伯蒂、塞利奥、帕拉第奥等大师仍沿袭着维特鲁威“十书”式的写作；另一方面，伯鲁乃列斯基将透视法科学化了，艺术家们终于得以通过图纸来精确地推敲空间和形体的视觉呈现，而瓦萨里在佛罗伦萨创立的艺术设计学院则将系统的绘图术普及开来，并藉此将建筑学的思想层面从匠人的手工传统中解放出来（图1）。

图1 圣彼得大教堂平面图-米开朗基罗绘图术的解放来自它的抽象性，如果说透视法仍是在详实地模拟视觉扭曲过程的话，那么更加抽象的“剖切-投影”图在设计上的普遍应用则彻底地在思想层面上修建起了建筑学与其他艺术门类在技术工艺以外的专业门槛，并通过这种经由图纸编码-解码的神秘的“造物”过程，将建筑学渡入“大艺术”的殿堂（图2）。

图2 剖切-投影过程剖切-投影图的典型图式以平面图、立面图和剖面图（立面图是基于对地面的正剖切获得的建筑投影）为代表，这些至今仍作为我们的绘图基础。

剖切-投影图不仅是成果表达的图式，更是16世纪以来执行设计推演的主要视图界面（图3，4）。

图3 斯卡帕基于古堡博物馆正投影执行设计
图4 莱特，丹纳住宅平面图，1900由于今天的专业人士对这些视图过于熟悉，以至于常常会忽略一个重要的事实：剖切图和投影图在真实视觉中原本都是不存在的。

如平面图是通过对墙体的水平剖切获得的正投影，空间在水平向的布置、尺寸及连通-隔断关系等都得以清晰呈现——这其中，剖切的抽象性使人得以在同一界面上同时洞悉并处理所有房间的关系，而在真实的视觉世界中，只要一个人置身于一个房间，就不可能观察全部其他房间的情形，即便飞身获得鸟瞰的视角，也只能看到外部体量而丧失了内部空间感知（图5）；与此同时，正投影则通过屏蔽视觉中必然存在的透视扭曲效果，使得投影中所有几何度量都得到只有触觉才能获得的精确、稳定的表达（图6）。

图5 建筑经过剖切后可以获得的全面、系统的空间关系感知
图6 萨伏伊别墅平面图（笔者自绘）
这些视图并不来自于对真实体验的描摹，必须要围绕着几何学的空间想象以及分析、归纳的理性认知才能得以建立。

一方面，这些理性图式具备了某些符号的特征，在应用中需要转译才能与人的体验相接应，这种携带着神学色彩的解码过程，极大地提升了建筑学在思想领域的地位；另一方面，抽象图式在将几何层面的问题讨论得更加透彻的同时，也使建筑设计挣脱了原本必然纠缠的物质性讨论，建筑师从此开始渐渐与匠作疏离开来。

绘图术之为“术”，不仅是制图与表达的“技术”，从某种意义上更是决定设计方法的“学术”。

基于不同绘图术所执行的建筑设计，所获得的形式类型也必然不同。

比如，文艺复兴的建筑群及单体内部闪出那条通敞的视廊轴线，是通过由连续透视线来实现空间表达的科学透视法推敲设计的必然结果，以透视法为起点是不可能获得以影壁开始序列的中式庭院或放置屏风的中式空间的（图7，8）。

图7 雅典学院，基于透视的空间序列
图8 中国的影壁是空间序列的第一个要素
许多时候，与其说建筑师是在选择绘图术，毋宁说是在选择设计方法或建筑类型。

而对主投影视图的选择，则决定了建筑师将更多的设计力量投放在哪里——以立面图作为主视图的古典主义时代，在柱式应用和立面细部比例的匹配与推敲诸方面的卓越成就早已无须赘述；而现代主义在将平面图选为第一界面的同时，也注定将设计专注于平面布置，自由平面、流动空间应运而生，相应的，现代主义的“简洁”则多存在于立面；路易斯·康在金贝尔美术馆中以剖面关系作为设计起点，在复杂剖面中引入莫测的光效果的同时，也顺理成章地获得了平
面和立面上双重的极简形式（图9）；正轴侧图由于实现了对平面和立面在同一界面上的同时呈现，不仅能引入更丰富的几何信息，也实现了设计在三度空间中的快捷检视，为海杜克、埃森曼等许多致力于空间操作的大师所青睐（图10）。

图9 剖面图控制了金贝尔美术馆中最丰富的设计特征
图10 菱形宫平面及正轴侧图，平立剖面与空间关系得以在同一计界面中推敲绘图术的意义尚远不止于此，同样出于剖切-投影图在材料
构造上的抽象性，建筑师在同一图式下才有机会将不同的物质性代入同一界面，这种类型学方法自19世纪以来一直催动着类型的归纳以及在同一类型下的多形式演绎。

在理论领域，迪朗在《建筑学教程》中将建筑形式的投影抽象推向极致，并藉此将历史上千差万别的建筑名作归纳为清晰、简明的若干类（图11）；而建筑史家维特科威尔则用相同的方法将帕拉迪奥的上百个住宅收敛为十余个平面原型（图12）。

图11 迪朗：《建筑简明教程》插图，基于平面投影的极致抽象
图12 维特科威尔：帕拉迪奥的平面类型
在操作层面，柯布西耶的加歇别墅与特拉尼的法西斯宫尽管功能不同，外观各异，却都来自帕拉迪奥的住宅平面原型；而朗香教堂和
拉图雷特修道院的平面形式也与12世纪的丰塔纳修道院如出一辙……（图13）
图12 维特科威尔：帕拉迪奥的平面类型
绘图术对建筑学的影响远不止于上述种种，本文意在讨论BIM在现代绘图术语境下的影响，故仅将后面有可能涉及的内容略作梳理，恕不多赘述。

现、当代绘图术观察
不同绘图术在设计方向上的取舍，在不同的时代及不同大师们的手中固然能带来不同的设计类型和形式风格，但倘若我们把目光投向“世俗”中的整个行业重新审视，其所“取”者，通常多关乎社会生产力，而其所“舍”者，带来的恐怕就是行业顽疾。

如今的多数建筑师仍基于16世纪以来的剖切-投影图工作，同时沿袭着现代主义的传统——主设计界面多默认为平面图（规范的工程图纸排序将总平面和平面图放在整套图纸前面）。

关于这种绘图术选型的优势，前文已述，这里我们主要审视其缺陷和盲点。

对于前文所提到的设计力量投放不均的问题：随着行业规则的不断丰富、完善，各类投影图都有着明确的深度标准，从某种程度上均衡了分配在不同视图界面上的设计力量；从管理上，技术分工的进一步细化让许多从业团队有机会分派不同的设计师分别执行平面和立面的设计，这也有效地通过团队配合缓解了由主界面选择所带来的对其他界面的漠视。

但问题也随之而来——在各界面上分别执行的设计趋于离散，同一设计要素被绘制在不同的视图中，甚至被不同的人分别设计，许多建筑师对设计的推敲仅对特定的视图负责，不同视图间的对应关系通常仅能通过“对图”来保障。

随着设计在各界面上的不断推进、深化和修改，通过对图或经验来维系的对应会越来越脆弱，“不交圈”的问题几乎成为必然。

即便抛开“不交圈”的技术焦虑，分界面的操作也导致了对空间塑造的漠视——尽管空间被认为是现代建筑的绝对核心。

无论在平、立、剖任一界面中，我们都不可能直观地获得空间判断，在分面投影中反映的空间形态仅由读图者在意识中拼合、还原而成，这是当代建筑教育中如此强调“空间想象能力”的原因。

换言之，在常规的设计界面中，根本就没有提供直接针对空间检视和推敲的视图，而这种基于剖切-投影图建立起来的图纸体系，同样也使空间成为设计审核、校对以及沟通的死角——对于全领域而言，我们无法想象仅凭空间想象来推进的设计能达到什么样的普遍深度和精度。

当然，诸如SketchUp之类的软件技术都在致力于弥补上述空白且确实行之有效，但这种空间制图与标准设计制图分离的状况，仍无法避免前面所讨论的由于视图界面分离
而导致的不交圈问题；从行业角度来看，在设计过程中加入空间建模环节也会导致工作量激增，与投影图同步推进空间模型势必导致周期延长，而分阶段跟进空间模型则又使问题回到空间判断与设计推进的分离。

由此引发的问题不止出现在对空间效果的把握上，在空间关系稍复杂的设计中，诸如设备管线的布置或材料构造的交接之类容易在空间中发生碰撞的错误，很难在标准的技术图纸中获得及时的纠错，这些原本非常直观和简单的碰撞检查，却成为校对和审图环节中最重要和核心的工作，并往往需要由经验丰富的老将来完成。

即便如此，仍有大量问题被推到施工现场才被发现。

因此种种，许多建筑师只好在设计成果中将空间体验寄托于效果图渲染所制造的“幻觉”；而面对工地上的管线碰撞，也不得不通过“降低吊顶”来逃离现场——这些都无异于饮鸩止渴。

上述问题都出在不同投影界面之间的关系上，但即便回到单一的剖切-投影界面中，我们仍然能看到类似的问题——这一问题恰是由剖切引起的。

如前文所分析的，剖切的妙处在于它为建筑师呈现了某些在平常的视觉体验中无法呈现的关系，但在呈现之前，我们首先要对空间实施剖切，而剖切的位置不同，其所反映的关系可能也存在极大的差异——理论上，一张剖切图只能阐释空间中极窄、极薄的区段内的关系。

需要特别指出的是，这并不是增加几个剖切位置就能解决的问题：通过剖切反映既有空间的关系，与在选定的剖切界面上执行设计完全是两回事。

对于设计操作而言，一旦剖切位置以及由剖切所确定的初始关系被事先确定下来，建筑师评估和推敲这些关系的思维层面也被锁定了——因此，与其说建筑师是在通过剖切图来设计空间，不如说是在设计那张剖切图本身。

在这样的设计界面中，被剖到的关系无疑能获得精确和透彻的解决，但如果建筑师企图将这些解决贯彻于整个空间，那么他就必须用这幅剖切图来规范与剖切位置相连续的其他空间关系，并通过沿着垂直于剖切面的方向拉伸来生成空间（图14）。

事实上，许多建筑师是通过同化空间的生成方式来确立剖切图的“代表性”的，而不尽如我们通常认为的，选择有代表性的剖切位置来解决空间问题——这是宿命。

图14 巴西利卡剖透视图，建筑空间沿典型剖面拉伸而成
在这种模式下所获得的空间都有很明显的单向性，即空间在剖切面的方向上关系更加复杂、精巧，而在与之垂直的拉伸面上趋于简单。

对此，我们可以对比一下马赛公寓户型在两个方向上的剖面（图15），而前文提到的金贝尔美术馆则更加极致；但如果遇到如赖特的古根海姆美术馆那样沿环形螺旋展开的空间，剖切-投影图所能反映的信息就非常有限了，单向的剖切反而破坏了螺旋连续的空间特征（图16）。

图15 马赛公寓剖面图，基于剖面的空间复杂性
图16 纽约古根海姆剖面图，剖投影很难全面反映空间关系
有趣的是，这一问题在平面图上的表现并不像在剖面图中那么明显。

为了抵抗重力，墙体通常在竖直方向上是平直连续的，而平面布置由于不受重力限制往往更加自由，从古至今大多数建筑的基本体量都可视为由平面向上拉伸而成的，这一点在砌筑工艺中表现得最为显著。

但是随着结构技术和材料科学的发展以及近百年来建筑学领域在空间操作上的不懈拓展，建筑空间越来越趋于摆脱平面解析关系而在真正的空间维度中寻求变化，如弗兰克·盖里或扎哈·哈迪德的建筑，甚至找不到有“代表性”的剖面图和平面图（图17，18）。

图17 古根海姆博物馆剖面·立面图
图18 扎哈的广州大剧院平面、剖面图
在理论层面，近年来诸如涌现理论和拓扑学等思想在建筑学领域所受到的广泛关注，也都不断地挑战着剖切平面在空间操作上的权威。

至少，基于剖切-投影图所建立起来的绘图术体系，似乎已经不像之前的几个世纪中那样雄辩了。

CAD
立足于前文对绘图术的追溯与观察，我们不难发现如今我国建筑设计领域通过以CAD为代表的计算机辅助制图技术所执行的绘图术操作，与16世纪以来建立的剖切-投影图的制图体系并没有本质上的差别。

这样的结论听起来不合情理，但建筑学作为一门非常古老的学科，自古至今其实一直固守着非常稳定的学科核心，尤其对工具而言，出于建筑学所固有的人文、艺术特性，比起那些科学技术含量更高的其他理学或工学领域来，工具所能带来的根本性变革往往非常有限。

就像钢笔取代鹅毛笔所带来的便利，并不会从根本上改变写作的方式一样，当初针管笔取代了鸭嘴笔的时候——这一转变其实发生在非常近的“当初”——建筑师们也并没有为此准备迎接一个全新的时代。

因
为从动作上看，手握针管笔的“现代”建筑师，仍然非常明显地与16世纪的人文主义者们执行着相同的操作。

同样以文学来类比，用电脑打字来执行写作的文学家，究竟比他奋笔疾书的前辈们“进步”在哪里呢？而即便存在这种“进步”，那恐怕也早在打字机发明之时就已经发生了。

同理，我们恐怕也有必要仔细审视此前的信息技术（IT）带给建筑学领域的改变。

总体而言，CAD在制图中的作用主要是其替代了手工绘制，而从图学原理上则并无革新。

有趣的是，我国现行的《房屋建筑制图统一标准》（目前的版本是GB/T 50001-2001）在总则中就说明该标准是同时适用于计算机制图和手工制图两种方式的，其图纸尺寸与线宽组合的基本规定也完全是围绕着手工出图的逻辑来制定的。

那么，CAD的优越性体现在哪呢？首先，度量精准是基于计算机技术最直接的优势。

与手工制图先确定比例尺再绘制的方式不同，CAD的绘图空间可以实现无限广阔的真实尺寸，剖切-投影图被以真实的尺寸绘制出来。

一方面，这省却了纸上绘图过程中的数据换算，使尺寸的思考和确定更加直观，避免了换算环节中可能出现的错误；另一方面，这也为更智能的尺寸标注和出图提供了前提。

从不同设计精度的表达方式来看：纸上绘图由于比例的限定，需要在不同的比例尺下绘制不同尺度和精度的图；而CAD的绘制空间不仅无限广阔，而且可在屏幕中无限缩放检视，这在理论上就完全支持设计者将设计进行无限深化。

换言之，设计的表达精度不受图纸幅面和线条密度的限制。

CAD领先于手工绘图的另一得天独厚的优势，是它在“复制”和“修改”两种操作上的便捷。

在手工制图的时代，两张图纸无论有多少重复的内容，都需要分别完全绘制，而相同的技术设计（如节点详图）也不得不在不同方案中反复绘制。

所以，在计算机制图并不普及的年代，除依赖对《标准图集》的索引外，还有通过直接索引“重复利用图”来作为提高效率的权宜之计——这种索引至今仍写在现行的《建筑工程设计文件编制深度规定》中，但在实践中早已绝迹了。

基于计算机制图，建筑师可以很方便地将既有的成熟做法复制到新的设计中，把交接关系交代清楚并做出必要的调整。

对于读图而言，能将各部分设计呈现于同一套图纸，比起在图纸索引下翻阅各种图集，显然更具
优势。

而修改的便捷，则不仅直接解决了手工制图中在墨线上改图的麻烦，还让有较高相似度的设计得以基于同一份图纸修改而成。

从绘图术的角度来看，上述优势都只关乎“怎么画”的问题，而很少触及到“画什么”。

相较于手工制图逻辑，CAD对绘图术最大的突破在于它可以支持基于“图层”的绘制。

当然这并不是计算机技术的首创，“图层”（layer）的概念来自将绘制不同内容的透明胶片相叠加，从而将原本抽象和孤立的分析图重新综合起来。

在设计领域中，图层的方法曾广泛应用于麦克哈格的景观生态学中，并被形象地称作“千层饼”。

CAD绘图空间中的图层避免了胶片叠加后在清晰度上的损失，可以成为名符其实的“千层饼”。

建筑师通过将不同逻辑的图形绘制在不同的图层上，使图式获得了多样的分析性，并可在不同的意图下自由地让特定的图层隐藏、显现和叠加，而对线型、色彩的选择又进一步丰富了分析的维度——这带来了真正的绘图术领域的变革，建筑师由此获得了前所未有的便捷的系统性分析视角。

CAD的普遍应用，确实带来了绘图效率的提高以及修改、变更质量的改善，但是必须指出的是，由于目前行业中仍以打印或晒图作为规范的出图成果，这实质上将设计成果的输出重新锚固在了16世纪的技术标准上。

在“图纸”上，不仅精确、实时的度量无法实现，最关键的是，有着变革意义的图层信息完全被放弃了。

当然，这并不完全源自设计领域的内部选择，很大程度上也出于配合施工阶段照图施工的技术习惯，这是整个行业链条带来的问题。

比起材料科学、施工技术的更新频度，设计领域的技术演进显得异常微弱和迟缓，这更让图层方法的引入显得弥足珍贵。

当前建筑师对图层的应用，早已放弃了其作为成果输出的可能性，转而将其作为团队内部技术管理的环节，多用图层来实现对设计要素和图则要素的分类管理。

由于行业标准对图层功能的漠视，图层在分析、表达上的巨大潜力一直未能得到充分的开发。

这是非常可惜的事。

一个有趣的问题是：既然CAD在绘图术上带来的实质性变革有限，那么是什么让我们在手工制图与计算机制图之间感受到如此巨大的差异呢？是动作。

尽管CAD制图与手工制图输出了相似的图纸成果，但前者通过鼠标和键盘的敲击实现，后者则以手执笔完成——这是为什么同样
作为工具革新，针管笔取代鸭嘴笔时我们几乎感觉不到改变。

改变技术动作给建筑师带来的影响绝不仅在制图途径方面。

首先，手的灵活度远远超过鼠标，这让手工制图更适合推敲和表现自由、微妙的形式变化；而在绘制直线、圆等规则、理性的几何形时，则必须借助工具。

比较而言，CAD的制图逻辑刚好相反，越规则和理性的图形，就越匹配计算机的参数逻辑，也就能越快捷地被绘制出来，而对于缺乏参数控制的自由形，CAD的“样条曲线”功能不仅在绘制上捉襟见肘（很多时候是以描图的方式完成的），在推敲和调整时就更显笨拙。

好在，现代主义美学为当今的建筑定下了相对简洁的基调，而工业传统又给建筑技术提供了相对标准化的材料及工艺范式，所以CAD在绘制自由形上的短板并没有在今天带来行业性的困扰——试想同样的短板如果放在文艺复兴或新古典主义时期将带来的灾难性后果吧（图19）！反过来，这种制图上的偏好又反过来进一步加强了当代建筑师的形式选择。

图19 古典细部图
更微妙的变化是，美术基础在建筑学素养中所占的比重渐渐弱化
了，当然出于美学养成的美术训练尚在，但从绘图术的角度出发，美术作为一项来自身体训练的技艺，已经逐渐被通过敲击键盘实现的计算机控制所取代。

在手绘图时代，建筑师所选择的形式类型与其擅长绘制的图形息息相关，而一旦肢体习惯退出形式操作，建筑师在形式选择的自发机制上出现了空白，建筑师就开始越来越依赖于视觉，形式选择变得更加多样和随意，这是当今建筑设计形式表达繁冗过盛的潜在诱因之一。

这种形式表达多样化的倾向，似乎又与前面讨论过的由计算机制图特征导致的形式偏好相矛盾——其实，这是一个非常古老的问题，抛开古典主义的控制线不谈，近在19世纪末，路易斯·沙利文就通过“无机”的几何演算来生成“有机”的自然图形，希望由此追寻自然形式的理性原则，这里已经蕴涵了典型的“参数化”思想（图20）。

在沙利文的时代，这种做法充满哲学意味，但在计算机制图的时代，参数化不仅弥补了计算机制图的短板，还在有理化的同时极大地拓宽了形式类型。

图20 沙利文用纯几何形推演的自然形式，已经有了参数化的味道。