大学生采用数码设计 打造优质可持续建筑

2020年国际建筑设计比赛在疫情期间举行,获奖的新加坡国立大学团队(Team Ace),全程通过数码工具和虚拟软件来进行讨论和处理各种问题。(摄影/Koh Meng Kwang)
2020年国际建筑设计比赛在疫情期间举行,获奖的新加坡国立大学团队(Team Ace),全程通过数码工具和虚拟软件来进行讨论和处理各种问题。(摄影/Koh Meng Kwang)

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新冠疫情加速了建筑环境业的数码化转型,一群大学生借助数码科技,使建筑设计过程更迅速、更安全,也更具成本效益。

在最好的环境条件下,要设计出一栋具有纪念性又合乎建构要求的建筑已非易事,而去年参与建筑设计比赛的一群大学生却必须在疫情笼罩下突破重重困难,为乌节路市中心设计一栋风格独特的建筑。

“我们不能面对面进行任何讨论,所有的概念分享和需要解决的问题都通过数码方式完成,包括线上讨论和使用虚拟软件详细记录所有的构思和意见,以确保每个队员都能跟上进度。王溢惠(24岁)是新加坡国立大学建筑系毕业生,她带领一个八人团队(Team Ace)参加2020年国际建筑设计比赛(IBDC),晋级成为前三名获奖队伍之一。

Team Ace得奖作品——Orchard Hills(见上,模式图)的设计概念具鲜明的环保意识,建筑物本身能自给自足,可持续发展。(图/Team Ace)

一年一度的国际建筑设计比赛是由新加坡建设局(BCA)联合新加坡国立大学(NUS)、南洋理工大学(NTU)、新加坡理工学院(SP)和新加坡科技设计大学(SUTD)共同主办的。去年的设计主题是“可持续发展的智能城市”——强调亲生态和智能建筑的优势。

王溢惠和其他参赛队伍的经验突显了新加坡建筑环境业所面临的难题,它必须借助数码工具来应对后冠病疫情的世界,增强建筑领域的韧性,推动它的转型及另辟新径。

用数码打造更优质建筑

参加竞赛的团队必须在义安城后方的指定地点,创建出一个富想象和多功能的综合性产业项目。他们必须借助数码工具,对土地进行分析、发展并优化设计,甚至进行模拟建造,以便在时间与成本上求取平衡。

参赛队伍利用谷歌地图、公共数据如天气记录和制模软件,各自制成一个包含了选址周围环境的三维数码模型,同时提供测试,说明该地点周围的客观因素将如何影响其建筑设计。

有了这些数码工具,参赛队伍可灵活修改设计以取得最佳版本,他们可以加强风流量及通风度,也可以为该建筑的某一空间增加光线或提供遮影,然后再从中选出最佳设计——对用户和环境的最理想设计 。

Team Ace制作的Orchard Hills绿色建筑与自然生态融为一体,以各种绿色植物点缀建筑的栏杆、空间和商场阳台。(图/Team Ace)

Team Ace的国大建筑系学生朱维婕(25岁)说:“有了初步设计后,我们使用一个叫grasshopper的软件生成不同的版本,以达到我们对建筑总面积、单位的类型及数量等方面的要求,这也包括我们对通风度的考量,以及如何为住户和访客提供最佳视野。”

新加坡理工学院建筑系学生符静晰(22岁)是另一得奖组Team Ardent的队长,他的七个队员来自新加坡理工学院、国立大学和南洋理工学院。他说:“我们把各版本设计置入所创造的数码景观图中,检视该设计是否适合环境需求,我们也模拟了周边建筑所投射的阴影,找出在不同天气里,该建筑各部位所接收的阳光和风雨。”

2020年国际建筑设计比赛得奖队伍Team Ardent,善用数码工具探索各种环境因素如阳光、风力及阴影的投射等因素对建筑设计的影响,以制作出最理想的设计。(图/Team Ardent)

此外,数码化建筑也能作压力强度测试,以检测建筑设计是否有问题。例如Team Ardent的最初设计,建筑里的各项娱乐设施空间都很大,但模拟建筑显示这需要用巨大和不切实际的圆柱来支撑上方建筑的重量。因此,他们选择将娱乐设施修正为较小的空间。

参赛队伍在单一建筑信息模型(BIM)系统上,把从绘测图到机电工程服务的各种建筑设计整合起来,各队也标记了所有需要仔细考量的矛盾点,例如假天花板上得留有足够铺设水管电线的空间,但同时又得确保室内有适当的净空高度。

Team Ace的土木工程系学生邢达(22岁)说:“有很多事如计算柱子及横梁的负荷力等,虽然也可以用人工计算,但这样做即便是小型工程也很耗时,更何况我们当时所进行的设计相当复杂。”

邢达补充说:“数码工具不但省时省力,还能将一些设计流程自动化。比如当我们对建筑的某一部分进行修改时,其它和这部分相关的设计蓝图也会自动更新。这不但缩减了整个设计流程,同时也能确保每个队员都能统一使用最新的设计版本。”

 “数码工具不但省时省力,还能将一些设计流程自动化。比如当我们对建筑的某一部分进行修改时,其它和这部分相关的设计蓝图也会自动更新。这不但缩减了整个设计流程,同时也能确保每个队员都能统一使用最新的设计版本。”——新加坡国立大学土木工程系学生邢达,22岁(Team Ace )

即使到了建构阶段,数码工具也能让建筑业者依据当时的机器与人力,来权衡不同阶段所涉及的利弊效益,并做出更明智更完善的决策。

Team Ardent的队员,新加坡理工学院建筑系的劳佳敏(21岁)说,“数码工具在疫情期间显得特别重要,它让我们可以应付日趋复杂的工程、解决问题,以及探索建筑环境业里的各种商机。”

Team Ardent 是2020年国际建筑设计比赛获奖队伍之一,队员来自新加坡国立大学、新加坡理工学院和南洋理工学院,学生们在疫情期间通过数码化作业方式,共同完成参赛作品。(图/Team Ardent)

推动数码化

当新加坡迈入后冠病时代,数码化将是建筑环境企业安全地重启业务,把握未来新机的关键。

盛裕控股集团(Surbana Jurong)首席绘测师黄念慈(47岁)是2020年国际建筑设计比赛的评委之一,他认为企业数码化对我国迈向可持续发展的愿景至关重要。

 “培训是转型的关键。学生们已经在课程中学会如何使用数码工具,而对于30岁以上还不熟悉这类数码工具的业者而言,我们得为他们提供目标性的培训。数码化作业将彻底改变人们的思维和作业方式。” ——盛裕控股集团首席绘测师黄念慈,47岁

他表示:“一栋建筑建成以后,有关的数码蓝图仍可作为日后维修和翻新的资料依据。新加坡正大力推动亲生态的绿色建筑,业主得经常为产业进行翻新。我们就有一些案子因无法取得该建筑的完整资料,而导致各种下游问题。” 

2020年国际建筑设计比赛获奖团队Team Ardent借助于数码工具,有效地掌握了大自然因素如光线,对其建筑与设计所产生的影响。(图/Team Ardent)

数码工具不仅对建筑业者非常实用,政府机构也能根据相关的数据记录去追踪各类型的建筑,找出它从兴建到拆除整个周期年限中的碳排放量。黄念慈说:“我们能透过虚拟的建筑模型去了解该建筑所使用建材的种类和用量,这样就能更具体地测出相关的碳排放量。”

早在新冠疫情爆发之前,未来经济委员会的建筑环境业小组就已经制定了多项改善建筑领域的计划,它特别着重的关键领域包括制造和装配设计技术、整合性的数码化交付和绿色建筑等等。

为全面实施企业数码化,该小组为各行业制定数码化计划以协助中小型企业提升,建立数码化的基础设施、功能与准则,并透过促进数码创新来加强交付服务、促进增长。

制定行业标准

新冠疫情对本地建筑环境业带来重大打击,它暴露了当前建筑领域的弱点,如工作流程和过度依赖外来劳力。然而疫情也带来转型的机会,它促使建筑领域加快数码化进程,而如今已有越来越多的公司和组织愿意投入资金,为企业进行数码化转型。

为把握时机,越战越勇工作小组(EST)呼吁群策群力行动联盟(AfA),为建筑环境业制定全面性的“通用数据环境数据标准”(Common Data Environment Data Standards),通过可共同操作的数码平台,整合价值链上的复杂工作流程。与此计划相辅相成的其它举措包括积极争取实力用户支持制定的标准,例如凯德集团、城市发展集团等。制定数据标准的目的,是为鼓励更多业者使用符合标准且经过认证的数码平台,借此提高价值链上其它合作伙伴的数位素养(参阅下文“越战越勇”)。

黄念慈说明,有共同标准并使用可共同操作的软件将大大提高彼此协作的效率。“目前一般绘测师都会选择方便自己操作,也方便向客户呈现的制图程式,而负责机电工程服务的公司则因所需功能不同而选择用不同的程式,这样一来就造成程式无法兼容的问题。”

“有些制作团队会通过讨论以确保用不同软件制作的图样和模型能够整合,但并非每个团队都会这么做。我们非常需要有一个共同的标准和数码平台,唯有这样,才能全面发挥数码化建筑的潜能。”

他又说,像这样的标准化模式,应进一步扩展到作业程序的细节上,诸如文件命名方式,以及网格线的绘制方法等。它类似国际标准化组织(ISO)19650制定的标准,使用建筑信息模型(BIM)信息管理方式,对所有建筑产业从兴建到拆除的整个周期,进行统一管理。

他也表示,由于在新加坡的许多设计公司、工程师和绘测师,其工作范围都是属于区域性或全球性的,政府机构与其他机构的协作也应该以国际标准为主,而非本地标准。

2020年国际建筑设计比赛得奖作品:Team Ardent的 “An Inquiry of Neo-Typologies”《新类型探索》展现了未来智能城市的模式,现代的高科技功能,包括无人机传送系统、自动泊车系统和电子竞技场(上图为模拟图)。(图/Team Ardent)

他指出:“培训是转型的关键。学生们已经在课程中学会如何使用数码工具,而对于30岁以上还不熟悉这类数码工具的业者而言,我们得为他们提供目标性的培训。数码化作业将彻底改变人们的思维和作业方式。”

他补充说:“再说,新加坡是实行数码化的领先国家之一,这在很大程度上得归功于政府的努力,然而这种领先的优势很快就会被超越。我们必须更加努力,必须让数码化成为建筑环境业的主流,并且成为每一个人的生活方式。”


越战越勇

为协助受新冠疫情影响的个人和企业,越战越勇工作小组通过所筹集的资源,帮助国人在疫情后把握新机,重新出发。

越战越勇工作小组推行的其中一项计划,是成立新加坡群策群力行动联盟。这个联盟由业界牵头,与新加坡政府合作,为具备商机的领域拟定解决方案,并迅速采取行动,先试行原型后再进行优化。

以未来经济委员会之建筑环境业小组的努力为根基,越战越勇工作小组设立了建筑领域专属的行动联盟,以促进该行业的数码化转型进程,并加强建筑领域的韧性,以抵御外来因素所构成的威胁和打击。

在与新加坡建设局、资讯通信媒体发展局(IMDA)以及裕廊集团(JTC Corporation)三大机构的密切合作下,群策群力行动联盟推出了通用数据环境数据标准(Common Data Environment Data Standards),也设立了建筑环境业数码化联盟(CfBED),CfBED是一个以推展数码化应用和提高数位素养为主导的行业数码合作伙伴。

迄今为止,群策群力行动联盟已通过CfBED争取到300多个主要业者加入联盟,并另外获得25个承诺项目。在各公共部门和主要私营业者的专业协助下,群策群力行动联盟正努力地为建筑环境业创建未来,引导行业迈向数码化建筑,加强其韧性和可持续发展性,并提高其生产力 。

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这是“新加坡人坚韧抗疫系列”六篇之末篇,报道在目前饱受冠病疫情冲击的大环境下,国人如何团结起来把握新契机。

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【本文由越战越勇工作小组联合呈献】这是坚韧新加坡人系列的六之六,阐明国人如何在冠病重塑的大环境下团结起来把握新契机。

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