张维：工业4.0视角下的建筑创作探讨

清华大学建筑 设计研究院工程咨询与建筑策划所所长 张维博士   

我是在第一线做工程的设计师，想讲一下一线工程设计行业如何思考，以及工业4.0下的建筑行业影响。工业4.0就是利用物联网信息系统，将生产中的供应制造与销售信息数据化、智能化，达到快速、有效、个人化的产品供应。如果用关键词归纳一下，便于记录的话，就是五点：互联、数据、集成、创新、转型，最重要的是从大批量转向个性化定制的转型。智能化建造跟建筑工业化主题密切相关，包括五个方面：产品智能化、装备智能化、管理智能化、服务智能化、生产方式智能化。

工业4.0这个命题对建筑设计行业、对设计师有什么影响？可以归纳成六点：应用计算机模拟大行其道、预算化设计、数字建造在工程中的应用、建筑互联网、建筑信息模型、智能化。

首先是计算机模拟。举个例子——上海国家会展中心，是由我们院和华东院一起合作完成的，这个项目太重要了，在上海虹桥机场旁边，机场气流环境非常复杂，必须得用计算机模拟才能推进下一步的设计。

预算化设计是指通过多样性的元素、参数改变形体、空间设计方式，来进行设计的推进。包括每个数据的收集、系统运算与分析融合到设计中每个环节。我们的设计方式也在随之发生变化。数字建造方面，涉及建筑建造工业化、标准化、大构件在车间里生产合理、精确。数字建造在大型建筑里，特别是会展建筑、超高层建筑、机场航站楼中会大量应用。建筑互联网是指用建筑内部各系统与我们生活的城市互联网联合在一起。建筑信息模型是一个管理手段，也是一个平台和工具。智能化指如何实现云端，自动化、智能化运行，从设计、施工等各个阶段进行高效利用。

我们作为一个产学研平台，更多以研究为先导，以案例带动研究，下面我会简单介绍几个案例。第一个案例是刚刚提到过的上海国家会展中心。这个项目是世界上最大的单体建筑，总建筑面积147万平方米，40万平方米展厅，10万平方米的室外展场，同时还有18万平方米的办公，15万平方米的商业和7万平方米的酒店。这个项目里还有一个复杂点，它有两条地铁线从下面通过，所以我们做这个建筑必须得与两条地铁的建设同时进行。

在这个项目的设计过程中，通过计算机进行气流的模拟，通过CFD风环境的模拟等得出我们的设计结论，也就是房子要设计成什么样、流线要怎么组织等等。交通是整个项目的生命线，所以要对交通情况进行大量模拟。因为项目用地太紧张，所以这也是世界上极其少有的双层展厅的布置。这个项目整个都是工业化完成的，结构周期完成的更短，147万平方米的项目，结构周期用了11个月全部完成。

BIM模型必须经过大量的分析、预算、计算之后，才能保证在这么短时间内完成我们的设计和施工。项目建成之后，第一个活动是上海车展，总共97万人参加，人数远远超出我们的预料。第二个活动是医疗展，当天有20万人参加。人的舒适度的问题很重要，因此我们把夏季侧送风和水平温度分布、冬季侧送风和水平温度的分布进行了多重模拟比较，得出软通空调输送方式。项目中的超高展厅是目前世界上最大的展厅，从来没有人做过这么大的展厅的空调，后来我们通过进行大量模拟，包括用多种模拟方式推进了模拟设计。项目中有一个2.6万的单层展厅，疏散怎么做，也是通过计算机模拟、BIM软件、协同平台得出的结论。现在上海国家会展中心可以做到10万人以下基本不联动，10万人以内的展览都不需要出动当地公安，人群自己就可以疏散。

中央控制室控制的不仅是消防，也控制安全，同时控制所有电力设施、生命线设施。现在去各大展会，进门时不需要票了，要刷微信、二维码，会进行登记你到哪个展厅去、看什么、行业是什么，根据你的手机号反过来查到你的地域。这就是人和建筑发生了关系，人在建筑里面走能追踪这个人，能够根据你的兴趣爱好布置每个展厅的空调量等。通过对电力的控制、消防的控制、对展厅的控制实现智能化，人多时灯就亮，人少时灯就暗，这就是通过智能方式来控制，监测内部光源活动，智能化控制照明。

第二个我想谈的案例是北京菜市口220千伏输变电站附属设施。北京二环内小锅炉太多，为了环保，市政府要求所有小锅炉停运，全部进行煤改电工程，用电供暖。修供电站非常麻烦，第一必须修围墙，跟周边的城市隔绝。但如果这么盖，周边老百姓也不同意，电力公司也不同意，因为电力公司没有收益。还有第二种办法，就是建地下变电站。但电力公司也不会同意，因为国家电力公司不可能做公益，这时候就要讲求经济利益上的平衡。第三种办法是建一个大房子，但规化委又不同意。如何解决这三个问题？1、通过形体塑造，地上地下变电站整体设计，变电站作为一个电力科技博物馆对公众开放。2、上面形体一定要进行退让。这个项目去年已经建成，跟周边城市环境比较融合。它是一个工业设施，通过绿色能源提供电力给周边供电。地下变电站200千伏，也是第一个用BIM技术做的变电站，与北京电力设计院合作设计，通过控制平台控制电力、调度，和周边智能电表、街区发生关系，这也是我们建筑互联网非常重要的一个命题。

通州运河项目中工业4.0的各种新技术也对设计起到了很大的辅助作用，可以帮助设计师对项目的水网进行梳理，梳理之后分析得出可能采取的建设形式。通过运算化对地形进行分析，如何把河道和路网、水网进行交织，然后分析出可能的深层方式，包括对公园、绿地的可达性进行分析，最后通过运算化分析之后能够得出可能使用的一些模式。

还有东北大学文化楼项目。东北大学建筑学院是梁思成先生建造的，这个项目周边的楼已经盖好了，同时还有很多大空间、小空间的要求。建筑系学生比较活泼，所以在设计时要能够感到人在里面的流动。因此我们进行了大规模模拟，把空间叠落生成状态，把建筑转了两个角度，让人可以从中间穿过去。采取这种做法，是因为这个项目的东北角是地铁站和主校门，西边是公寓，如果让学生围着建筑走，就达不到教育的意义了，我们希望学生和建筑发生关系，通过打开一个通廊让人能够穿行，建筑系的学生也能开展丰富的活动。此外，我们还做了很多很有趣的空间，包括凸窗、室内空间的大中庭、小中庭等。

综上所述，工业4.0现在是主导，是不可避免的潮流。在工业4.0的大背景下，应用计算机模拟、预算化设计、数字建造在工程中的应用、建筑互联网、建筑信息模型、智能化这六个方面，将会对整个建筑行业以及建筑师的工作带来巨大影响。