达索系统：建筑工业化的虚拟孪生之路

寂静回声

2017年，麦肯锡发布的一份行业报告引发了建筑领域的广泛震动。报告显示，过去几十年间，建筑工程建造行业的生产率不升反降，与制造业等持续提升的行业形成强烈反差。这一数字背后，折射出一个不容忽视的现实：在数字化转型的浪潮中，建筑行业已明显落后。

在AECtech 2025年度大会上，达索系统CATIA全球销售总监Jonathan Asher和SHoP建筑事务所的John Cerrone为我们展示了这条道路的全貌。Jonathan Asher现任达索系统产品经理，但在加入达索系统之前的十年里，他曾是蓝天组（Coop Himmelb(l)au）的一名计算设计师。他参与过许多复杂的建筑项目，并在知名的幕墙工程公司Zahner担任过幕墙工程师。
而John Cerrone则是SHoP建筑事务所的核心人物。SHoP一直以挑战传统建筑实践的边界而闻名，他们不仅关注建筑的形式，更关注建筑是如何被制造出来的。这次演讲的核心，就是探讨如何通过数字化工具，实现设计与执行之间的深度合成与无缝对接。

随后的演讲中，两人共同展示了从2009年巴克莱中心项目至今的数字化进化史。这是一段从V5版本到3DEXPERIENCE平台的跨越。他们不仅展示了标志性的建筑作品，更揭示了隐藏在这些作品背后的、如钟表般精密运作的数据流动和制造流程。
AECtech大会已经走过了十三个年头，从2013年的两天会议发展成为今天为期一周的综合性盛会，包括研讨会、26小时黑客马拉松、虚拟和现场工作坊、技术参观和社交活动。这个由Thornton Tomasetti CORE工作室主办的活动，已经成为建筑、工程和建造技术社区最重要的年度聚会之一。



以下是Jonathan Asher和John Cerrone演讲的大致内容：
大家早上好，很高兴能站在这里。在正式介绍John Cerrone以及SHoP建筑事务所那些令人惊叹的工作之前，我想先花三分钟时间谈谈达索系统。我要向大家解释，为什么一家做飞机的公司，其技术会对建筑界产生如此深远的影响。
我叫Jonathan Asher，目前是CATIA团队的一员，在达索系统已经工作了十年。但在那之前，我和在座的各位一样，是一名建筑师。我曾在维也纳的蓝天组工作，使用CATIA处理过许多非常有趣的复杂项目。后来我也曾在Zahner工作，那段幕墙工程的经历让我受益匪浅。


这些跨越设计、工程与软件开发的经历让我意识到，建筑行业亟需一场逻辑底层的彻底变革。今天我希望与诸位探讨的核心命题只有一个：如何打破设计与执行之间的隔阂。我们要做的不是在现有的破碎流程上贴补丁，而是要实现设计意图与制造逻辑的彻底合一。
这场变革的本质，是重拾一种被数字化力量武装后的“数字工艺”。这种工艺要求我们像制造精密钟表或跨洲航行的飞机一样去思考建筑。通过这次演讲所进行的深度复盘，我将带大家透视那些标志性项目背后的底层算法，揭示如何将抽象的建筑理想，转化为物理世界中分毫不差的真实存在。



达索系统的历史可以追溯到1981年，它是从达索航空公司分离出来的。达索航空是一家制造飞机的公司，这个背景对理解我们的技术至关重要。1989年，我们与波音公司合作，建造了世界上第一架数字化、无纸化的飞机。几年后，我们发布了CATIA V5版本。
第一个使用CATIA建造的标志性建筑是弗兰克·盖里设计的古根海姆博物馆。最近，The B1M制作了一部关于这个项目的精彩纪录片，我强烈建议大家去看看。那个项目真正展示了数字化工具如何让看似不可能的建筑设计变成现实。


2012年，我们发布了3DEXPERIENCE平台和CATIA V6，引入了PLM产品生命周期管理的概念。到2020年，我们的应用领域扩展到生命科学，开始构建人体的虚拟孪生模型。现在，我们正在向3D UNIV+RSES迈进，这正是John Cerrone即将讲述的内容。
达索系统的核心是3DEXPERIENCE平台。在这个平台上，我们有多个品牌，为不同行业提供不同的解决方案。我所在的CATIA组织专注于3D参数化建模，但我们还有专门用于施工、仿真和项目管理的品牌。这些解决方案服务于十二个行业，包括汽车、航空航天、造船、高科技、消费品，当然还有建筑、工程和基础设施。所有这些都基于同一个3DEXPERIENCE平台，这是一个通用数据环境，能够聚合项目所需的所有信息。

当我们谈论 CATIA 的 AEC 解决方案时，我经常会遇到这样的疑问：它与市面上常见的建模软件究竟有什么本质区别？为了回答这个问题，我们需要引入四个核心维度：智能化、模块化、生成式以及连续性。这四个词并非营销术语，而是我们用来重构建筑思维的四个力学支点。
首先是“智能化”。在我们的语境下，智能意味着一种系统化的设计方案，而非孤立的几何堆砌。先建立整体图景，每一个构件都必须理解它在整体系统中的角色。一个智能的门窗构件不仅知道自己的长宽高，还知道它与墙体的连接逻辑、受力极限以及安装顺序。
其次是“模块化”。作为天生的装配式建模工具，CATIA 强调的是一种层次分明的继承关系。建筑被拆解为子系统、组件、零件，就像生物体的细胞组织。这种模块化让我们能够构建大型装配体，并在不同的项目间复用这些成熟的工艺逻辑。当你修改一个底层的接口参数，整个大系统的成千上万个零件会根据预设逻辑协同演变。
紧接着是“生成式”建模的威力。我们所说的生成，远不止是简单的算法随机，而是基于约束条件的精确推演。通过预设物理性能、成本和可制造性的边界，系统可以自动探索出最优的几何形态。这种从单纯的“手动绘制”到“规则定义”的跨越，极大地释放了人类处理极端复杂问题的生产力，让设计师能专注于更高维度的决策。
最后是“连续性”。这涉及到产品的全生命周期管理，从最初的概念方案到细致入微的制造模型，再到最终的设施运维，数据流始终是闭环且连续的。我们坚持 IFC 兼容性，确保 3DEXPERIENCE 平台作为一个集成所有项目要素的公共数据环境，能够汇交并处理来自不同维度的行业信息，从而真正消弭协作过程中的数字断层。
我们在所有建筑和基础设施领域都有相当广泛的功能覆盖。我们兼容IFC格式，可以与许多不同的文件格式集成。我们与一些真正标志性的客户合作过标志性的项目，包括扎哈·哈迪德建筑事务所的Henderson项目。
许多模块化建筑商正在转向我们的平台，以优化其制造流程。这种转变正在重塑整个建筑行业的面貌。尤其是像Zahner这样全球领先的幕墙制造商，他们正在利用这些工具建造世界上最复杂的项目。现在，我想把话筒交给John Cerrone。


谢谢Jonathan，也感谢达索系统。站在这个舞台上，面对这么多懂技术、懂流程的“同类”，我感到非常兴奋。我想分享的是关于设计与执行的综合过程。这不仅仅是关于美学，更是关于我们如何在这个日益复杂的世界上，把伟大的想法变成现实。
正如Jonathan提到的，SHoP建筑事务所的旅程始于大约20年前。我们旨在理解并消除建筑实践中日益扩大的鸿沟。一边是理论家、思考者和学术派，另一边则是技术专家和细节控。在我们的哲学里，这种划分是错误的。我们认为优秀的设计必须同时涵盖这两者。

我们的项目规模各异，从小型装置到全球性的地标建筑。但无论规模大小，有一个共同点始终不变，那就是我们对物体是由什么制成的，以及这些材料是如何被生产出来的有着近乎偏执的关注。这种对硬件、物流和技术的关注，是我们工作的核心驱动力。
作为建筑师，我们自认为是“技术爱好者”，但这完全是出于对设计的追求。整个建筑行业目前仍在进行一场关于创意与执行的古老游戏。我们面临的挑战始终是如何将复杂的设计蒸馏成一个个零件和组件，并让它们最终完美地组合在一起，成为一个整体。
我们可以从其他行业中汲取经验，在其他工业领域，零件、组件、装配体与整体设计之间的层级关系是非常清晰的。这种层级结构不仅仅是物理上的，更是沟通和组织上的。通过精确的工具，我们可以建立起一套严密的表达系统，将设计意图准确地传达给工厂。
这些早期的探索让我们意识到，建筑师可以像设计工业品一样去设计和制造建筑。当我们真正深入到制造端时，沟通模式发生了质的变化。我们开始形成一种“数字工艺”的概念，这不仅仅是绘图，而是一种对具体行动和精确规格的数字化掌控。
这种数字化的精准度具有深远的物理和社会意义。当你移动一个数字产品时，你必须实时获得关于它是如何被生产的反馈。这包括制造公差、材料性能以及接口的适配性。这种循环在每一个项目中都在不断重复，正是这种实时反馈确保了高保真度和高质量的产出。
物流信息也被嵌入在这些数字模型中。我们应该了解每一个零件。它是否需要切割？是否需要铣削或折叠？通过构建这样的工具，我们能够加速实时的设计决策。昨天和今天早上的会议主题也提到了这一点，全行业都在经历这种实时工具的融合与加速。
麦肯锡的一份报告曾经指出，建筑行业的生产力在过去几十年里持续下降。这对于我们所有人来说都是一个警钟。但我持乐观态度。我们有机会不仅是从其他行业借用成熟的技术，更是去加速和嵌入这些技术，从而在实时设计中实现前所未有的突破。

这场旅程可以追溯到2009年的巴克莱中心项目。如果你想以其他行业那种精密程度去处理建筑的复杂性，你就必须使用和他们一样的工具。在三年的设计与建造周期中，我们面临着极其苛刻的场地限制，比如场地下方就是布鲁克林密集的地铁线，几乎没有施工堆场。
那个时候，草图大师（Grasshopper）才刚刚问世。我们在平衡各种工具的同时，开始构建硬编码的建筑模板。通过脚本语言，比如EKL，我们将设计信息转化为工程模板。每一处微小的设计变动，都会自动触发下游工程数据的更新。这在当时是一个巨大的进步。
实时探索成为了可能。当有人问我们需要订购多少钢材，或者需要什么规格的板材时，我们不再需要等待数周。给我们一周时间，我们就能完成排版嵌套，并生成水刀切割文件。我们甚至建立了可视化的界面，在2010年就开始实时跟踪每一个构件的状态。
当巴克莱中心的已成过去，我们意识到自己已经拥有了一张清晰的路线图。从那以后，我们决定为每一个项目都建立虚拟孪生。我们希望在设计的瞬间，就能校准硬件，并与工程师和承包商进行实时的协同。2013年，我们成为了3DEXPERIENCE平台的首批云端用户。

云端系统的魅力在于它极大地减少了沟通摩擦，信息不再是碎片化的，而是所有人都能实时访问的共同财富。这让我们可以从宏观的城市尺度，迅速下钻到一个雨幕组件，甚至是某一个特定的零件。这种“十倍级”的尺度跨越，是传统软件难以企及的。
我们的方法论可以概括为“线框驱动”。先用轻量化的线框系统描述逻辑，然后将专家经验模板化地应用到这些逻辑之上。这种方式让我们的小型团队能够处理包含数百万个零件的复杂项目。这是一种对精力的重新分配，让我们更多地关注系统本身，而非暴力计算。

通过云端平台，信息的获取模式从“推送”转变为“拉取”。自动化取代了人力蛮干。我们可以创造出一种类似于宜家组装的建筑模式。虽然当前的供应链成熟度仍有待提高，但如果我们理解机器是如何运转的，我们就能在设计阶段提前解决那些物理上的约束。

高保真和高精度的设计不仅体现在视觉效果上，更体现在制造流程中。我们最初在幕墙系统中磨练了这些技术，但很快发现这些逻辑是跨尺度的。无论是结构系统还是机电系统，只要我们将物理约束模版化，就能释放出巨大的生产潜能。
这种方式甚至改变了我们对供应链的看法。通过技术平台，我们可以管理极其复杂的物流编排，而不需要完全实现垂直整合。这意味着我们可以访问分布式的全球供应链，只要大家都遵循同一套数字语言。这种协作的精确性是实现高质量建筑的保障。


当然，所有的数字化模拟最终都要回归到物理世界。我们必须通过实际的建造来校准我们的数字系统。比如我们在布鲁克林的一个联排别墅原型，虽然面积不大，但它是一个极好的实验室，让我们测试工业化流程在居住空间的适用性。


在那次实验中，我们发现由于极其精准的预制和物流计划，我们可以在一天之内堆叠完整个别墅，甚至不需要关闭建筑周边的一条行车线。到了下午四点半，大家喝咖啡庆祝完工时，现场甚至没有一个用来扔垃圾的大型垃圾桶。这才是真正的工业化效率。

随着我们开发出能够处理更大数据量和更复杂物流的工具，我们开始运行更多的工业化实验。比如我们与Thornton Tomasetti（TT）合作，利用增材制造和生物基材料来研究建筑组件。我们试图让建筑构件变得更加“固态化”，从而减少材料的浪费。
通过这种“工业化思维”，我们在设计的同时就能进行实时的性能优化。我们可以利用拓扑优化工具对地板组件进行减重。虽然这些结果最终仍需要结构工程师的审核，但在设计早期就能获得这种关于材料利用率的科学建议，其价值是不言而喻的。


这种能力甚至将我们带入了一些边缘领域，比如设计太阳能充电站产品。我们需要理解每一个零件如何在工厂车间里流动。通过建立拓扑逻辑，设计可以实时响应环境因素的改变。这种从产品到建筑的逻辑迁移，正是未来建筑师需要掌握的核心技能。

再比如我们与TT合作的模块化数据中心。英伟达可能随时发布新的芯片，改变机柜的尺寸。如果我们的设计是柔性的、参数化的，我们就能实时更新模型，并将其同步给全球的制造商。这种没有保真度损失的实时协作，彻底消除了传统流程中的信息滞后。


这种快速迭代的能力，让我们能在几周内完成原本需要数月甚至数年的原型开发。从基础设施、桥梁到学校和儿童发展中心，这种逻辑正在被应用到各种建筑类型中。我们不仅仅是在设计场所，我们更是在设计制造这些场所的“产品”。
最后我想谈谈正在悉尼建造的Atlassian总部大楼。这将是世界上最高的木结构项目。它拥有极度复杂的系统：钢结构外骨骼、混凝土核心筒以及内部五层高的木结构村落。从汽车充电站到这座巨型建筑，其背后的逻辑其实是完全一致的，都是对制造流程的极致掌控。



在这些宏大项目的推进过程中，我们正在构建能够实时理解数百万个零件的工具。设计不再仅仅是一项关于美学的练习，而是一项全球性的协作工程。在过去的一年里，我们开始尝试从这些庞大的数据平台中摄取知识，去理解隐藏在文件深处的逻辑。
大家最近都在讨论人工智能（AI），但在我看来，现实意义在于知识图谱（Knowledge Graphs）的应用。我们看过了太多的模拟和可视化，但未来的核心在于这些模拟将实现真正的实时化。视觉效果虽然重要，但它只是我们与数据进行交互的一种媒介。


我们正进入一个基于“如果-那么”（If-this-then-that）逻辑的数据时代。这是一个数据集合理化和互联化的过程。这种逻辑不仅存在于计算机屏幕上，它将直接进入物理世界的生产线，指导我们如何操作、制造、建造，以及在未来如何管理这些设施。
我一直对这些工具的加速发展感到兴奋。能够参与到这样一群顶尖技术专家的网络中，共同见证并推动这种变革，是非常荣幸的事情。我们不仅是在改变建筑的设计方式，更是在重构人类建造世界的基本法则。谢谢大家。



主持人：John，你提到了在巴克莱中心项目中使用脚本语言和模板。对于那些现在想尝试这种流程的小型事务所，你有什么建议吗？
John Cerrone：我建议从小处着手，但要带着系统性的思维。不要试图一次性解决所有问题。你可以先尝试将一个重复性很高的细节——比如幕墙的连接件——进行参数化模板设计。关键在于你要理解背后的物理约束，而不仅仅是画出一个漂亮的形状。
Jonathan Asher：我补充一点。现在的小型团队其实更有优势，因为你们没有沉重的历史包袱。利用现有的云端平台，你们可以获得以前只有大型企业才能拥有的计算能力。就像John说的，这种精力的重新分配，能让你们在更小的团队规模下完成更复杂的任务。



主持人：你们在演讲中多次提到“工业化思维”。这是否意味着建筑师会变得越来越像工业设计师？
John Cerrone：在某种程度上，是的。但这种融合并不意味着建筑师失去了艺术性。相反，当我们不再被繁琐的低级重复工作束缚时，我们才有更多的精力去思考空间的本质。理解制造过程是为了更好地实现设计意图，而不是限制它。



主持人：Jonathan，关于达索系统在生命科学领域的探索，这与建筑有什么潜在的联系吗？
Jonathan Asher：这是一个非常深刻的问题。其实无论是人体还是建筑，其本质都是极其复杂的系统。我们对人体虚拟孪生的研究，让我们学到了如何处理这种极高密度的动态数据。这种处理海量相互关联信息的能力，正是解决未来巨型城市建筑难题的关键。
John Cerrone：我完全同意。当我们开始把建筑看作一个生命体，而不仅仅是一个静止的盒子时，我们对材料性能和能源流动的理解就会完全不同。这正是虚拟孪生最迷人的地方，它让我们在现实发生之前，就能感知并优化未来的结果。



回顾Jonathan Asher与John Cerrone的演讲，我们不难发现，建筑行业正在经历一场从“工匠经验驱动”向“精密数据驱动”的科学转型。这不仅仅是更换了绘图工具，而是整个思维范式的彻底重组。正如科学家对待问题那样，我们要剥开层层表象，直抵问题的物理核心。
从达索系统的航空基因到SHoP建筑事务所的工艺实践，这种结合展示了一种可能性：建筑可以像精密仪器一样被设计和制造。通过3DEXPERIENCE平台这种统一的数据环境，每一个零件、每一次物流运输、每一处物理约束都被纳入了严密的逻辑体系。


未来的建筑师将不再是孤岛上的绘图员，而是复杂系统的编排者。我们要学习如何与数据对话，如何利用知识图谱将碎片化的信息编织成智慧。只有这样，我们才能在生产力持续低迷的行业现状中，寻找出那条通往高效与卓越的突围之路。
这是一场关于勇气与智慧的远征。无论是像Atlassian总部那样的摩天大楼，还是像太阳能充电站那样的工业产品，其背后对数字化的坚守和对制造逻辑的尊重，都将成为定义未来建筑文明的重要刻度。让我们在这个充满可能性的数字化时代，继续保持对科学研究的严谨与对创新的热忱。