建筑設計計算機運用當前狀態及思索

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[摘要]我國的計算機輔助建筑設計起步較晚，最早的應用可追溯到1958年，總體而言，知道上世紀90年代才開始在各大設計院推廣應用。經過幾十年的發展，計算機輔助建筑設計無論在設計表達還是在輔助進行設計構思過程中正發揮著越來越重要的作用。CAAD技術將向著集成化、智能化、標準化、宜人化的方向發展，它將成為建筑師在建筑設計的整個過程越來越不可缺少的得力助手。

[關鍵詞]建筑設計計算機CAAD輔助設計

計算機輔助設計（ComputerAidedDesign，簡稱CAD）是一種輔助人們進行設計的智能工具，它把人類的善于學習聯想以及富于創造性的優點與計算機運算高速、精確、存貯量大的特性結合起來，通過人機交互技術融為一體，讓人和計算機之間進行信息交流，相互取長補短，從而使兩者的優勢都得到了充分的發揮。計算機輔助建筑設計（ComputerAidedArchitecturalDesign，簡稱CAAD）是這對建筑設計專業的需要而發展起來的CAD的一個重要分支。從廣義上來說，CAAD系統的應用范疇囊括了從建筑設計問題的提出、可行性研究、總體規劃、初步設計、技術設計、施工圖繪制、設計文件、圖表制作、施工計劃制定與事實、房屋建成后的管理、維護、設備的更新換代等等，直至建筑最終被拆除的全過程。從狹義上講，CAAD系統僅僅局限于建筑設計過程中的計算機輔助設計，而不包括設計前期的調研和相關的可行性研究，以及建筑建成后的計算機輔助管理過程。

一、計算機輔助建筑設計的特點及應用現狀

1．計算機輔助建筑設計的特點

在一般的建筑設計中，建筑構思的過程通常包括策劃、方案設計、初步設計、深入設計，施工圖設計等幾個階段。首先在充分理解了建筑主題和要求的基礎上，提出初步的設計構想，并對此不斷地豐富和完善，對可行性進行反復推敲和評測。從而不斷改進形成最終的設計圖。從對設計理解到形成一個可行的設計方案，這中間不僅完成抽象概念到具體模型的轉化過程，也是一個整個思維的修正過程。如何能將抽象化思維化的東西用具體的實物表現出來，讓人們能夠對他進行研究和修改呢？傳統的方法是建筑模型的構建，把設計師的構想，用模型的形式制作展示出來，但從最初的設計到最終的完善，要經歷無數次的修改，模型的反復制作必定是一個復雜而繁瑣的過程。計算機技術的發展，為我們很好的解決這個問題，提供了基礎。眾所周知，計算機圖形設計及建模技術已經廣泛的應用于各個領域。利用計算機3D模型的建立，不但可以真實的反應出設計者的思路，也可以不受角度的限制全方位的進行修改和校正，同時大大省去了反復制作模型所占用的時間，使設計者可以專于構思，高度的真實效果，更有助于激發設計靈感和完善設計結果。

隨著計算機輔助建筑設計的優勢計算機軟件技術功能的逐漸強大，也有效的解決了建筑設計過程中很多從前無法定量的問題。要素的定量化分析可以成為建筑師進行設計時的一種非常有效的手段，因為在一個信息化技術為主導的理性化的時代里，只有它可以是建筑師處于緊緊把握藝術要求的境地。隨著建筑設計的發展，建筑師需要越來越多的和其他專業方面的人協同工作，協同工作的前提是交流，而交流的前提是相互理解的語言。定量化的方法給予建筑師在與工程師、經濟學家等關于數字打交道的人士貫徹自己的意圖。數字可表明的依據往往要比憑感覺而不能核查的論證能期待獲得大得多的反響。使建筑師的必要要求將比以前更經得起推敲。

計算機輔助建筑設計具有其獨特的優勢，因此在綠色建筑設計的整合設計中，計算機能夠從不同的方面，成為輔助建筑設計者進行設計構思的好助手。它改變了傳統設計過程中以經驗和直覺判斷為基礎的建筑形式生成模式，使得建筑形式轉變為理性思維的結果。從而保證建筑設計的科學性和合理性。

2．計算機輔助建筑設計的應用

計算機輔助設計在建筑領域的具體應用目前主要集中在以下幾個方面：

（1）建筑設計的表現與表達

在設計的表現與表達方面，CAAD主要通過計算機繪圖系統、3D模型、動畫等等來實現，就目前的情況而言，在建筑領域已經得到廣泛的應用和普及。

（2）提供良好的設計交流與合作平臺

網絡文件打印、共享系統、視頻會議系統則為設計交流提供了異常便捷、直觀的實現手段。但計算機在這方面只能算是一種工具，或交流媒介。除了省時省力之外，計算機對于實際的設計過程影響不大。

（3）為設計分析和研究提供有力的必要的統計、分析手段和評價工具

在設計分析和研究方面，CAAD主要通過各種模擬手段（光能傳遞和日照分析、熱工分析與模擬、聲場的分析與模擬、消防的研究與驗證等）、數據的統計分析研究、分形系統、專家系統、虛擬現實等為設計過程提供了更為理性的研究手段。這方面的應用也很廣泛，尤其是在建筑的性能等方面，如所設計建筑物的能量消耗，室內采光是否合格，通風狀況，建筑物遮陽等等。

（4）生成設計

生成設計就目前而言是一種新型的設計方法，主要是通過遺傳算法、智能設計等研究方法來實現。這是一個許多研究者關注的領域，但迄今為止還沒有能夠在實踐應用中達到理想的效果。

二、計算機輔助建筑設計的發展趨勢

目前在建筑設計領域CAD利用主要局限于圖紙繪制以及建筑方案表達。這是追求設計過程效率化的一種利用方式。可以將這種利用方式中計算機的作用稱之為“手的延長”。我們還應該在追求效率化的同時，充分利用計算機的特長來幫助設計者提高設計的創造性，即讓其真正成為“腦的延長”。雖然作為設計者的“腦的延長”，目前計算機的利用還遠遠未得到普及，但是就現在建筑設計領域中對計算機利用的一些新嘗試來看，在不遠的將來，計算機輔助設計將不僅僅局限于輔助繪圖，而會在更廣闊的領域中發揮作用，特別是在對建筑設計思考的支援方面。至少在以下三個方面已經進行了一些嘗試性的實踐。

（1）建筑形態生成工具：這主要包括兩個方面的內容，一個是利用計算機三維形態操作的靈活性與方便性，創造出通常手工模型或是草圖所難以表達的形態與空間，即在空間形態創新上支援設計者的設計創造活動。建筑形態生成在另一個方面的運用就是，按照預先設定的要求條件進行形態生成，已獲得滿足設計者要求的形態空間模式的設計方案。

（2）模擬技術：運用計算機技術建立數學模型，通過模擬使用者在建筑中的行為，來預測、評價空間利用的有效性、建筑防災設計的安全性等各項指標，將評價結果反饋到建筑方案設計中從而對建筑的規模、空間組織作出優化的決策。

（3）建筑設計專家系統（expertsystem）：建筑設計專家系統是指，系統使用者通過一些簡單的設計條件輸入就可以獲得所需要的一系列滿足設計條件的建筑方案結果。與建筑設計專家系統相關的研究雖然從60年代就已有研究者開始進行研究，特別是在建筑平面布局的自動生成方面的研究尤為集中，基本上始終停留在研究階段而未能實用化。由于建筑設計創造活動的特殊性，要開發能完全代替設計者進行自動設計的系統至少就目前的計算機技術來說是不可能的。不過，在一定的限定應用范圍內，建筑設計專家系統在某種程度上得到了實現。

三、結語

計算機輔助建筑設計進一步發展還需要將計算機科學應用到實用技術的開發中，如運用新的數字模擬技術、圖像處理技術，以及分形理論、模糊理論、拓撲學理論、圖形學理論等能在更為抽象的層次上描述人與建筑空間、環境等要素及相互關系的有力工具。還需要將建筑學自身的知識加以系統化和科學化，具體是指需要將傳統的建筑學知識體系以計算機利用為前提加以重新整理，以更好地適應新的建筑創作環境。在科學飛速發展的今天，在計算機輔助建筑設計領域中，無論是單純的建筑學專業或者是計算機專業的工作者都無法勝任計算機輔助建筑設計方面的研究工作，因此迫切需要進行跨專業人才的培養。