于海澍

[摘要]隨著計算機(jī)的不斷發(fā)展與普及，計算機(jī)應(yīng)用變得越來越廣泛，同時計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)也在不斷發(fā)展和變化。以計算機(jī)輔助設(shè)計與建筑設(shè)計的結(jié)合為研究對象，對計算機(jī)輔助建筑設(shè)計進(jìn)行分析研究。希望可以為相關(guān)領(lǐng)域的研究起到拋磚引玉的作用。

[關(guān)鍵詞]計算機(jī)輔助設(shè)計建筑

中圖分類號：TP3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1671-7597(2009)0610116-02

計算機(jī)在建筑領(lǐng)域承擔(dān)著重要的任務(wù)，能夠解決的許多實際的問題。本文將介紹在建筑設(shè)計方案的思考和表達(dá)過程中，如何應(yīng)用計算機(jī)技術(shù)完成建筑設(shè)計的數(shù)字化概念。創(chuàng)建高效的計算機(jī)輔助設(shè)計技術(shù)組合方法，使兩者緊密合作。

一、建筑設(shè)計對計算機(jī)軟、硬件的需求

建筑設(shè)計中將建筑數(shù)字化簡言之是對計算機(jī)軟件硬件的應(yīng)用，包括了儲存、運算處理、呈現(xiàn)和傳輸信息的方式方法。在運用計算機(jī)輔助建筑設(shè)計方案中就必然需要以下的基本構(gòu)成要件：

1．計算機(jī)系統(tǒng)硬件及各種外部設(shè)備；它們是組成計算機(jī)設(shè)計媒體的介質(zhì)系統(tǒng)。

2．操作系統(tǒng)：如Windows，UNIX等，它與計算機(jī)硬件系統(tǒng)及外部設(shè)備一起，組成所有計算機(jī)設(shè)計工具及其操作工具的共享平臺。

3．應(yīng)用軟件：如AutoCAD等，是對特定形式的計算機(jī)文件數(shù)據(jù)的生成、編輯或進(jìn)行其他形式處理的操作工具和環(huán)境。

計算機(jī)設(shè)計信息都是以計算機(jī)文件的形式保存在硬盤、U盤等各種存儲介質(zhì)設(shè)備的。這些文件可以是一個程序、一組數(shù)據(jù)、一篇文章或一個圖形。用戶只能通過計算機(jī)硬件設(shè)備、計算機(jī)操作系統(tǒng)等對文件進(jìn)行一系列處理過程。計算機(jī)的軟硬件成為設(shè)計中必要的工具系統(tǒng)，主要涉及了三個層面：

1．人機(jī)交互接口：包括鼠標(biāo)、鍵盤、監(jiān)視器等設(shè)備，其功能是為用戶與計算機(jī)之間的通訊提供一種直接式的操控工具。

2．操作系統(tǒng)：其功能土要是為所有硬件、應(yīng)用程序以及用戶文件數(shù)據(jù)提供系統(tǒng)控制和管理工具。

3．應(yīng)用程序：其功能主要是為某種特定應(yīng)用的計算機(jī)設(shè)計提供具體信息生成、計算、傳輸、呈現(xiàn)和儲存等各種復(fù)雜處理的工具和方法。

二、建筑設(shè)計中對計算機(jī)應(yīng)用體現(xiàn)的幾個關(guān)鍵方面

(一)建筑設(shè)計前期信息的收集和處理

建筑師在方案設(shè)計前期階段中的主要工作是收集、檢索與分析與項目有關(guān)的文件資料，其思維和表達(dá)土要體現(xiàn)為一種發(fā)散性、記錄性、相對隨意性和分析性的特征。由于建筑問題的復(fù)雜性，決定了建筑師不會將設(shè)計問題僅僅局限于設(shè)計任務(wù)書等文件所提及的范疇，而是立足于一個城市的經(jīng)濟(jì)、社會、文化、環(huán)境等去分析考察問題。要建立這樣的視域，大量收集、檢索與分析與項目有關(guān)的背景資料是必不可少的。

隨著網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)大的搜索引擎功能的出現(xiàn)，建筑師可以從網(wǎng)絡(luò)中獲取與建設(shè)項目當(dāng)?shù)氐纳鐣?jīng)濟(jì)、文化習(xí)俗、環(huán)境資源等有關(guān)信息，也可以從網(wǎng)上得到支持方案設(shè)計的數(shù)據(jù)。這些對拓展建筑師的思維，以及幫助他們迅速捕獲有助于方案構(gòu)思的興趣主題是很有效的。

(二)建筑方案的構(gòu)思與設(shè)計

建筑方案的構(gòu)思與設(shè)計，大體上可以劃分為概念設(shè)計和方案發(fā)展兩個階段。由于建筑師這兩個階段的工作目標(biāo)和思維表達(dá)的特點存在一些差異，因此反映到計算機(jī)設(shè)計工具的應(yīng)用上也會存在一些差別。

在概念設(shè)計階段，建筑師主要是通過繪圖、建模等計算機(jī)操作過程，將頭腦中思考的內(nèi)容轉(zhuǎn)移、外化為一種媒體對象，即概念設(shè)計草圖或模型，這樣建筑師便可以從一個新的視點來反觀他所思考并創(chuàng)造出來的事物，并從中獲取到新的經(jīng)驗以促進(jìn)下一輪的思維循環(huán)。在概念設(shè)計階段中，建筑師的設(shè)計思維與表達(dá)主要表現(xiàn)為一種較強(qiáng)的、跳躍性和探索性特征。為了尋求問題的最佳解答，建筑師總是希望盡量嘗試多種可能的方案設(shè)計，以便工從這些變化的形式中不斷獲取更多有價值的經(jīng)驗、線索，并從中進(jìn)行優(yōu)選。為了能做到這些，建筑師需要借助于一些方便、快捷的二維CAD建模工具(如3dsMax)以支持該階段建筑師的開放、跳躍和探索思維。

方案發(fā)展階段是在概念設(shè)計基礎(chǔ)上的自然延續(xù)。在這個階段的前期和中期，建筑師的設(shè)計思維與表達(dá)在探索中逐漸明確，體現(xiàn)出對建筑空間、功能、建筑造型與整體環(huán)境等問題的深度思考和比較性研究特征。在該階段的后期，則側(cè)重于以圖紙或多媒體演示方式，來充分表現(xiàn)這些思考和研究的內(nèi)容。根據(jù)概念設(shè)計階段中建筑師所研究的內(nèi)容，可以在設(shè)計時選用不同類型的計算機(jī)輔助設(shè)計方法和策略，包括三維模型核心策略；信息模型核心策略；三維模型到信息模型策略。

(三)以信息模型為核心的方案發(fā)展策略

以建筑信息模型為核心的方法策略，適合于建筑規(guī)模較大或復(fù)雜程度較高的設(shè)計項目。這種方法策略的優(yōu)點為：

1、建筑信息模型CAD系統(tǒng)中的三維實體是包含了空間幾何、材料、構(gòu)造、造價等全信息虛擬構(gòu)件或物體，當(dāng)建筑師使用這些物體創(chuàng)造建筑空間或造型時，這些與建筑經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等有關(guān)的因素自然而然地被一并考慮在內(nèi)，其設(shè)計成果數(shù)據(jù)能對后續(xù)設(shè)計過程形成強(qiáng)有力的支持。

2、建筑信息模型CAD系統(tǒng)也能提供較強(qiáng)的三維設(shè)計功能，以及方便靈活的觀察方式，可形成對方案設(shè)計階段建筑師設(shè)計思維的有力支持。

3、建筑信息模型CAD系統(tǒng)中一般提供了材料統(tǒng)計、概預(yù)算等多種分析、計算1：具，同時可提供圖紙、報表文件等建筑設(shè)計文檔的自動生成工具。

(四)從三維模型到信息模型的方案發(fā)展策略

在建筑方案設(shè)計階段，單純地選擇三維模型或者信息模型中的一種方法，實際上都存在一些局限，一般認(rèn)為較合理的方法是將建筑信息模型和三維模型兩者結(jié)合起來發(fā)揮綜合優(yōu)勢。

三、計算機(jī)輔助建筑設(shè)計軟件

建筑設(shè)計的數(shù)字化，讓越來越多的建筑設(shè)計軟件應(yīng)運而生。建筑設(shè)計的每個階段都不能缺少相關(guān)軟件的支持。這些階段分別是：概念設(shè)計與體量設(shè)計、方案設(shè)計與工程制圖、項目管理與經(jīng)濟(jì)核算、建筑表現(xiàn)與三維動畫以及其他成果展示手段。針對不同階段和用途，也相對應(yīng)的有不同的計算機(jī)設(shè)計軟件。

1、Sketch UP

Sketch UP是美國@Last Software公司開放的建筑草圖設(shè)計軟件。Sketch IJP打破以往建筑師在應(yīng)用計算機(jī)輔助設(shè)計構(gòu)思時所受到的束縛，給建筑師帶來邊構(gòu)思邊表現(xiàn)的體驗，產(chǎn)品快速形成便于交流和溝通的建筑圖形，適用于建筑方案創(chuàng)作階段的工作。Sketch Up提供了一種實質(zhì)上可以視為“計算機(jī)草圖”的手段，它吸收了“手繪草圖”加“工作模式”兩種傳統(tǒng)輔助設(shè)計手段的特點，切實地使用計算機(jī)技術(shù)輔助方案構(gòu)思，而不僅僅是把計算機(jī)作為表現(xiàn)工具。

2、AutoCAD

AutoCAD是美國Autodesk公司開放研制的一種通用計算機(jī)輔助設(shè)計軟件包，它在設(shè)計、繪圖和相互協(xié)作方面展示了強(qiáng)大的功能。其優(yōu)點在于易于學(xué)習(xí)、使用方便、體系結(jié)構(gòu)開放等。AutoCAD產(chǎn)品從第一個版本發(fā)展至

今，在不斷適應(yīng)計算機(jī)軟硬件發(fā)展的同時，自身功能也日益增強(qiáng)且趨于完善。AutoCAD在全世界150多個國家和地區(qū)廣為流行，占據(jù)了國際CAD市場的75％。在機(jī)械、建筑、電子、紡織、地理、航空等領(lǐng)域得到了廣泛的使用。建筑領(lǐng)域90％以上都在應(yīng)用AutoCAD。

3、ADT

ADT是Autodesk公司開發(fā)的三維建筑設(shè)計專業(yè)軟件。

AutoCAD一開始就是作為一種通用的交互式繪圖軟件面世的。從二維到三維．AutoCAD的普及對推動CAD在工程領(lǐng)域的應(yīng)用和提高繪圖效率確實起到了巨人的作用。但隨著CAD應(yīng)用的普及與深化，這種通用的CAD軟件難以完全滿足工程各專業(yè)設(shè)計的特殊性，對進(jìn)一步提高專業(yè)設(shè)計與繪圖的質(zhì)量、速度和效率的效果并不十分理想。針對這種現(xiàn)實的要求，各專業(yè)工程技術(shù)人員和軟件公司紛紛開始在AutoCAD基礎(chǔ)商利用其基本圖形元素和繪圖功能開發(fā)出大量適合各自專業(yè)特殊需要的各類繪圖實用程序，以AutoCAD為核心擴(kuò)充新的專業(yè)對象形成全新的專業(yè)CAD軟件。ADT就屬于這一類建筑CAD系統(tǒng)。

ADT是AutoCAD與建筑設(shè)計專用程序的完整集成。ADT安裝的同時事實上已包含了AUtocAD的安裝。由于ADT是以AutoCAD為核心和基礎(chǔ)環(huán)境，它繼承了AutoCAD的全部風(fēng)格與特性，包括用戶界面與操作命令。用戶如果不需要使用ADT專有的與建筑有關(guān)的對象和命令，完全可以將ADT作為單純的AutoCAD來使用。同樣，所有以AutoCAD為基礎(chǔ)開發(fā)的實用性程序，都可以在ADT下同時安裝運行。

4．ArchiCAD

ArchiCAD是成立于1982年的Graphisoft公司推出的虛擬建筑設(shè)計軟件。虛擬建筑的核心是利用軟件生成一個真實建筑的數(shù)字模型，將所有的相關(guān)信息存儲在一個工程文件中。設(shè)計師通過使用樓板、墻、岸頂、門、窗、樓梯和其他構(gòu)件等建筑元素的組合來構(gòu)建一幢建筑。虛擬建筑中的每一個物體都是具有建筑元素特性智能化屬性的建筑構(gòu)件。在這樣一個真實的智能模型中，設(shè)計者可以任意的轉(zhuǎn)換輸入平面、剖面、立面，以及各種細(xì)部大樣、預(yù)算報表、建筑材料、門窗表，甚至施工進(jìn)度，建筑設(shè)計表現(xiàn)所需要的渲染，動畫，虛擬現(xiàn)實的效果更是包含在基本功能里面。

5．Autodesk 3ds Max

Autodesk公司的3dsMax軟件是三維動畫制作軟件。作為一個三維軟件，3dsMax它的主要功能是：建模、材質(zhì)、燈光、動畫和各項擴(kuò)展功能。

3dsMax的首要特點是方便的圖形界面控制體系，它很好的繼承了windows的圖形化的操作界面，在同一窗口內(nèi)可以方便的訪問對象的屬性，材質(zhì)，控制器，修改器，層級結(jié)構(gòu)等。作為輔助建筑的三維軟件，3dsMax的另一個特點就是它的參數(shù)化控制。在3dsMax里，所有網(wǎng)格模型及三維圖形上的點都有一個空間坐標(biāo)，坐標(biāo)值可以通過輸入具體參數(shù)來控制。能夠通過數(shù)值確定位，這一點在建筑應(yīng)用上尤為重要。除此之外，3dsMax還可以和AutoCAD實現(xiàn)無縫連接，兩種軟件在交換文件時，可以做到尺寸和單位的高度統(tǒng)一。3dsMax的另一個特點就是即時顯示，即“所見即所得”。3dsMax在設(shè)計上更加自觀和方便，由于貼圖在3dsMax里的調(diào)整結(jié)果是實時顯示的，不需要每次都要渲染一下才能看得到，工作效率得到極人提高。

3dsMax在建筑設(shè)計表現(xiàn)中的也發(fā)揮了其特點。首先3dsMax被用于制作單幅的靜態(tài)建筑效果圖。在建筑設(shè)計與建筑表現(xiàn)的關(guān)系中可以看到，建筑設(shè)計過程中需要不斷把設(shè)計師頭腦中想象的建筑設(shè)計方案用通俗易懂的直觀方式表達(dá)出來，從而方便與非建筑專業(yè)的人士進(jìn)行交流。對普通公眾一張或一系列建筑建成以后的圖片是最容易理解的。同時靜態(tài)圖像也是很容易通過人眾媒體傳播，可以在更廣大的范圍內(nèi)進(jìn)行信息的交流。因此，目前幾乎所有建筑項目實施之前都會制作一張或一系列靜態(tài)的計算機(jī)渲染效果圖，對建筑設(shè)計方案進(jìn)行逼真的表現(xiàn)。