莊麗宏

（山東建筑大學(xué)建筑城規(guī)學(xué)院，山東 濟(jì)南 250101）

0 引言

工業(yè)革命后，人類(lèi)社會(huì)的工作方式從大機(jī)器生產(chǎn)轉(zhuǎn)向計(jì)算機(jī)控制，社會(huì)文化也從傳統(tǒng)文化轉(zhuǎn)向數(shù)字化，數(shù)字技術(shù)正在以其自身無(wú)所不在的滲透性與適應(yīng)性延伸至我們工作和生活的各個(gè)領(lǐng)域。隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展，當(dāng)前社會(huì)中建筑功能、形態(tài)及空間維度等都發(fā)生巨大改變，數(shù)字技術(shù)已成為建筑領(lǐng)域中不可漠視的手段與媒介。與此同時(shí)，清華大學(xué)、東南大學(xué)、華南理工大學(xué)等高校的建筑學(xué)院設(shè)置面向信息時(shí)代的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用和研究的建筑學(xué)培養(yǎng)計(jì)劃和教學(xué)體系[1]。本文從數(shù)字技術(shù)的起源、發(fā)展與應(yīng)用等方面，對(duì)已有研究成果進(jìn)行總結(jié)，探討當(dāng)前研究的不足，以期為今后數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中新的探索與實(shí)踐研究提供參考。

1 數(shù)字技術(shù)在建筑中的發(fā)展與應(yīng)用歷程

數(shù)字技術(shù)，也稱(chēng)數(shù)字控制技術(shù)，是與電子計(jì)算機(jī)相伴相生的科學(xué)技術(shù)。第一臺(tái)真正的電子計(jì)算機(jī)源自美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)，因此對(duì)數(shù)字技術(shù)的相關(guān)研究國(guó)外要早于國(guó)內(nèi)。20世紀(jì)40年代，計(jì)算機(jī)出現(xiàn)催生數(shù)據(jù)可視化的現(xiàn)代發(fā)展，人們開(kāi)始采用計(jì)算機(jī)編程生成可視化，同時(shí)結(jié)合圖形符號(hào)，為數(shù)字技術(shù)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。不同技術(shù)背景下，數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用經(jīng)歷了由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)到參數(shù)化設(shè)計(jì)再到人工智能設(shè)計(jì)的歷史演化脈絡(luò)（見(jiàn)圖1）。Sketchpad的出現(xiàn)是計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)的開(kāi)端，掀開(kāi)圖形信息建模研究序幕。20世紀(jì)80年代，AutoCAD的推出與PC機(jī)的普遍應(yīng)用，建筑師開(kāi)始全面應(yīng)用計(jì)算機(jī)繪制建筑設(shè)計(jì)的圖紙，但未能使用CAAD技術(shù)進(jìn)行建筑方案的推演，此階段數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用只是起到“輔助”設(shè)計(jì)的作用。1990年以后，Digital Project、Maya、Rhinoceros等數(shù)字工具相繼涌現(xiàn)，建筑設(shè)計(jì)進(jìn)入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)階段。建筑師依托新技術(shù)，突破傳統(tǒng)幾何形體的限制，探索運(yùn)用計(jì)算機(jī)算法進(jìn)行形態(tài)生成的過(guò)程，促發(fā)建筑設(shè)計(jì)從“自上而下”向“自下而上”的演化。進(jìn)入21世紀(jì)，多層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的提出及大數(shù)據(jù)與算法的結(jié)合，推動(dòng)了人工智能的新熱潮，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域也出現(xiàn)“小庫(kù)”等人工智能系統(tǒng)，這些系統(tǒng)通過(guò)算法處理海量數(shù)據(jù)，加之計(jì)算機(jī)本身的模式語(yǔ)言與數(shù)學(xué)邏輯等，分析、理解、推理后自主生成設(shè)計(jì)。在數(shù)字化驅(qū)動(dòng)下，建筑設(shè)計(jì)越來(lái)越朝集成化設(shè)計(jì)方向發(fā)展，通過(guò)多專(zhuān)家研討與模擬軟件實(shí)現(xiàn)量化目標(biāo)與控制建筑成本，將成為數(shù)字技術(shù)在建筑領(lǐng)域應(yīng)用中新的發(fā)展趨勢(shì)。

圖1 數(shù)字技術(shù)在建筑中的發(fā)展與應(yīng)用歷程

2 數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)歷前期對(duì)數(shù)據(jù)邏輯的整理、規(guī)劃和設(shè)計(jì)，后期提供技術(shù)支持的過(guò)程，其中包括最初應(yīng)用于建筑領(lǐng)域的設(shè)計(jì)表達(dá)及數(shù)字技術(shù)成熟后的設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)等（見(jiàn)圖 2）。

圖2 數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

2.1 數(shù)字技術(shù)在設(shè)計(jì)表達(dá)中的應(yīng)用

設(shè)計(jì)表達(dá)是數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的最初功能之一，是基于“繪圖工具”和“提高繪圖效率”單一定位原始動(dòng)機(jī)的必然產(chǎn)物。通常的設(shè)計(jì)表達(dá)除涵蓋不同角度、不同表達(dá)方式的三維效果圖和二維圖紙外，還包括最終的實(shí)物表現(xiàn)模型，以表達(dá)設(shè)計(jì)特點(diǎn)和實(shí)際效果。這種直觀(guān)的建筑師與設(shè)計(jì)的交流互動(dòng)主要依靠 3DMAX、SketchUp、Rhino等 3D 模型軟件，PS、AI等圖像處理軟件，PS、ID、PPT等排版軟件及PPT、動(dòng)畫(huà)軟件等演示軟件等各種數(shù)字技術(shù)的協(xié)同操作。張蕾等[2]在《數(shù)字技術(shù)在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》一文中，論述Photoshop圖形圖像處理技術(shù)、Rhino-Grasshopper的參數(shù)化技術(shù)及CAAD三種較常應(yīng)用于設(shè)計(jì)表達(dá)中的數(shù)字技術(shù)。在讀完《當(dāng)代建筑與數(shù)字化設(shè)計(jì)過(guò)程》一書(shū)后，吳曉等[3]針對(duì)項(xiàng)目設(shè)計(jì)整個(gè)過(guò)程的數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行分析和總結(jié)，其中就包括設(shè)計(jì)表達(dá)層面。

2.2 數(shù)字技術(shù)在設(shè)計(jì)方法中的應(yīng)用

隨著數(shù)字技術(shù)的普及，建筑師在掌握數(shù)理邏輯、形式探索、虛擬模型的基礎(chǔ)上，開(kāi)始探索數(shù)字化的設(shè)計(jì)方法。較為常用的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法有參數(shù)化設(shè)計(jì)、算法生成設(shè)計(jì)、非線(xiàn)性設(shè)計(jì)等。在《建筑數(shù)字化設(shè)計(jì)與建造研究》中，趙明成[4]對(duì)參數(shù)化設(shè)計(jì)、算法生成設(shè)計(jì)以及模型優(yōu)化設(shè)計(jì)等數(shù)字化設(shè)計(jì)理論方法進(jìn)行了詳細(xì)的論述，并闡述了各設(shè)計(jì)方法所應(yīng)用的相關(guān)軟件。在《數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》一文中，劉瀅等[5]從建筑方案設(shè)計(jì)層面對(duì)非線(xiàn)性設(shè)計(jì)法、參數(shù)化設(shè)計(jì)及生成設(shè)計(jì)等新的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行論述，介紹數(shù)字技術(shù)在各設(shè)計(jì)方法中的應(yīng)用。扈曉靜[6]在《數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究》中，論述了百葉式建筑表皮設(shè)計(jì)中數(shù)字化的設(shè)計(jì)方法。

2.3 數(shù)字技術(shù)在設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)是我們對(duì)建筑物的功能以及物理性能的一種檢測(cè)方式，通過(guò)指標(biāo)的對(duì)比，檢測(cè)是否滿(mǎn)足各種光、聲、節(jié)能、環(huán)保等物理要求。目前，建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)已成為建筑設(shè)計(jì)中不可或缺的一步，是尋找空間形態(tài)與各類(lèi)性能合理關(guān)系的主要手段，建筑師不再依靠專(zhuān)業(yè)的技術(shù)顧問(wèn)可對(duì)建筑方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，主要用于建筑設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)的數(shù)字技術(shù)，包括EnergyPlus、Radiance、Fluent Airpak、Cadna/A、Ecotect、ANSYS 等?！蛾P(guān)于數(shù)字技術(shù)在當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用》中，以埃登項(xiàng)目為例，以數(shù)字技術(shù)對(duì)其能源、采光、通風(fēng)、噪聲等物理環(huán)境進(jìn)行模擬檢測(cè)。《建筑數(shù)字化設(shè)計(jì)與建造研究》中，對(duì)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)中的相關(guān)通風(fēng)、遮陽(yáng)、日照以及能耗模擬等軟件進(jìn)行了介紹。鄭宋玲[7]在《當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)數(shù)字技術(shù)應(yīng)用與前景》中，對(duì)設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)階段的Ecotect進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3 結(jié)語(yǔ)

3.1 對(duì)相關(guān)研究進(jìn)展的評(píng)述

目前有關(guān)數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用問(wèn)題的研究依然廣受關(guān)注，國(guó)內(nèi)學(xué)者意識(shí)到數(shù)字技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的重要性，從最初的建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域逐漸推廣到建造領(lǐng)域，深度和廣度不斷提高，但國(guó)內(nèi)數(shù)字技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用仍滯后于國(guó)外，由于在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的技術(shù)推廣與研究快于建造領(lǐng)域，使數(shù)字化的設(shè)計(jì)無(wú)法完全實(shí)現(xiàn)。國(guó)內(nèi)高校的建筑教育中缺乏對(duì)數(shù)字技術(shù)的倡導(dǎo)，僅有清華大學(xué)、東南大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)等院校倡導(dǎo)數(shù)字化設(shè)計(jì)與教學(xué)，并處于起步階段，對(duì)于數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用推廣任重道遠(yuǎn)。

3.2 對(duì)相關(guān)研究進(jìn)展的展望

雖然目前國(guó)內(nèi)對(duì)于數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用推廣存在不足，但是數(shù)字技術(shù)未來(lái)的發(fā)展仍具有很大潛力。以數(shù)字技術(shù)為媒介促進(jìn)設(shè)計(jì)信息交流的通暢，從初始設(shè)計(jì)到表現(xiàn)再到最終建造，設(shè)計(jì)流程的一體化將成為行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)建筑專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)人員也將多樣化，具有數(shù)理邏輯與編程基礎(chǔ)的數(shù)字技術(shù)應(yīng)用人才將成為建筑行業(yè)的亟需人才。