計算機輔助設計在建筑設計中的應用

摘要：本文對于對計算機輔助設計技術與建筑設計兩門學科交叉進行全新設計方法的研究，對建筑設計模型的分析，提出計算機輔助建筑設計結構模型更優越的特點及其更高的設計效率。

關鍵詞：計算機輔助設計；建筑設計；學科交叉

對于應用計算機的設計人員來講，可以使使用者的作業方式擴展，過去需要很多時間和精力投入的手作業、思維與設計的實現，現在都可以通過計算機進行。因此在今大計算機成為一個重要的工作交叉在很多其他專業領域，其中軟件就是計算機應用技術與建筑設計學科交叉的產物。從建筑設計過程來看，某種意義上講是一個把設計者頭腦中的抽象設計意念或構思逐步演化為現實的過程。在設計過程中的各個階段，設計者需要借助一定的手段來表達自己對環境因素的考慮，對功能布局、交通組織、形體塑造、細部處理乃更深層次上的創作理念的展現。在本文中將重點介紹在建筑設計方案的思考和表達過程中，如何應用計算機技術完成建筑設計的數字化概念。創建高效的計算機輔助設計技術織合方法，使兩者緊密合作。

1 建筑設計中計算機技術的應用

1.1 建筑設計對計算機軟、硬件的需求

建筑設計中將建筑數字化，簡言之是對計算機軟件硬件的應用，包括了儲存、運算處理、呈現和傳輸信息的方式方法。在運用計算機輔助建筑設計方案中就必然需要以下的基本構成要件： (1)計算機系統硬件及各種外部設備：它們是組成計算機設計媒體的介質系統。(2)操作系統：如Windows，UNIX等，它與計算機硬件系統及外部設各一起，組成所有計算機設計具及其操作具的共享平臺。(3)應用軟件如等，是對特定形式的計算機文件數據的生成、編輯或進行其他形式處理的操作工具和環境。

1.2 建筑設計中對計算機應用體現的幾個關鍵方面

(1)建筑設計前期信息的收集和處理。建筑師在方案設計前期階段中的主要工作是收集、檢索與分析與項目有關的文件資料，其思維和表達土要體現為一種發散性、記錄性、相對隨意性和分析性的特征。隨著網絡強大的搜索引擎功能的出現，建筑師可以從網絡中獲取與建設項目當地的社會經濟、文化習俗、環境資源等有關信息，也可以從網上得到支持方案設計的數據。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思的興趣土題是很有效的。

(2)建筑方案的構思與設計。

建筑方案的構思與設計，大體上可以劃分為概念設計和方案發展兩個階段。在概念設計階段，建筑師主要是通過繪圖、建模等計算機操作過程，將頭腦中思考的內轉移、外化為一種媒體對象，即概念設計草圖或模型。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3ds MaX)以支持該階段建筑師的開放、跳躍和探索思維。

2 不同類型計算機輔助方法

根據概念設計階段中建筑師所研究的內容，可以在設計時選用不同類型的計算機輔助設計方法和策略，包括三維模型核心策略；信息模型核心策略；三維維模型到信息模型策略[1，2]。

2.1 面向二維建筑對象的概念設計

隨著3ds Max／VIZ，Sketchup，FormZ等這些快速三維建模軟件的相繼推出，通過計算機直接創建建筑概念設計模型已經變成一件非常容易的事情。CAD三維模型是一種能為建筑師進行各種可能的嘗試提供最大的便利的媒體工具，他能幫助建筑師快速地將他的設想概念化、形象化。建筑師在概念設計研究中，不僅可以通過三維模型來研究建筑的空間、形式、功能等設計要素，而且也可以涉及到建筑的材料、表面的質感及色彩、建筑光影的模擬等研究。因此這種面向建筑實休對象的三維構思設計方法，在表達建筑設計信息的完整性、關聯性、準確性以及效率性等方面，都是傳統的草圖方法無法比擬的。

大多數三維CAD設計工具，基本上都提供了任意視點、動態視點的觀察，以及日照陰影模擬功能，這種功能能夠幫助建筑師對他做作的各種嘗試性設計迅速作出評估和判斷。

2.2 以三維模型為核心的方案發展策略

這種策略主要是指以sketchUP，3dsMax／VIZ，AutoCAD及以之為平臺的建筑CAD模型為核心的設計方法。適合于建筑規模比較小，復雜程度一般或較低的設計項日。從支持方案發展階段建筑師思維和表達的特點方面看，這些模型及CAD系統都各自有其優勢。

1)SketchUP方法：其特點首先表現在它比較側重于方案生成的快捷性。SketchUP模型只涉及空間幾何數據和紋理、色彩信息，技術方面的約束較少，這樣可以讓建筑師較自由地圍繞建筑空間、造型、材料、色彩、環境配置等這些最關心的卞題進行研究和探索。而且，當概念設計也是采用SketchUP方法時，在方案發展階段采用相同工具可以更好的保持建筑師設計思維與表達的連貫性。其次，SketchUP同時也是具有較強的表現性。SketchUP具有許多種方便靈活的觀察方式，如剖視、透明觀察、任意視點及漫游等，能對方案設計階段中的建筑師創新設計思維形成有力的幫助和支持。這些主要用于設計過程中的各種三維模型視圖，幾乎無須后期處理即可作為方案設計提交文件中所要求的表現圖來使用。

SketchUP雖然能較好地支持方案階段建筑師的創作過程，不過，從它對方案后續階段的銜接與支持性來看，SketchUP也有其局限性，主要有兩點：首先，SketchUP在生產符合現行規范中所要求的方案設計二維圖紙文件方面的能力并不強，故只能通過AutoCAD補充繪制}其次，SketchUP模型實體所記錄的信息較單純，所有它無法提供方案設計審批所要求的有關技術經濟指標、投資估算等方面的統計數據，這些只能依靠手上來補充完成。

2)AutocAD方法：這種方法包括了AutoCAD以及以之為平臺的TArch，ABD，ADT~CAD方法。AutoCAD方法的特點，主要表現在對于方案設計三維圖紙文件的繪制上，特別在建筑專業性CAD輔助下，不僅能方便地繪制出符合專業規范要求的圖紙，而且也能生成出一定量的方案審批所需統計數據，因此可以作為SketchUP功能的補充。

3)3ds Max VIZ方法：其特點主要是體現對建筑方案設計所產生的視覺效果的逼真性表現方面，適合于監護方案設計后期建筑效果圖和動畫的制作。

2，3以信息模型為核心的方案發展策略

以建筑信息模型為核心的方法策略，適合干建筑規模較大或復雜程度較高的設計項目。

這種方法策略的優點為： (1)建筑信息模型CAD系統中的三維實體是包含了空間幾何、材料、構造、造價等全信息虛擬構件或物體，當建筑師使用這些物體創造建筑空間或造型時，這些與建筑經濟、技術等有關的因素自然而然地被一并考慮在內，其設計成果數據能對后續設計過程形成強有力的支持。(2)建筑信息模型CAD系統也能提供較強的三維設計功能，以及方便靈活的觀察方式，可形成對方案設計階段建筑師設計思維的有力支持。(3)建筑信息模型cAD系統中一般提供了材料統計、概預算等多種分析、計算工具，同時可提供圖紙、報表文件等建筑設計文檔的自動生成工具。

2.4 從三維模型到信息模型的方案發展策略

在建筑方案設計階段，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，一般認為較合理的方法是將建筑信息模型和三維模型兩者結合起來發揮綜合優勢。

3 結語

隨著計算機的不斷發展與普及，計算機應用變得越來越廣泛，同時計算機輔助設計技術也在不斷發展和變化，其中尤以CAD／CAM技術為主流。本文以計算機輔助設計與建筑設計的結合為研究對象，對計算機輔助建筑設計進行了分析研究，以求在學科交叉環節里，讓計算機真止發揮其重要作用，顯示其現代社會中的重要地位。21世紀是數字化的世紀，數字技術的應用擴展到了世界每個角落，行業的每個領域。在建筑領域尤其表現突出。建筑設計本身的“創造性”、“模糊性”，通過計算機將設計元素的自組織方式排列組合，激發設計人員的靈感和思想，從而生成更優更好的設計作品。