計算機輔助模型在建筑設計中的協同與應用

吳曉娥

廣州紫泉房地產開發有限公司（510990）

對于任何一個建筑設計項目,創作思維階段的表達方式是多樣的，如文字表達、草圖表達、模型表達和計算機表達等等。在創作中，建筑師要運用這些表達方式來展示構思與促進構思圖。在所有表達方式中，模型是設計表達的重要手段，通過模型，可以直觀地體會到設計的結果。然而在傳統的設計中，模型僅僅用來表現設計的最后結果，往往忽視了模型的設計功能和推敲方案的作用。

建筑業有多層次的交流需求,其中包括圍繞項目召開的市政規劃和勘察及建筑等專業之間的交流,也包括建筑設計過程中，建筑與其他專業之間的協作。而“計算機支持的協同設計工作”系統是加強各專業間協作最直接、最有效的途徑。計算機輔助建筑設計技術如今已逐漸滲透到設計構思的過程之中。設計者對于軟件技術的依賴性越發凸顯，計算機技術的運用已成為方案分析、推敲的重要手段[1]。

1 建筑模型概念

作為建筑設計“語言”之一的建筑模型，是設計者在設計構思階段，為了驗證建筑初步方案能否可行，或為了研究設計中具體問題而特別制作的整體或局部模型,成為建筑師整個設計構思過程中的視覺表達手段。而建筑方案設計程序大體上是由項目分析、資料搜集、設計立意、方案構思、多方案比較、方案調整、方案表達等幾個階段組成。其中方案構思階段是整個建筑創作過程的主要階段,以建立三維數字模型作為建筑設計中圖形思維的載體進行建筑設計,設計者通過這種方式將自己的設計理念透過平面圖示和空間模型表示出來，提供自己繼續修改和發展之用。在這一階段里，建筑設計者不斷發現問題和解決問題,設計構思也就在問題不斷發現和解決的循環中得以發展和深入，并趨于完善。

2 實體模型在設計中的作用與局限

制作實體模型是建筑師用于研究構思和表現方案的重要手段，一直在設計中發揮重要的作用。然而由于制作實體三維模型需消耗大量時間，且不便于實時修改調整，而且無法深入進行非線性曲面形體的空間設計,導致模型與設計者之間的互動反饋時間間隔及難度加大，降低了工作效率，甚至影響設計結果。目前，在我國，在設計過程中制作工作模型來研究推敲設計并不普及,導致無法以三維的狀態進行設計，在一定程度上影響我國建筑設計水平及發展[2]。

3 計算機輔助建筑模型特征

計算機輔助數字化模型是設計中圖形思考的新載體，具備傳統思維載體如草圖、實體模型所不具備的特征，是社會信息化的產物[2]。

1）易于編輯性

目前市場上提供的三維軟件產品，大多提供直觀的建立模型的方法，設計者可以方便地修改模型的形式，通過調節模型材質的參數及紋理貼圖,可比較不同的構思及模擬不同材質產生的效果。

2）可視化交流性

計算機輔助數字模型可以從任意角度對形體以及內部空間進行觀察;對一處進行的修改可以實時反映在其他方面并從任意角度觀察其效果,幫助設計者做出正確的判斷.以Graphisoft公司提供的ArehiCAD為例，以建立三維數字模型為開始，融合制圖功能.建筑師可以直接修改三維模型，也可以修改平、立、剖面圖，而所作修改都會同時反映在三維模型上。

3）時效性和簡便性

這種特征是由設計者構思階段的思維特征所決定的，是創作者最活躍、最豐富的靈感思維的體現。一個設計想法出現，需要迅速以模型形式展現出來以供設計者進行推敲，當模型形象通過眼睛反饋到大腦中，新的想法被激發，設計者又需要重新制作模型或修改原模型。所有這些都要求工作模型便于迅速制作和修改,計算機輔助建筑模型可以承擔塑造了構思模型特征的重擔。

4 建立計算機輔助模型進行建筑設計與協同的機制和方法

4.1 計算機輔助模型在建筑設計與協同中的機制

建筑工程設計是多工種圍繞項目展開的協作過程。建筑設計任務通常劃分成若干階段，每個階段都安排建筑、結構和水暖電等工種，每個工種配備不同職責的設計師。建筑設計過程通常由建筑設計開始,在其基礎上進行結構和水暖設計,但在設計過程中每個專業的修改都可能影響其他專業。因此，建筑工程設計的協同工作可分成服從、奪和兩者混合三種模式。

協同機制是建筑設計保持正常運轉的基本準則,例如:目前應用計算機輔助建筑設計(CAD)，可以解決建筑設計過程中的建模、空間表達、優化分析、工程制圖等，提高了工作效率。市場上也出現了大量的建筑繪圖軟件（如CAD、天正等）、結構分析與設計軟件(PKPM、ETABS、SAP2000 等)、給排水、暖通空調及工程概預算等軟件。由于這些應用軟件都是針對設計過程中的某一階段或某一專業獨立研制的,盡管各應用軟件都基于同一個建筑模型,卻因為缺乏共同的數據標準，而不能交換與共享數據模型,成為建筑工程集成化設計技術發展的瓶頸。以建筑設計中最重要的建筑與結構專業為例，建筑師構造建筑模型后，應用AutoCAD、天正等應用軟件，將設計圖紙傳遞給結構工程師。結構工程師在理解建筑師的設計意圖后，應用PKPM、或ETABS等結構分析與設計軟件輸入結構模型，進行結構初步分析與設計，然后用AutoCAD軟件通過圖紙將修改后的設計意圖傳遞給建筑師。這樣的設計過程往往需要建筑師與結構工程師多次重復勞動。因此，在建筑設計中科學合理的協同機制是保證整個工作流程的關鍵。可以將彼此的分歧修正以及最終解決。

4.2 三維數字模型在建筑設計與協同中的機制在實踐中應用和方法[3]

1）主導作用是構思階段

在建筑師進行體形處理的構思時,利用體量分析模型斟酌各形體組成要素的比例和尺度關系，如重復、漸變、對比、均衡等。利用空間分析模型推敲空間組合關系，使得設計師更直觀地感受到復雜的建筑體量、空間與視覺的相互關系，更準確地觀察建筑的各個角度,從而達到二維畫面所不及的空間功能和美感要求。有利于建筑方案的進一步深入。當工作模型確定后，整個方案也就有了基本雛形，因而構思工作模型是建筑師花費時間最多的階段。

2）輔助作用是設計階段

進入到方案深入設計階段，對一些特殊的結構形式，設計者即可利用構架模型或是大比例的局部模型來探討結構形式的合理性與可行性,也是建筑設計過程中非常重要的環節。而構架模型的制作，直觀、準確地展現了各細部節點，更加有效地幫助人們了解較為難以想象的新事物。

3）示范展示作用是成果階段

具有三維直觀模型能夠把建筑設計細部完美地表現出來，使模型成為重要的媒體角色和交流手段，在設計成果的匯報過程中。讓非專業人士對建筑有真實、直觀的認識。此階段，建筑模型是建筑外型和環境的展示，更是設計者設計思想的表達。

5 小結

計算機輔助模型表達方式因其直觀性、真實性和較強的可體驗性彌補了圖示表達帶來的問題,建有利于展示建筑創作過程中問題的集結點和保持思維的開放性。筑師們已經能夠熟練地運用各種軟件來表達復雜的空間,通過計算機輔助模型對建筑體量、空間尺度上及比例等進行推敲構思，因此，利用計算機網絡、計算機輔助設計、多媒體以及數據倉庫等多項計算機技術，實現了設計歷史管理、協同過程控制等功能,建筑模型的有效性和可實現性已經通過實驗開發驗證，并得到中國建筑領域的認可。

[1]劉烈輝.計算機新技術在建筑設計中的應用研究[J].南方建筑,2004(6):100～102.

[2]鄧雪原,張之勇.計算機輔助建筑設計軟件間的信息共享與交換[J].湖南科技大學學報(自然科學版),2006(1):54～58.

[3]鄧雪原,張之勇.計算機輔助建筑設計軟件間的信息共享與交換[J].湖南科技大學學報(自然科學版),2006(1):54～58.