電腦三維輔助設計的運用及發展前景

蔣 欣

（重慶市設計院，重慶400015）

電腦三維輔助設計的運用及發展前景

蔣 欣

（重慶市設計院，重慶400015）

隨著建筑設計由二維平面表達向三維空間呈現設計成果的轉變，建筑設計過程及其表達方式發生著巨大改變。電腦三維輔助設計將伴隨著設計表達方式的不斷變化，深入建筑行業的各個專業，并輔助設計師創造出更豐富的建筑作品。

建筑設計；表達形式；電腦三維輔助設計；設計方法；設計過程

伴隨著建筑表達形式的不斷發展，電腦三維輔助設計逐漸成為建筑設計從業者必須掌握的基本技能之一，極大地提高了設計師的工作效率，豐富了設計成果，推動著設計方式的進一步發展和轉變。同時，三維輔助設計軟件及設計形式的研發也在不斷更新換代，使得電腦三維輔助設計在建筑設計領域有著極其廣泛的應用及發展前景。

1 建筑設計的基本表達方式

建筑設計是一個從無到有的過程，即通過大腦的思維，將個人存在于腦中抽象的概念，一步一步具體地分析，并通過媒介進行表達而成為具象。其中平面圖、立面圖、剖面圖、透視圖等表現媒介，是建筑師從事設計工作所必須掌握的表達方式，也是我們最為熟悉的傳統的基本表達方式。無論是草圖、初稿或者是精密完稿的正圖，其目的都是為了促進設計思維的改進、縮短想象與真實景象間的差距而做的必要表達，但這樣的表達方式畢竟停留在二維平面上，非專業人士在理解上有一定難度（圖1）。于是，實體模型的制作應運而生，它跨越了二維設計的限制，較為直觀地表現了所設計的建筑作品，使建筑設計由二維平面設計變為三維立體空間設計。這是我們最為熟悉的、最早就運用的三維設計手法，早在文藝復興時期就已有大量制作并應用于設計過程之中。伯魯乃列斯基在佛羅倫薩大教堂的設計競賽中，就動手制作了木質模型，一方面通過模型進行造型及結構的推敲，另一方面也可將設計立體地呈現給業主，使他們進一步了解設計者的想法。

圖1 安藤忠雄光的教堂設計草圖

即使如此，二維平面的透視圖或實體模型與建筑真實景象仍有較大的差距。例如我們畫透視時，希望以實際的視覺效果來驗證設計的結果是否合適，但透視圖的表達重點通常為建筑的整體效果，常常忽略建筑物材質和色彩的真實性，簡化建筑細部構造，而且對建筑物所處的環境也時常過分修飾甚至美化，這都使得我們的感受力和想象力嚴重曲解，直到看見建造完成的實物才發現與設計有所差別。實體模型也有類似的問題，雖然模型比透視圖更能感受建筑內外的空間，但對材質與顏色的淡化以及建筑整體氛圍效果的弱化，都使得實體模型的效果打了折扣，即使利用相同的材質、顏色、光源來制作模型，但由于模型實際的尺度感以及方位視角的不同，使得模型雖然有趣但不夠真實（圖2）。

圖2 某小區別墅建筑實體模型

2 電腦三維輔助設計的運用

隨著20世紀少數建筑師極富創造力地打破原有建筑的類似性及固有形式，建筑造型越來越復雜、抽象，而二維圖形與實體模型的空間表現能力和掌控能力有限，因此需要有更先進的手段進行三維模擬設計。例如西班牙的高迪，他的建筑所呈現出的雕塑感及變化豐富的內部空間，使得圖面的表達較難達到理想效果。而在此時，電腦三維輔助設計的出現及運用，使設計的過程以及設計的表現方式都發生了巨大的改變。電腦三維模型極大地增強了建筑材質與光源模擬的真實性，賦予建筑更加真實的空間感，彌補了實體模型的不足。在電腦系統中制作一個電腦模型之后，除了可以立刻改變視角，獲得不同角度的透視圖供設計探討外，也可以將模型的各個部分適當地分解，呈現建筑物不同標高的豎向關系。電腦模型也可以對整體建筑物或是重要的建筑元素進行材料、質感與光線的精密分析及模擬，幾乎可以達到以假亂真的程度。電腦模型除了自我模擬之外，也可以將模型的模擬影像放置在真實影片的影像當中，在探討建筑物與周圍環境的協調關系時，會比傳統的表達方式具體得多。電腦動畫模擬更能讓人在時空上全面而深刻地體驗建筑空間。

這種設計模式的出現，使建筑師更能明確而具體地體現各種想法，也因而能在形式和空間中追求更大的變化和樂趣，而對業主、使用者和建筑工人而言，也有更直觀的方式來了解設計的意圖并體驗它們。美國當代建筑師蓋里，在設計中便是先勾畫概念草圖，然后將天馬行空的造型用電腦模型表示出來，使用數字化儀將它輸入電腦，并利用電腦模擬進行空間分析、結構分析、細部與光線的分析等。蓋里腦中形成的極具變化的思維，無法以傳統的方式直觀的表達，如果不借助電腦三維輔助設計，或許他就必須做出妥協而采用平穩的空間形式（圖3）。在電腦三維輔助設計模式出現之前，這正是歷史上許多建筑設計者的困境與無奈。

圖3 蓋里設計——古根海姆博物館

電腦三維輔助設計在建筑設計上所關心的重點與可能的貢獻，可分為三方面。首先是將各種發展成熟的電腦軟件，應用在設計過程中的各個階段，以便在二維或三維空間中對室內環境、建筑單體、城市形態等進行推敲，提供更周詳甚至更逼真的設計（圖4）。第二方面是將電腦語言引用到不同設計原理的研究上，例如以電腦程序模擬中國建筑形式等設計原理，可憑借電腦模擬的過程，進一步研究隱藏在這些原理背后的必然性與歷史傳承關系。第三方面是希望透過對設計思考過程的深入了解，再利用電腦從事類似的設計思考行為，以便在建筑設計中扮演自我思考的角色，而非僅具備工具化的實質。

隨著電腦三維輔助設計運用的深入發展，建筑設計領域正逐步發展建筑信息模型，該應用可理解為建筑設計中各個專業間在三維模型下的協同設計。這一概念是在建筑專業電腦三維輔助設計之后的又一升華發展，涉及建筑方案后期各個相關專業密切配合之下的協同設計，是較為復雜的電腦三維模型下的設計運用。建筑信息模型協同設計的優勢在于可建立一個相對寬泛的、可協同的三維模型，各專業可在此基礎上不斷深化完善設計成果，并以此模型為基礎，實現精細化設計，查漏糾錯，提高工作效率。該三維模型下的協同設計豐富了設計成果，使設計的可讀性由二維轉變為三維，更加直觀、一目了然，減少施工出錯。設計成果的三維化轉變相較二維圖紙，更易得到業主的認可及選擇，同時也極大地提高了彼此間的溝通效率。當然，建筑信息模型設計的深入推廣涉及面較廣，不僅需要滿足硬件條件，軟件條件也需相應跟上。硬件上主要需要進一步研發應用設計工具的可協調性，軟件上則應逐步建立建筑信息模型設計的標準以及與其相適應的制度。目前，國外電腦三維輔助設計的發展較為領先，三維數字化技術的應用已滲透到生產的各個領域，如航空工業、汽車工業、運動仿真行業等。

當今社會，科學技術正突飛猛進地發展，電腦三維輔助設計也會不斷演變、進步，并輔助設計師創造出更豐富的建筑作品。

圖4 Autodesk Revit Architecture設計軟件模擬

3 結論

由電腦的參與而形成的設計方法和設計過程，是隨著建筑歷史的發展而產生并逐步推廣的。建筑師的目標仍然是三維空間中的實際之物，自古皆然，而此實際之物也必然是通過建筑師腦中所形成的抽象概念逐步發展而實現的。因此，思維，作為建筑設計之本是電腦無法取代的。只有通過建筑師不斷地激發創造性思維，并結合各種二維圖形、實體模型、電腦模型及其它相關模擬與分析方式一同搭配來協同設計，建筑才能不斷創新，電腦三維輔助設計也只有在這樣的環境中才能充分發揮自身優勢，不斷向前發展。

[1]陳志華.外國建筑史[M].北京：中國建筑工業出版社，1997.

[2]劉育東.建筑的涵意[M].天津：天津大學出版社，1999：152.

[3]戴志中，盧峰，陳綱，等.建筑創作過程與表達[M].濟南：山東科學技術出版社，2005.

責任編輯：孫 蘇

Application and Prospect of 3D Computer Aided Design

As architectural design changes from 2D to 3D,the process and expression of architectural design are changing tremendously.3D computer aided design will be applied to various professions as the change of design expression,and will further assist the designer to create more substantial works.

architectural design;expression means;3D computer aided design;design method;design process

TU17

A

1671-9107（2014）02-0031-02

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.02.031

2013-10-09

蔣欣（1982-），男，重慶人，研究生，工程師，主要從事公共建筑設計工作。