數字技術在建筑設計中的應用探討

劉廣忠 林 旭

（阜新二建工程有限公司 遼寧阜新 123000）

前言

傳統的建筑設計中，計算機一般以發揮輔助作用為主，許多建筑設計者僅僅局限在利用計算機制圖以及進行基本的模擬分析。實際上，數字技術的概念是比較寬泛的，數字集成分析技術、虛擬仿真技術、三維可視化都是其重要分支，目前計算機輔助設計中的參數化設計、生成設計等領域都在國內外的建筑業引發了廣泛的關注。在建筑設計的前期、中期和后期都已經有了數字化技術的影子，軟件技術和數字化技術的結合可全面指導建筑設計的開展和進行。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對建筑工程的質量的要求也越來越高，因此如何做好建筑的設計工作就成為相關的人員需要重點關注的課題。將計算機技術應用到建筑設計領域中，不僅有利于建筑設計工作效率的提高，更有助于各種先進的建筑設計理念的有效實現。

1 建筑工程中的方案設計

1.1 生成設計

在建筑領域中，生成法能夠研究自律形態、自然演化以及社會組織等問題，是一種應用范圍較廣的研究和設計方法[1]。在傳統的設計方法中，一些復雜的設計問題只能靠建筑設計師自身的經驗和主觀判斷去處理，因此解決的效果并不理想。生成法在設計中可以發揮較大的作用，對許多復雜問題的解決和方案優化都有很大的幫助，能夠通過精準和高效的計算得出最優的解決方案，從而幫助設計師做出更優的判斷。比如說對東南大學的教工廳的改造就是應用生成設計所取得成功的例子。在傳統設計中，想要解決門廳的技術合理性和設計美觀性等問題，難度是非常大的，但是生成法能夠完美地解決這些問題，有效地構成了最終的三維空間設計方案[2]。

1.2 非線性建筑設計

建筑設計的過程也就是研究各種影響建筑因素的過程。影響建筑設計的因素是多種多樣的，因此通過對各種建筑因素的整合和分析，形成比較符合建筑設計理念的設計方案。對于復雜的非線性建筑設計問題，數字化技術是一種有效的設計手段，設計師可以利用計算機來描述各種矛盾，分析各個矛盾之間的關系，并作出新的思考和分析。國外最先開始研究數字化技術，在此領域發展和起步較早，并取得了較大的成就。國內在這方面的研究主要集中在各大高校，比如清華大學和同濟大學等，非線性建筑設計的典型例子是2008年北京奧運會的信息亭設計，設計者是清華大學建筑學院的學生，在設計的時候充分分析了奧運賽場的總體布局和環境狀況，并通過編寫MEL的語言編寫代理系統，來設置和模擬人的行走速度、室內和室外的環境以及人體行走的代碼軌跡形成了信息亭的總體形體，最終完成了其復雜的建筑方案設計[3]。

1.3 參數化設計

在數字技術支持下，模擬建筑設計的過程可以轉變為參數化設計的過程[4]。參數化設計是最先是在日本、美國、澳大利亞等國家構建和使用的一種功能設計方法，該方法的核心思想是把建筑設計的全部要素都定義為可以用某些函數來表達的變量，在設計過程中，通過對函數進行分析和優化，并采取適合的算法，可以獲得不同的建筑設計方案并最終選出較優的設計結果。比如在復雜建筑如醫院或者機場的設計中，我們可在定義好各種參數屬性以及優化目標之后，進行基于代碼驅動計算機的自動搜索，通過不斷調整各項參數，能夠實現代碼驅動的最優組合，通過對各種參數化指標的迭代分析與更新，就得到能夠滿足各方面使用功能要求的建筑設計方案。

2 建筑的分析和評價

建筑評價的核心內容是建筑物的物理性能評價和使用功能評價。在建筑物正式投入使用之前，相關部門需要對建筑的使用狀況進行檢測，檢測建筑物能否滿足各項物理性能要求和人們的使用功能需求，比如采光、通風、消聲、節能、環保等方面的要求，特別是在危險或者緊急的情況下能否滿足人們的逃生需求等[5]。以往傳統的檢測方法是以人工為主要方式的計算與測試方法，不僅耗費巨大的人力、物力和財力，而且結果也往往差強人意，和實際情況存在較大的偏差。隨著建筑設計和數字技術的融合，數字化技術和相關的軟件能夠幫助我們進行高效的計算和評價，不僅評價的速度快，而且誤差較小。

在設計建筑方案的時候，設計師應該對建筑未來的用途進行合理的分析和預測，比如控制好空間和布局，空間的使用效率以及建筑物的舒適、安全、便捷的程度等。傳統的預測只是建筑師的主觀預測，帶有很大的主觀性和局限性，但是現在計算機仿真技術的發展為設計師的預測奠定了可靠的基礎。仿真技術能夠為建筑設計提供良好的技術支持，對建筑未來的布局和使用情況進行數字化構建，進行各項仿真的功能分析以評價未來建筑在使用中的舒適化、合理化程度，還可以對地震、火災等災害進行模擬研究，從而在一定程度上避免出現安全問題。

在數字技術支持下建筑設計可實現多主體的仿真設計技術方法，通過對復雜的系統中建筑和人相互作用的仿真和模擬，在對一些微觀行為進行系統分析的基礎上解決許多復雜的問題或者不確定的問題，進而通過科學、客觀、全面的觀察和分析，給予建筑設計師很多重要的參考，比如在電影院、體育場、商場、學校等人口聚集的地區，在設計建筑物之前一定要做好疏通設計，精確計算從室內疏散到室外所需要的時間，一旦出現突發事件或者自然災害，能夠將損失降到最低。國外十分重視公共場所的人流分散的設計，在此領域取得了很多有價值的研究成果[6]，國內雖然起步較晚，但隨著我國綜合實力的日益提升，數字技術在建筑業的應用也得到了長足的進步，特別是在建筑設計中，卻來越多的數字技術融合到其中，同時想要使數字技術在建筑設計中發揮更大的作用，僅僅將其局限在建筑行業是遠遠不夠的，需要和軟件、電子、電力、通信、燃氣、管道以及互聯網等行業全面配合，通力合作。因此隨著數字建筑設計技術的不斷革新，將同時帶動許多產業的共同發展和進步。

3 結語

盡管我國的建筑設計中的數字化技術已經取得了很大的進步和發展，但是就我國現實情況而言，由于各地的經濟發展水平參差不齊，技術水平也不盡相同，因此還存在許多技術上的問題需要研究和解決。通過計算機語言，我們可以更好的了解生成法設計最優解答的途徑，也可以用計算機語言來描述問題和建立相應的評價機制。在進行建筑工程的設計的時候，不管是計算機仿真技術還是正在開發和應用的新的軟件，都應該在很大程度上減少建筑設計師的工作量，提高工作的效率。因此在今后的發展和設計中，還需不斷加強數字技術在建筑設計中的應用研究和創新，探索數字技術在建筑設計中的更好的發展模式。