高層辦公建筑設(shè)計(jì)中應(yīng)用數(shù)字化技術(shù)的探討

劉昱瑋

（廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院　廣東廣州　510010）

引言

以往建筑設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)辦公樓建筑的時(shí)候，通常會(huì)考慮到采光和自然通風(fēng)等要求，將小而矮的辦公空間安排到高層辦公樓。而對(duì)于現(xiàn)在的建筑師來(lái)講，設(shè)計(jì)師應(yīng)該解決的不僅僅是在以往設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該關(guān)注的重點(diǎn)，還要解決設(shè)計(jì)出大而溫馨的工作氛圍，還需要考慮如何降低建筑能耗最低。在諸多因素的影響下，設(shè)計(jì)師開(kāi)始使用數(shù)字軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)整合。為了在各種因素的影響下找到最佳設(shè)計(jì)。

1　當(dāng)代高層辦公建筑設(shè)計(jì)理念

高層辦公可以把土地的利用價(jià)值發(fā)揮到最大，解決土地資源緊張的

問(wèn)題。隨著城市化的不斷發(fā)展，城市人口越來(lái)越多，人們對(duì)高層辦公的需

求也在不斷增加。

1.1　智能化理念

相比于傳統(tǒng)的管理方法，智能建筑辦公自動(dòng)化系統(tǒng)能夠看作一個(gè)非常重要的變化，設(shè)計(jì)的目標(biāo)是創(chuàng)造一個(gè)良好的信息環(huán)境?，F(xiàn)在，使用高科技智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)高層建筑的情況下越來(lái)越普遍，因此智能控制系統(tǒng)，消防和樓宇控制的安全性逐漸發(fā)展成為獨(dú)立的控制子系統(tǒng)。

1.2　人性化理念

從人性的角度來(lái)看，各方面的問(wèn)題都需要得到解決和重視，這里的很多因素到關(guān)系到文化、精神、科技、科學(xué)等諸多因素。舒適的辦公環(huán)境不僅能夠讓員工獲得內(nèi)心的滿意感之外，同時(shí)也能夠充分激發(fā)員工的工作積極性，促進(jìn)員工的創(chuàng)造力的提升，并在上也可以提高腦力工作的效率。一定程度辦公室的舒適性主要關(guān)注環(huán)境心理學(xué)，建筑光學(xué)，建筑熱工程和建筑聲學(xué)。主要關(guān)注裝飾結(jié)構(gòu)和建筑防災(zāi)是安全性等。在現(xiàn)代化辦公大樓的設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須充分考慮殘疾人員，老員工等特殊群體的使用情況稱為無(wú)障礙設(shè)施。在設(shè)計(jì)辦公樓的過(guò)程中，應(yīng)配備各種設(shè)施滿足不同的人群需求，使這個(gè)舒適便利的環(huán)境可以有效地為每個(gè)人服務(wù)。

1.3　可持續(xù)發(fā)展理念

可持續(xù)發(fā)展也被稱為普遍性和靈活性，可以滿足各行政機(jī)構(gòu)和企業(yè)的需求。在設(shè)計(jì)辦公大樓時(shí)必須與社會(huì)的進(jìn)步和發(fā)展相互兼容，如果你想擁有一個(gè)優(yōu)秀的社會(huì)資產(chǎn)，未來(lái)必須在設(shè)計(jì)中積極主動(dòng)，隨著某些設(shè)計(jì)項(xiàng)目的發(fā)展變化，鑒于目前社會(huì)對(duì)設(shè)計(jì)項(xiàng)目的彈性要求。21世紀(jì)的高層寫(xiě)字樓要想獲得可持續(xù)發(fā)展，必須在空間，文化，公共服務(wù)和管理，休息，生活和工作等各種復(fù)雜要求相結(jié)合并統(tǒng)一。

2　數(shù)字化技術(shù)對(duì)高層辦公建筑設(shè)計(jì)的影響

2.1　在建筑外觀上的作用

由于科學(xué)水平的提高和施工能力的提高，逐步地完善了BIM系統(tǒng)，許許多多的工作人員采用數(shù)字化的方法來(lái)設(shè)計(jì)建筑。數(shù)字設(shè)計(jì)方法已被應(yīng)用于高層辦公樓的設(shè)計(jì)。然后架構(gòu)師通過(guò)算法工具構(gòu)建數(shù)字模型，通過(guò)調(diào)整其中的參數(shù)最終生成所要的建筑構(gòu)造。這種設(shè)計(jì)方法可以有效地權(quán)衡各種參數(shù)，找到符合參數(shù)調(diào)整的最優(yōu)設(shè)計(jì)。采用這種設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)的高層寫(xiě)字樓更有利于未來(lái)寫(xiě)字樓的設(shè)計(jì)和綠色低碳高層寫(xiě)字樓的設(shè)計(jì)。

比如諾曼福斯特設(shè)計(jì)的瑞士再保險(xiǎn)總部大樓，如圖1所示，該大樓采用數(shù)字化軟件進(jìn)行一系建筑設(shè)計(jì)列復(fù)雜的計(jì)算。主要在該中考慮的因素是建筑風(fēng)格環(huán)境，因此設(shè)計(jì)人員利用一些軟件對(duì)當(dāng)?shù)氐母鞣N環(huán)境數(shù)據(jù)輸入軟件后再做出仿真，然后以不同的形式返回模型的結(jié)果。最后，通過(guò)軟件獲得的流線形狀可以獲得建筑物各個(gè)部分的自然通風(fēng)。同時(shí)，每個(gè)方向都具有最小的風(fēng)力載荷，以便建筑物底部可以進(jìn)行順暢的通風(fēng)環(huán)境。

由自然環(huán)境方針產(chǎn)生的建筑形態(tài)得到的是自然環(huán)境選擇的建筑風(fēng)格，對(duì)于當(dāng)前的建筑造型非常的適用。在這里我們用樹(shù)木做一個(gè)比喻，一棵樹(shù)的形式和影響樹(shù)木生長(zhǎng)的相似因素的建筑形式有一部分是基因控制的結(jié)果，而建筑形式受建筑功能的影響，這個(gè)基因是相當(dāng)于建筑的功能；另一部分樹(shù)木受水，陽(yáng)光，雨水等當(dāng)?shù)丨h(huán)境的影響，建筑形態(tài)也受到光，降雨，風(fēng)等基地環(huán)境的影響，這里的建筑環(huán)境和樹(shù)木一樣。在設(shè)計(jì)此建筑的過(guò)程中，數(shù)字軟件有著非常重要的地位，能夠通過(guò)軟件的計(jì)算能力可以得出影響高層建筑物建模因子的結(jié)果。此數(shù)字設(shè)計(jì)方法也反映出建模的合理性。

圖1　瑞士再曝新總部大樓

2.2　對(duì)建筑性能的影響

數(shù)字化技術(shù)不但對(duì)建筑物形狀會(huì)有影響，它也對(duì)建筑物的性能有一定的影響。目前，越來(lái)越多的人認(rèn)識(shí)到綠色環(huán)保的重要性，因此越來(lái)越多的設(shè)計(jì)師在設(shè)計(jì)建筑節(jié)能模擬方面采用數(shù)字化工具，希望能夠設(shè)計(jì)出最低能耗的辦公樓。例如迪拜的Aedascalds al bahr towers。

在設(shè)計(jì)起始時(shí)，設(shè)計(jì)師決定在考慮迪拜的惡劣氣候，設(shè)計(jì)一座低能耗的辦公樓。當(dāng)設(shè)計(jì)師利用當(dāng)?shù)厝照諗?shù)據(jù)設(shè)計(jì)出一種動(dòng)感的表皮時(shí)，整棟高層辦公樓都將擁有最舒適的室內(nèi)環(huán)境，并且形成了建筑的自遮陽(yáng)系統(tǒng)。這種表皮可以在一天的不同時(shí)間展現(xiàn)出不同的狀態(tài)，當(dāng)太陽(yáng)太強(qiáng)時(shí)，會(huì)自動(dòng)關(guān)閉以減少室內(nèi)陽(yáng)光的直射，從而減少建筑的能耗；當(dāng)太陽(yáng)光太弱時(shí)，表皮會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，讓陽(yáng)光直接射入房間，以減少建筑的能耗。這座高層辦公室的表皮不僅減少了建筑物的能源消耗，而且展現(xiàn)了一種動(dòng)感的美學(xué)（見(jiàn)圖2）。

2.3　對(duì)建筑空間形態(tài)的影響

圖2　迪拜Aedascalds al bahr towers

隨著高科技時(shí)代的到來(lái)，人們對(duì)于高層辦公樓的辦公環(huán)境的需求也越來(lái)越高，導(dǎo)致設(shè)計(jì)師們不得不設(shè)計(jì)新型的建筑空間，以滿足這些要求。在設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑師使用數(shù)字工具來(lái)探索未來(lái)高層寫(xiě)字樓的空間形態(tài)。在上海塔的設(shè)計(jì)過(guò)程中，傳統(tǒng)高層建筑的設(shè)計(jì)者會(huì)感到無(wú)聊和單一，因此設(shè)計(jì)師在懸空花園的設(shè)計(jì)中添加了每一層，讓在其中工作的人可以找到一個(gè)公共空間在疲倦時(shí)休息。在項(xiàng)目開(kāi)始時(shí)，設(shè)計(jì)師在每個(gè)設(shè)計(jì)階段采用數(shù)字設(shè)計(jì)方法。使用Grasshopper軟件構(gòu)建邏輯模型，設(shè)計(jì)人員可以快速定義和修改復(fù)雜的建筑模型。與此同時(shí)，數(shù)字化軟件在確定高層性能的建模，支撐結(jié)構(gòu)和外殼方面也起著不可忽視的關(guān)鍵作用。

建筑結(jié)構(gòu)的效率和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，決定了建筑內(nèi)在質(zhì)量的綜合指標(biāo)高低，但實(shí)際上它遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了規(guī)范，所以上海中心大廈的設(shè)計(jì)必須通過(guò)數(shù)字化軟件進(jìn)行性能仿真，以保證該建筑物建成后能夠滿足有效的結(jié)構(gòu)和綠色環(huán)保的要求。

2.4　對(duì)計(jì)算機(jī)輔助軟件發(fā)展的影響

由于建筑空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，不能使用傳統(tǒng)建筑圖紙進(jìn)行描述，因此設(shè)計(jì)師選擇BIM系統(tǒng)進(jìn)行繪圖和施工，BIM系統(tǒng)將建筑師，工程師，建筑師，機(jī)電師等統(tǒng)一為一個(gè)數(shù)字化的信息平臺(tái)中，保證各界專業(yè)人士的溝通便捷、準(zhǔn)確。

由于Revit軟件在建模能力較弱，所以設(shè)計(jì)師仍然需要在建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中使用Grasshopper來(lái)快速修改模型，最后在Revit軟件中修改模型進(jìn)行進(jìn)一步處理。但由于軟件平臺(tái)的交互性，模型的導(dǎo)入和導(dǎo)出容易造成數(shù)據(jù)的丟失，因此設(shè)計(jì)人員使用C代碼轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制，將信息輸入到Grasshopper和Revit實(shí)時(shí)導(dǎo)入和出口這兩款軟件，終于完成了上海塔的設(shè)計(jì)。毫無(wú)疑問(wèn)，數(shù)字技術(shù)將在未來(lái)的高層辦公樓設(shè)計(jì)中發(fā)揮不可估量的作用，以改善空間形態(tài)和結(jié)構(gòu)效率。同時(shí)，建筑設(shè)計(jì)將越來(lái)越傾向于“無(wú)紙化”設(shè)計(jì)。

3　結(jié)語(yǔ)

綜上所述，越來(lái)越多的建筑師利用數(shù)字化技術(shù)去研究未來(lái)高層辦公寫(xiě)字樓的設(shè)計(jì)可能性，無(wú)論是建筑設(shè)計(jì)的性能或是建筑造型，還是建筑形式的空間形式探索，數(shù)字化技術(shù)都發(fā)揮了不可替代的作用。當(dāng)今學(xué)界，越來(lái)越多的建筑設(shè)計(jì)師加入到了數(shù)字化設(shè)計(jì)的行列中，與此同時(shí)越來(lái)越多的數(shù)字化建筑也正在建設(shè)施工中。通過(guò)本文的分析，闡述了數(shù)字化技術(shù)對(duì)高層辦公建筑設(shè)計(jì)的影響，希望今后設(shè)計(jì)人員能夠合理、完美地運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)進(jìn)行以后的高層辦公建筑設(shè)計(jì)。