試論從二維走向三維的計算機輔助建筑設計

陳宏旭

摘要：新時期，計算機行業發展程度已經成為了一個國家綜合實力的象征，而在建筑行業之中，計算機輔助建筑設計是該行業發展的不竭動力，相關工作人員需要提高重視程度.本文對二維環境下的建筑設計和三維設計基礎進行總結，并從三維環境下的建筑空間設計、三維環境下的工作方式、計算機輔助節能設計、三維環境下的建筑造型設計四方面，論述了三維環境下建筑設計的具體方法.

關鍵詞：計算機輔助;建筑設計;二維環境;三維環境

中圖分類號：TU201.4? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）01-0100-03

隨著計算機技術和信息技術的不斷發展，不僅為設計精度和深度帶來了更高要求，也帶來了很多工具和方式.而在計算機輔助建筑設計上，需要做好軟硬件技術的充分應用，與CAAD領域發展相適應，為建筑行業帶來更多的社會經濟效益.盡管二維設計可以提升繪圖質量和效率，但站在建筑行業本身發展情況來看，更需要在短時間內做出更好的設計，進一步提升自身的市場競爭力.

1 二維環境下的建筑設計

1.1 設計過程

建筑設計主要包括兩個階段，即初級方案設計階段和施工圖設計階段.在初級方案設計過程中，主要是設計工作人員依靠自己的創意好經驗建立過個設計方案，此時大多數設計仍然處于模糊設計狀態;在施工圖設計階段之中，主要是對上一階段中的設計內容進行完善，施工圖是建筑設計中的主要依據，需要將精確性和完整性特點展示出來[1].該階段涉及的設計工作很多，內容也極為復雜，需要對美觀、結構、經濟等因素進行充分考慮.在施工圖階段中也十分重視不同環節之間的協調配合，需要進行反復的優化調整，并對施工圖進行修改完善，從而將自身的設計理念完美地呈現在人們眼前.另外，施工圖設計主要以二維設計平臺為基礎.

CAD便是其中一種常見的精確圖紙信息的設計技術，可以為修改和重復操作等提供便利條件.但該設計過程也存在很多弊端，這種類型的二維設計平臺，不能滿足人們對于三維設計工作的基礎要求，從而帶來一些不便[2].如CAD軟件在應用過程中容易分散設計人員的注意力，無法將全部精力集中到設計方案之中，進而導致設計拓展空間受到了限制.除此之外，CAD技術能夠通過計算機將方案準確表達出來，但是卻無法明確展示出設計師的設計靈感，在這種精致繪圖模式下，反而對設計師靈感形成一種限制.一旦完整形態的設計理念被圖形化，具體的靈活動態思想將會被固定和分離，讓各個設計部分缺乏協調性.

1.2 二維設計的評價

在二維設計的作用下，整體設計會出現創意與建造的相互分離，部分設計思維無法在計算機上呈現出來，該種線性設計對建筑設計整體產生了很大的消極影響.站在我國建筑設計角度來說，設計計劃的制定來源于具體的設計目標，以施工圖的形式進行施工工作[3].在此過程中，無法將設計目標更好地突顯出來，也不具備合理的指導和評價.除此之外，很多設計人員習慣于獨立開展工作，無法與其他團隊的工作人員進行實時溝通，導致設計工作流程過于封閉.由于建筑環境不同，具體的設計工作也應該根據具體情況進行改進，不能一蹴而就，如果整個設計工作都是在二維狀態下開展，將會為整個建筑工程帶來極大的安全隱患.從在這里也可以看出，二維建筑設計需要進一步改變，面對新的要求和指標規范，人們應該以先進的計算機輔助設計為主，為建筑行業創造新的發展局面.

2 三維設計的實現基礎

2.1 建筑信息模型的提出

建筑信息模型也是人們常說的BIM，近年來在建筑行業之中頻繁出現，該理念來源于美國佐治亞技術學院，其中綜合了幾何模型信息、功能要求和構建性能，將具體建筑生命周期之中的所有信息整合在模型之中，進而對整個建筑過程進行控制.整體來看，建筑信息模型屬于建筑學及工程學的新建設工具.建筑信息模型一詞由Autodesk創造，以三維立體圖形為主，完成與建筑學相關的電腦輔助性設計.如圖1所示.簡單來說，通過建筑信息模型的作用，人們可以將建筑模型轉化成數碼形態，在模型之中，除了幾何之外，所有構建信息均會包含一些建筑工程數據.在這些數據的幫助之下，可以為人們提供一些系統計算依據，并根據具體數據計算出想要的信息.該信息在表達上可能會有多種形式，如平面、立面、剖面等等，從而為后續建筑設計創造有利條件[4].

2.2 建筑設計信息標準化

在整個BIM標準化過程中，主要涉及的內容有兩方面，首先是信息模型數據的標準化，涉及到的技術問題主要包括數據結構和數據的管理和輸入輸出;另一個是建筑模型的標準化，涉及到的問題有材料配件和設計標準等.在有了準確的標準之后，信息交換和共享問題便會得到解決，為系統交流提供共同語言，讓數據在不同系統之中流轉起來[5].在CAD發展過程中，很多企業和設計人員產生了一些矛盾，這主要是缺乏信息標準所導致的，更沒有相關公司的支持.現如今，BIM成了建筑行業中具有代表性的計算機輔助設計方式.在此過程中，人們需要從電子繪圖轉變到模型上，為信息共享和數據交換奠定基礎條件.很多國家和領域專家對BIM發展提供了很多支持，并建立起BIM條款，如果沒有這些標準的配合，BIM也僅僅是一項普通的技術.BIM技術在建筑生命周期管理中的應用如圖2所示.

2.3 建筑生命周期管理

在傳統建筑設計過程中，不同的設計階段會產生不同的信息，而且這些信息具有復雜性特點[6].BIM成功實現了信息創建工具的具體化發展，在其中構建出一致性和兼容性等特點，最終整合成一個完整的建筑信息模型.另外，在具體建筑設計上，不同階段需要解決的問題也不同，而且隨著設計工作的全面深入，前一段設計結果，將會成為后續設計工作開展的前提條件.為了確保計算機輔助建筑設計的科學性，設計人員需要根據實際情況對設計方案進行修改.通過各個階段之間的彼此聯系，人們可以將不同的設計階段整合成一個整體，確保建筑物生命周期設計過程的完整程度.隨著BIM技術的深入應用，人們需要從建筑設計角度著手，構建出完整的數字化建筑信息，換句話說，也正是由于BIM技術的應用，將建筑信息的創建方式和創建過程徹底改變.

3 三維環境下建筑設計的具體方法

3.1 三維環境下的建筑空間設計

二維環境下的建筑空間設計主要依賴于建筑設計人員的空間想象能力，而且建筑師們無法根據實際情況對內部建筑空間進行感受.由于建筑空間設計具有很強的連續性特點，單幅二維空間在表現過程中完全不能將空間序列展示出來.隨著計算機技術的不斷發展，人們可以對虛實空間進行整體性利用，展示出更強的聽覺和視覺效果，最終實現交互式漫游設計.在虛擬與現實的交錯下，建筑模型不僅可以將表面材質展示出來，還能展示出具體的材料屬性，并對建筑構件之中的信息資料進行查驗.而在具體的建筑空間設計過程中，設計人員可以根據方案體驗了解具體的建筑空間細部條件，并將材質和光影效果等虛擬出來，及時發現設計中存在的不足之處，做到方案的及時調整，最終將方案階段存在的矛盾徹底解決.總而言之，由于建筑信息模型的出現，為虛擬現實技術的實施創造了穩定條件，而且在具體的建筑設計上提供了與建筑互動的推敲方式[7].

3.2 三維環境下的建筑造型設計

建筑設計的信息化將傳統設計人員的繪圖過程徹底顛覆，在二維設計模式的作用下，設計人員通常會根據實際情況，對表現圖紙進行確定，而且在建筑信息模型建設上，主要涉及以下兩個步驟[8].首先，設計人員需要對造型設計進行適時調整，提升造型的準確程度，確保整個設計工作與預期效果相符.另外，技術的發展增加了建筑構思的廣闊程度，在功能、環境等方面也能實現最佳組合效果.為了表達出更多內容，設計人員也會依據最初的構思形式，將方案的繪制過程和造型表達過程有效結合在一起，最終實現對原有構思方案的完善和創新.例如，美國當代建筑設計大師法蘭克蓋里屬于建筑信息模型使用的先驅人物，尤其是在信息模型應用上做出了很多嘗試，證明了技術發展與設計變革存在很大關系.

3.3 計算機輔助節能設計

建筑節能的設計目的主要是對資源進行充分利用，進而實現該行業的可持續發展[9].另外，由于建筑行業的能源消耗量巨大，資金浪費和生態破壞成為了社會各界人士關注的焦點.在可持續發展觀的影響下，建筑行業需要實現建筑材料的有效節約，尤其是在內外層構造設計上，人們應該將能源收集效率激發出來，避免室內能源出現消散情況，實現人類居住環境和自然界的全面平衡.在生態系統良性循環狀態之下，人們需要將主體工作與綠色建筑材料結合在一起，將計算機輔助節能效果展示出來.例如，在樓板澆蓋過程中，如果沒有將設計圖紙之中的鋼筋水泥配比系數展示出來，并將最大的承載負荷忽略，很容易導致樓板產生裂縫.所以說，在具體的建筑構造設計過程中，任何一個細節問題均不能被忽視.在三維模式下，可借助計算機的優勢，從綜合角度考慮建筑節能標準對建筑設計的要求，確立出建筑照明系統、溫度調節系統等節能設計要點，并在計算機的輔助作用下，將其整合成三維建筑節能設計模型，最終實現節約能耗目的.

3.4 三維環境下的工作方式

二維環境向三維環境的轉換，主要是工作思路和方式的轉變過程，在這種全新工作形式的作用之下，我國建筑行業的發展勢頭將會更加迅猛.在傳統建筑設計過程中，容易對時間和空間產生過多依賴，信息傳輸方式也十分落后，進而導致信息在傳遞過程中出現失真情況，對工作效率的提升產生了阻礙.另外，在建筑信息模型展示上，將傳統的信息傳輸問題解決，確保軟件以及系統之間的信息交流具備流暢性特點.而在具體三維建筑信息模型應用上，可以降低專業工具在信息交流過程中出現的失誤頻率，整個設計工作也能通過各個工作人員的配合實現協同設計，一旦出現建筑設計問題，設計師們也能及時進行溝通[10].

4 總結

綜上所述，在二維CAD應用上，除了為建筑設計行業帶來便利因素之外，也在應用上出現了很多新的問題.隨著科學技術的不斷發展，建筑設計工作也會變得越來越復雜，這也讓二維設計平臺問題更加突出.而這些不足之處可以通過三維模型設計進行彌補，將各個設計部分聯系在一起，突顯出更多的經濟效益.

參考文獻：

〔1〕仇根根，呂琴音，裴發根.大地電磁三維模型二維反演計算數值模擬分析[J].物探與化探，2018，42（04）：791-797.

〔2〕唐敦兵，張澤群，魏鑫.面向數字化車間的介入式三維實時監控系統[J].中國機械工程，2018，29（08）：990-999.

〔3〕郭福生，吳志春，謝財富.江西相山火山盆地三維地質建模的實踐與思考[J].地質通報，2018，37（Z1）：421-434.

〔4〕孟志偉.基于計算機輔助設計技術的建筑模型構建問題分析[J].無線互聯科技，2018，15（19）：149-150.

〔5〕張彩.計算機軟件在建筑設計課程教改中的融合運用[J].山西建筑，2018，44（28）：251-253.

〔6〕溝增輝.基于計算機輔助軟件的建筑裝飾工程設計效果表達[J].自動化與儀器儀表，2017（11）：122-124.

〔7〕馬守恒，郭曉玉.計算機輔助設計在建筑設計教學中的應用與思考[J].建筑與文化，2018（07）：197-198.

〔8〕黃沖，任曉旗.建筑裝飾設計中計算機技術的運用研究[J].信息記錄材料，2018，19（07）：91-93.

〔9〕任曉旗，黃沖.計算機輔助設計在建筑裝飾裝修施工中的應用[J].信息記錄材料，2018，19（07）：113-114.

〔10〕籍仙榮，王亞平.計算機模擬在建筑聲環境設計中的應用研究[J].建設科技，2018（05）：57-59.