建筑设计计算机运用当前状态及思索

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[摘要]我国的计算机辅助建筑设计起步较晚，最早的应用可追溯到1958年，总体而言，知道上世纪90年代才开始在各大设计院推广应用。经过几十年的发展，计算机辅助建筑设计无论在设计表达还是在辅助进行设计构思过程中正发挥着越来越重要的作用。CAAD技术将向着集成化、智能化、标准化、宜人化的方向发展，它将成为建筑师在建筑设计的整个过程越来越不可缺少的得力助手。

[关键词]建筑设计计算机CAAD辅助设计

计算机辅助设计（ComputerAidedDesign，简称CAD）是一种辅助人们进行设计的智能工具，它把人类的善于学习联想以及富于创造性的优点与计算机运算高速、精确、存贮量大的特性结合起来，通过人机交互技术融为一体，让人和计算机之间进行信息交流，相互取长补短，从而使两者的优势都得到了充分的发挥。计算机辅助建筑设计（ComputerAidedArchitecturalDesign，简称CAAD）是这对建筑设计专业的需要而发展起来的CAD的一个重要分支。从广义上来说，CAAD系统的应用范畴囊括了从建筑设计问题的提出、可行性研究、总体规划、初步设计、技术设计、施工图绘制、设计文件、图表制作、施工计划制定与事实、房屋建成后的管理、维护、设备的更新换代等等，直至建筑最终被拆除的全过程。从狭义上讲，CAAD系统仅仅局限于建筑设计过程中的计算机辅助设计，而不包括设计前期的调研和相关的可行性研究，以及建筑建成后的计算机辅助管理过程。

一、计算机辅助建筑设计的特点及应用现状

1．计算机辅助建筑设计的特点

在一般的建筑设计中，建筑构思的过程通常包括策划、方案设计、初步设计、深入设计，施工图设计等几个阶段。首先在充分理解了建筑主题和要求的基础上，提出初步的设计构想，并对此不断地丰富和完善，对可行性进行反复推敲和评测。从而不断改进形成最终的设计图。从对设计理解到形成一个可行的设计方案，这中间不仅完成抽象概念到具体模型的转化过程，也是一个整个思维的修正过程。如何能将抽象化思维化的东西用具体的实物表现出来，让人们能够对他进行研究和修改呢？传统的方法是建筑模型的构建，把设计师的构想，用模型的形式制作展示出来，但从最初的设计到最终的完善，要经历无数次的修改，模型的反复制作必定是一个复杂而繁琐的过程。计算机技术的发展，为我们很好的解决这个问题，提供了基础。众所周知，计算机图形设计及建模技术已经广泛的应用于各个领域。利用计算机3D模型的建立，不但可以真实的反应出设计者的思路，也可以不受角度的限制全方位的进行修改和校正，同时大大省去了反复制作模型所占用的时间，使设计者可以专于构思，高度的真实效果，更有助于激发设计灵感和完善设计结果。

随着计算机辅助建筑设计的优势计算机软件技术功能的逐渐强大，也有效的解决了建筑设计过程中很多从前无法定量的问题。要素的定量化分析可以成为建筑师进行设计时的一种非常有效的手段，因为在一个信息化技术为主导的理性化的时代里，只有它可以是建筑师处于紧紧把握艺术要求的境地。随着建筑设计的发展，建筑师需要越来越多的和其他专业方面的人协同工作，协同工作的前提是交流，而交流的前提是相互理解的语言。定量化的方法给予建筑师在与工程师、经济学家等关于数字打交道的人士贯彻自己的意图。数字可表明的依据往往要比凭感觉而不能核查的论证能期待获得大得多的反响。使建筑师的必要要求将比以前更经得起推敲。

计算机辅助建筑设计具有其独特的优势，因此在绿色建筑设计的整合设计中，计算机能够从不同的方面，成为辅助建筑设计者进行设计构思的好助手。它改变了传统设计过程中以经验和直觉判断为基础的建筑形式生成模式，使得建筑形式转变为理性思维的结果。从而保证建筑设计的科学性和合理性。

2．计算机辅助建筑设计的应用

计算机辅助设计在建筑领域的具体应用目前主要集中在以下几个方面：

（1）建筑设计的表现与表达

在设计的表现与表达方面，CAAD主要通过计算机绘图系统、3D模型、动画等等来实现，就目前的情况而言，在建筑领域已经得到广泛的应用和普及。

（2）提供良好的设计交流与合作平台

网络文件打印、共享系统、视频会议系统则为设计交流提供了异常便捷、直观的实现手段。但计算机在这方面只能算是一种工具，或交流媒介。除了省时省力之外，计算机对于实际的设计过程影响不大。

（3）为设计分析和研究提供有力的必要的统计、分析手段和评价工具

在设计分析和研究方面，CAAD主要通过各种模拟手段（光能传递和日照分析、热工分析与模拟、声场的分析与模拟、消防的研究与验证等）、数据的统计分析研究、分形系统、专家系统、虚拟现实等为设计过程提供了更为理性的研究手段。这方面的应用也很广泛，尤其是在建筑的性能等方面，如所设计建筑物的能量消耗，室内采光是否合格，通风状况，建筑物遮阳等等。

（4）生成设计

生成设计就目前而言是一种新型的设计方法，主要是通过遗传算法、智能设计等研究方法来实现。这是一个许多研究者关注的领域，但迄今为止还没有能够在实践应用中达到理想的效果。

二、计算机辅助建筑设计的发展趋势

目前在建筑设计领域CAD利用主要局限于图纸绘制以及建筑方案表达。这是追求设计过程效率化的一种利用方式。可以将这种利用方式中计算机的作用称之为“手的延长”。我们还应该在追求效率化的同时，充分利用计算机的特长来帮助设计者提高设计的创造性，即让其真正成为“脑的延长”。虽然作为设计者的“脑的延长”，目前计算机的利用还远远未得到普及，但是就现在建筑设计领域中对计算机利用的一些新尝试来看，在不远的将来，计算机辅助设计将不仅仅局限于辅助绘图，而会在更广阔的领域中发挥作用，特别是在对建筑设计思考的支援方面。至少在以下三个方面已经进行了一些尝试性的实践。

（1）建筑形态生成工具：这主要包括两个方面的内容，一个是利用计算机三维形态操作的灵活性与方便性，创造出通常手工模型或是草图所难以表达的形态与空间，即在空间形态创新上支援设计者的设计创造活动。建筑形态生成在另一个方面的运用就是，按照预先设定的要求条件进行形态生成，已获得满足设计者要求的形态空间模式的设计方案。

（2）模拟技术：运用计算机技术建立数学模型，通过模拟使用者在建筑中的行为，来预测、评价空间利用的有效性、建筑防灾设计的安全性等各项指标，将评价结果反馈到建筑方案设计中从而对建筑的规模、空间组织作出优化的决策。

（3）建筑设计专家系统（expertsystem）：建筑设计专家系统是指，系统使用者通过一些简单的设计条件输入就可以获得所需要的一系列满足设计条件的建筑方案结果。与建筑设计专家系统相关的研究虽然从60年代就已有研究者开始进行研究，特别是在建筑平面布局的自动生成方面的研究尤为集中，基本上始终停留在研究阶段而未能实用化。由于建筑设计创造活动的特殊性，要开发能完全代替设计者进行自动设计的系统至少就目前的计算机技术来说是不可能的。不过，在一定的限定应用范围内，建筑设计专家系统在某种程度上得到了实现。

三、结语

计算机辅助建筑设计进一步发展还需要将计算机科学应用到实用技术的开发中，如运用新的数字模拟技术、图像处理技术，以及分形理论、模糊理论、拓扑学理论、图形学理论等能在更为抽象的层次上描述人与建筑空间、环境等要素及相互关系的有力工具。还需要将建筑学自身的知识加以系统化和科学化，具体是指需要将传统的建筑学知识体系以计算机利用为前提加以重新整理，以更好地适应新的建筑创作环境。在科学飞速发展的今天，在计算机辅助建筑设计领域中，无论是单纯的建筑学专业或者是计算机专业的工作者都无法胜任计算机辅助建筑设计方面的研究工作，因此迫切需要进行跨专业人才的培养。