計(jì)算機(jī)輔助模型在建筑設(shè)計(jì)中的協(xié)同與應(yīng)用

吳曉娥

廣州紫泉房地產(chǎn)開發(fā)有限公司（510990）

對(duì)于任何一個(gè)建筑設(shè)計(jì)項(xiàng)目,創(chuàng)作思維階段的表達(dá)方式是多樣的，如文字表達(dá)、草圖表達(dá)、模型表達(dá)和計(jì)算機(jī)表達(dá)等等。在創(chuàng)作中，建筑師要運(yùn)用這些表達(dá)方式來(lái)展示構(gòu)思與促進(jìn)構(gòu)思圖。在所有表達(dá)方式中，模型是設(shè)計(jì)表達(dá)的重要手段，通過(guò)模型，可以直觀地體會(huì)到設(shè)計(jì)的結(jié)果。然而在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，模型僅僅用來(lái)表現(xiàn)設(shè)計(jì)的最后結(jié)果，往往忽視了模型的設(shè)計(jì)功能和推敲方案的作用。

建筑業(yè)有多層次的交流需求,其中包括圍繞項(xiàng)目召開的市政規(guī)劃和勘察及建筑等專業(yè)之間的交流,也包括建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑與其他專業(yè)之間的協(xié)作。而“計(jì)算機(jī)支持的協(xié)同設(shè)計(jì)工作”系統(tǒng)是加強(qiáng)各專業(yè)間協(xié)作最直接、最有效的途徑。計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)技術(shù)如今已逐漸滲透到設(shè)計(jì)構(gòu)思的過(guò)程之中。設(shè)計(jì)者對(duì)于軟件技術(shù)的依賴性越發(fā)凸顯，計(jì)算機(jī)技術(shù)的運(yùn)用已成為方案分析、推敲的重要手段[1]。

1 建筑模型概念

作為建筑設(shè)計(jì)“語(yǔ)言”之一的建筑模型，是設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)構(gòu)思階段，為了驗(yàn)證建筑初步方案能否可行，或?yàn)榱搜芯吭O(shè)計(jì)中具體問(wèn)題而特別制作的整體或局部模型,成為建筑師整個(gè)設(shè)計(jì)構(gòu)思過(guò)程中的視覺表達(dá)手段。而建筑方案設(shè)計(jì)程序大體上是由項(xiàng)目分析、資料搜集、設(shè)計(jì)立意、方案構(gòu)思、多方案比較、方案調(diào)整、方案表達(dá)等幾個(gè)階段組成。其中方案構(gòu)思階段是整個(gè)建筑創(chuàng)作過(guò)程的主要階段,以建立三維數(shù)字模型作為建筑設(shè)計(jì)中圖形思維的載體進(jìn)行建筑設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)者通過(guò)這種方式將自己的設(shè)計(jì)理念透過(guò)平面圖示和空間模型表示出來(lái)，提供自己繼續(xù)修改和發(fā)展之用。在這一階段里，建筑設(shè)計(jì)者不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題,設(shè)計(jì)構(gòu)思也就在問(wèn)題不斷發(fā)現(xiàn)和解決的循環(huán)中得以發(fā)展和深入，并趨于完善。

2 實(shí)體模型在設(shè)計(jì)中的作用與局限

制作實(shí)體模型是建筑師用于研究構(gòu)思和表現(xiàn)方案的重要手段，一直在設(shè)計(jì)中發(fā)揮重要的作用。然而由于制作實(shí)體三維模型需消耗大量時(shí)間，且不便于實(shí)時(shí)修改調(diào)整，而且無(wú)法深入進(jìn)行非線性曲面形體的空間設(shè)計(jì),導(dǎo)致模型與設(shè)計(jì)者之間的互動(dòng)反饋時(shí)間間隔及難度加大，降低了工作效率，甚至影響設(shè)計(jì)結(jié)果。目前，在我國(guó)，在設(shè)計(jì)過(guò)程中制作工作模型來(lái)研究推敲設(shè)計(jì)并不普及,導(dǎo)致無(wú)法以三維的狀態(tài)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在一定程度上影響我國(guó)建筑設(shè)計(jì)水平及發(fā)展[2]。

3 計(jì)算機(jī)輔助建筑模型特征

計(jì)算機(jī)輔助數(shù)字化模型是設(shè)計(jì)中圖形思考的新載體，具備傳統(tǒng)思維載體如草圖、實(shí)體模型所不具備的特征，是社會(huì)信息化的產(chǎn)物[2]。

1）易于編輯性

目前市場(chǎng)上提供的三維軟件產(chǎn)品，大多提供直觀的建立模型的方法，設(shè)計(jì)者可以方便地修改模型的形式，通過(guò)調(diào)節(jié)模型材質(zhì)的參數(shù)及紋理貼圖,可比較不同的構(gòu)思及模擬不同材質(zhì)產(chǎn)生的效果。

2）可視化交流性

計(jì)算機(jī)輔助數(shù)字模型可以從任意角度對(duì)形體以及內(nèi)部空間進(jìn)行觀察;對(duì)一處進(jìn)行的修改可以實(shí)時(shí)反映在其他方面并從任意角度觀察其效果,幫助設(shè)計(jì)者做出正確的判斷.以Graphisoft公司提供的ArehiCAD為例，以建立三維數(shù)字模型為開始，融合制圖功能.建筑師可以直接修改三維模型，也可以修改平、立、剖面圖，而所作修改都會(huì)同時(shí)反映在三維模型上。

3）時(shí)效性和簡(jiǎn)便性

這種特征是由設(shè)計(jì)者構(gòu)思階段的思維特征所決定的，是創(chuàng)作者最活躍、最豐富的靈感思維的體現(xiàn)。一個(gè)設(shè)計(jì)想法出現(xiàn)，需要迅速以模型形式展現(xiàn)出來(lái)以供設(shè)計(jì)者進(jìn)行推敲，當(dāng)模型形象通過(guò)眼睛反饋到大腦中，新的想法被激發(fā)，設(shè)計(jì)者又需要重新制作模型或修改原模型。所有這些都要求工作模型便于迅速制作和修改,計(jì)算機(jī)輔助建筑模型可以承擔(dān)塑造了構(gòu)思模型特征的重?fù)?dān)。

4 建立計(jì)算機(jī)輔助模型進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)與協(xié)同的機(jī)制和方法

4.1 計(jì)算機(jī)輔助模型在建筑設(shè)計(jì)與協(xié)同中的機(jī)制

建筑工程設(shè)計(jì)是多工種圍繞項(xiàng)目展開的協(xié)作過(guò)程。建筑設(shè)計(jì)任務(wù)通常劃分成若干階段，每個(gè)階段都安排建筑、結(jié)構(gòu)和水暖電等工種，每個(gè)工種配備不同職責(zé)的設(shè)計(jì)師。建筑設(shè)計(jì)過(guò)程通常由建筑設(shè)計(jì)開始,在其基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)和水暖設(shè)計(jì),但在設(shè)計(jì)過(guò)程中每個(gè)專業(yè)的修改都可能影響其他專業(yè)。因此，建筑工程設(shè)計(jì)的協(xié)同工作可分成服從、奪和兩者混合三種模式。

協(xié)同機(jī)制是建筑設(shè)計(jì)保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)的基本準(zhǔn)則,例如:目前應(yīng)用計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)(CAD)，可以解決建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中的建模、空間表達(dá)、優(yōu)化分析、工程制圖等，提高了工作效率。市場(chǎng)上也出現(xiàn)了大量的建筑繪圖軟件（如CAD、天正等）、結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件(PKPM、ETABS、SAP2000 等)、給排水、暖通空調(diào)及工程概預(yù)算等軟件。由于這些應(yīng)用軟件都是針對(duì)設(shè)計(jì)過(guò)程中的某一階段或某一專業(yè)獨(dú)立研制的,盡管各應(yīng)用軟件都基于同一個(gè)建筑模型,卻因?yàn)槿狈餐臄?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，而不能交換與共享數(shù)據(jù)模型,成為建筑工程集成化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的瓶頸。以建筑設(shè)計(jì)中最重要的建筑與結(jié)構(gòu)專業(yè)為例，建筑師構(gòu)造建筑模型后，應(yīng)用AutoCAD、天正等應(yīng)用軟件，將設(shè)計(jì)圖紙傳遞給結(jié)構(gòu)工程師。結(jié)構(gòu)工程師在理解建筑師的設(shè)計(jì)意圖后，應(yīng)用PKPM、或ETABS等結(jié)構(gòu)分析與設(shè)計(jì)軟件輸入結(jié)構(gòu)模型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)初步分析與設(shè)計(jì)，然后用AutoCAD軟件通過(guò)圖紙將修改后的設(shè)計(jì)意圖傳遞給建筑師。這樣的設(shè)計(jì)過(guò)程往往需要建筑師與結(jié)構(gòu)工程師多次重復(fù)勞動(dòng)。因此，在建筑設(shè)計(jì)中科學(xué)合理的協(xié)同機(jī)制是保證整個(gè)工作流程的關(guān)鍵?？梢詫⒈舜说姆制缧拚约白罱K解決。

4.2 三維數(shù)字模型在建筑設(shè)計(jì)與協(xié)同中的機(jī)制在實(shí)踐中應(yīng)用和方法[3]

1）主導(dǎo)作用是構(gòu)思階段

在建筑師進(jìn)行體形處理的構(gòu)思時(shí),利用體量分析模型斟酌各形體組成要素的比例和尺度關(guān)系，如重復(fù)、漸變、對(duì)比、均衡等。利用空間分析模型推敲空間組合關(guān)系，使得設(shè)計(jì)師更直觀地感受到復(fù)雜的建筑體量、空間與視覺的相互關(guān)系，更準(zhǔn)確地觀察建筑的各個(gè)角度,從而達(dá)到二維畫面所不及的空間功能和美感要求。有利于建筑方案的進(jìn)一步深入。當(dāng)工作模型確定后，整個(gè)方案也就有了基本雛形，因而構(gòu)思工作模型是建筑師花費(fèi)時(shí)間最多的階段。

2）輔助作用是設(shè)計(jì)階段

進(jìn)入到方案深入設(shè)計(jì)階段，對(duì)一些特殊的結(jié)構(gòu)形式，設(shè)計(jì)者即可利用構(gòu)架模型或是大比例的局部模型來(lái)探討結(jié)構(gòu)形式的合理性與可行性,也是建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)。而構(gòu)架模型的制作，直觀、準(zhǔn)確地展現(xiàn)了各細(xì)部節(jié)點(diǎn)，更加有效地幫助人們了解較為難以想象的新事物。

3）示范展示作用是成果階段

具有三維直觀模型能夠把建筑設(shè)計(jì)細(xì)部完美地表現(xiàn)出來(lái)，使模型成為重要的媒體角色和交流手段，在設(shè)計(jì)成果的匯報(bào)過(guò)程中。讓非專業(yè)人士對(duì)建筑有真實(shí)、直觀的認(rèn)識(shí)。此階段，建筑模型是建筑外型和環(huán)境的展示，更是設(shè)計(jì)者設(shè)計(jì)思想的表達(dá)。

5 小結(jié)

計(jì)算機(jī)輔助模型表達(dá)方式因其直觀性、真實(shí)性和較強(qiáng)的可體驗(yàn)性彌補(bǔ)了圖示表達(dá)帶來(lái)的問(wèn)題,建有利于展示建筑創(chuàng)作過(guò)程中問(wèn)題的集結(jié)點(diǎn)和保持思維的開放性。筑師們已經(jīng)能夠熟練地運(yùn)用各種軟件來(lái)表達(dá)復(fù)雜的空間,通過(guò)計(jì)算機(jī)輔助模型對(duì)建筑體量、空間尺度上及比例等進(jìn)行推敲構(gòu)思，因此，利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、多媒體以及數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等多項(xiàng)計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)歷史管理、協(xié)同過(guò)程控制等功能,建筑模型的有效性和可實(shí)現(xiàn)性已經(jīng)通過(guò)實(shí)驗(yàn)開發(fā)驗(yàn)證，并得到中國(guó)建筑領(lǐng)域的認(rèn)可。

[1]劉烈輝.計(jì)算機(jī)新技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究[J].南方建筑,2004(6):100～102.

[2]鄧雪原,張之勇.計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)軟件間的信息共享與交換[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006(1):54～58.

[3]鄧雪原,張之勇.計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)軟件間的信息共享與交換[J].湖南科技大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2006(1):54～58.