計算機(jī)技術(shù)在建筑設(shè)計中的應(yīng)用探析

寧 潔

（長安大學(xué)建筑學(xué)院建筑系,陜西西安,710018）

建筑設(shè)計既要滿足工程項(xiàng)目的需求，又要富有藝術(shù)美，它是集繪畫、雕塑等技術(shù)為一體。所謂計算機(jī)建筑畫就是指通過相關(guān)繪畫軟件完成繪制過程中的建模、渲染、后期制作、文件編制以及信息表達(dá)工作。從某種程度上而言，只要是手工能夠繪制出的建筑畫，同樣也能通過計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用來完成。

1 計算機(jī)與建筑的關(guān)系

1.1 計算機(jī)在建筑設(shè)計中應(yīng)用現(xiàn)狀

早在計算機(jī)的初始階段，一些專家學(xué)者就認(rèn)識到要將計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到建筑領(lǐng)域中。直至當(dāng)今，建筑領(lǐng)域中的計算機(jī)應(yīng)用技術(shù)取得了巨大的進(jìn)步，以往的計算機(jī)建筑畫是由單一化的立面渲染而來，現(xiàn)在，計算機(jī)建筑畫已經(jīng)達(dá)到了三維動態(tài)效果，這無疑是進(jìn)一步推動建筑行業(yè)的發(fā)展。如今的計算機(jī)動態(tài)性建筑畫給人的感覺仿佛是置身其中，通過多媒體網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的使用，將圖像、文字以及聲音有效結(jié)合起來，賦予建筑畫的生動形象化，打破了傳統(tǒng)紙質(zhì)建筑畫的局限性，不但增強(qiáng)建筑畫的設(shè)計效果，而且還降低了成本，減少了人力物力的消耗。

1.2 建筑領(lǐng)域中計算機(jī)技術(shù)應(yīng)用存在的問題與爭議

現(xiàn)代化的計算機(jī)技術(shù)在建筑領(lǐng)域中發(fā)揮著十分重要的作用。紙質(zhì)不再是建筑師制造建筑畫的唯一的載體選擇，取而代之的計算機(jī)發(fā)展中應(yīng)用到的磁盤、光盤等電子載體。不過雖然計算機(jī)技術(shù)在建筑領(lǐng)域中的作用是無可替代的，但是在實(shí)際應(yīng)用中仍然存有缺陷性：

(1)計算機(jī)始終只是一個輔助工作，其不可能具備人的專業(yè)性思維與觀念，從而對于具有整體性、不可分割的建筑設(shè)計工作而言，并不能全程依靠計算機(jī)。比如在建筑設(shè)計的主觀性因素、文化因素以及其他復(fù)雜性因素，計算機(jī)都不能對此進(jìn)行處理，這些方面需要靠建筑設(shè)計師自行解決。

(2)計算機(jī)做為輔助性工具只要在迎合實(shí)務(wù)設(shè)計需求下才能發(fā)揮最大作用。

(3)對文法方式的探討并不能對建筑設(shè)計起到重大的作用，畢竟語言描述與實(shí)際的設(shè)計效果是存有很大差異的。

實(shí)際設(shè)計中，建筑畫涵蓋了設(shè)計師的設(shè)計靈感、自身素質(zhì)、社會經(jīng)驗(yàn)以及內(nèi)心情感等等多方面，這些都可通過建筑畫表露出來，從而形成建筑師的設(shè)計風(fēng)格。雖說目前的計算機(jī)輔助設(shè)計能夠達(dá)到這一效果，但是對建筑師設(shè)計前期的思維與觀念依舊未起太大作用。因此，建筑領(lǐng)域的計算機(jī)輔助技術(shù)還需進(jìn)一步發(fā)展，從形象思維角度出發(fā)，逐漸實(shí)現(xiàn)計算機(jī)技術(shù)的智能化，從而實(shí)現(xiàn)建行業(yè)的跨越式進(jìn)步。

2 計算機(jī)為建筑設(shè)計注入了新的活力

隨著高科技時代的發(fā)展，計算機(jī)在建筑領(lǐng)域的作用越來越重要，已經(jīng)成為建筑設(shè)計的重要組成部分。社會經(jīng)濟(jì)的不斷增長以及能源不足的等現(xiàn)象，要求建筑設(shè)計師在針對設(shè)計耗能較大的建筑物時，除了要注重其實(shí)用與美觀，還應(yīng)重視建筑物的節(jié)能性質(zhì)。對此，有關(guān)這些方面新型計算機(jī)軟件的研發(fā)則在很大程度上完善建筑設(shè)計，從而促進(jìn)建筑節(jié)能得以規(guī)范化實(shí)施。

2.1 有關(guān)建筑能源消耗模擬性軟件的應(yīng)用

因?yàn)楣?jié)能標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施直接取決于建筑能源消耗模擬的效果，所以，國外的許多能源機(jī)構(gòu)組織就一種或者多種的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)研發(fā)了一些有關(guān)建筑能源消耗模擬性的軟件，根據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，僅僅美國這一個國家，就已經(jīng)研發(fā)了77 種，當(dāng)中極具典范性的要屬美國的能源部和美國勞倫斯伯克利國家實(shí)驗(yàn)室研發(fā)的DOE-2 以及在相應(yīng)的DOE-2 內(nèi)部其他軟件伊、利諾斯大學(xué)研發(fā)的BLAST 以及美國可持續(xù)建筑工業(yè)委員會投資研究的Energy-10 等等。

2.2 數(shù)學(xué)物理模型的設(shè)計

計算機(jī)技術(shù)水平的大幅提高，使得計算處理容量和運(yùn)算速度取得較大進(jìn)步。現(xiàn)在，隨著計算機(jī)的廣泛應(yīng)用，人們可以實(shí)現(xiàn)對建筑物整體構(gòu)造的動態(tài)模擬，并且從中將過程識別理論、隨機(jī)統(tǒng)計理論以及模糊邏輯理論與筑熱工過程中所誕生的譜分析法、隨機(jī)分析法以及模糊數(shù)學(xué)法等模型緊密聯(lián)系起來，以此確保建筑熱工程、建筑能源消耗系統(tǒng)的模擬更加接近現(xiàn)實(shí)效果。當(dāng)前國際市場有關(guān)能源消耗模擬軟件主要以建筑物整體構(gòu)造的動態(tài)模擬為主，采用的算法包括反應(yīng)系數(shù)法和熱流平衡法。

2.3 軟件編程語言的使用

Formula（Formula Translation）不僅被廣泛使用在科學(xué)和工程計算中，而且還被推廣應(yīng)用與建筑熱工模擬的領(lǐng)域之中。但是唯一不足的是，F(xiàn)ortran 編程語言只能應(yīng)用于傳統(tǒng)的DOS 操作系統(tǒng)中，從而導(dǎo)致人們在軟件的使用中存在難度。比如由美國所研發(fā)的DOE-2 軟件，盡管是知識淵博、經(jīng)驗(yàn)豐富的高級計算機(jī)工程師要想實(shí)現(xiàn)對全部數(shù)據(jù)的輸入，也會消耗他很長的時間。但是，伴隨著微型計算機(jī)中Windows 操作系統(tǒng)的推廣與使用，再加之編程技術(shù)水平的不斷提高，高性能的用戶界面類的應(yīng)用軟件從此誕生并逐漸發(fā)展，以往依附于DOS 操作系統(tǒng)中的相關(guān)編程也漸漸轉(zhuǎn)移到Windows 系統(tǒng)當(dāng)中，有效的幫助建筑師在設(shè)計中的軟件應(yīng)用，提高了建筑設(shè)計效果的科學(xué)性。

3 計算機(jī)應(yīng)用于建筑設(shè)計中的注意要點(diǎn)

3.1 盡量減少模型數(shù)量，注重提高渲染速度

渲染是計算機(jī)建筑畫制作過程的重要環(huán)節(jié)，所以，怎樣提高渲染速度已成為建筑師在應(yīng)用計算機(jī)制圖時重點(diǎn)關(guān)注的問題。通常減少模型數(shù)量、減少物體面數(shù)，簡化模型構(gòu)成，都能實(shí)現(xiàn)渲染速度的提高。因此，在計算機(jī)建筑畫制作過程中,一方面，應(yīng)注意減少建筑動畫中的物體數(shù)量，科學(xué)規(guī)劃建筑動畫的內(nèi)容，對于建筑模型需要重點(diǎn)突出，而相應(yīng)的配景分布則應(yīng)適當(dāng)，夠用即可。另一方面，應(yīng)盡量減少物體的面數(shù)，針對動畫中具有必要性的模型，看不到的面可以省去。同時，還需注意簡化模型的段數(shù)，不可制作太多的段數(shù)。除此之外，還應(yīng)該注意解決渲染設(shè)置、燈光類型、陰影類型、貼圖以及渲染器等方面的問題，從而實(shí)現(xiàn)渲染速度的提高，增強(qiáng)渲染效果。

3.2 重視計算機(jī)建筑畫后期處理工作的落實(shí)

建筑領(lǐng)域的計算機(jī)應(yīng)用的另一注意要點(diǎn)是計算機(jī)效果圖的處理。計算機(jī)效果圖后期處理工作直接關(guān)乎建筑畫的整體質(zhì)量，高效的處理能夠使畫面變得更加豐富多彩、形象生動。然而在實(shí)際應(yīng)用中常會出現(xiàn)這樣的缺陷：因?yàn)橛嬎銠C(jī)極易豐富畫面，所以，部分建筑師在制作計算機(jī)效果圖時過于注重形式，畫面的主題內(nèi)容不明確；還有一些建筑師在進(jìn)行建筑畫的后期貼圖工作時，難以準(zhǔn)確把握模型尺寸，分布不均，過于放大人和汽車等配景，建筑物的模型不夠顯眼，從而使得畫面整體不和諧，過于復(fù)雜化。

目前就計算機(jī)在建筑領(lǐng)域的應(yīng)用而言，可以發(fā)現(xiàn)有些計算機(jī)效果的制作并不能全面展示建筑設(shè)計師的技能水平，特別體現(xiàn)在環(huán)境光處理的工作中。隨著計算機(jī)的不斷更新發(fā)展，微型計算機(jī)可以實(shí)現(xiàn)這一功能，這將在計算機(jī)建筑畫處理過程中發(fā)揮重大作用，它可以實(shí)現(xiàn)畫面的和諧化、簡單化，寫實(shí)化，進(jìn)而使得動畫效果變得更加生動形象。計算機(jī)建筑畫的制作遠(yuǎn)不同于手工繪制的建筑畫，手工繪制的建筑圖通常依靠一定的繪圖工具，但計算機(jī)建筑圖則常會用到一些繪圖軟件，并且這些軟件會隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展而升級，所以，建筑設(shè)計師應(yīng)定期掌握新型軟件的知識，以便于更好地完成計算機(jī)建筑畫。

隨著計算機(jī)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，計算機(jī)建筑畫必將現(xiàn)代建筑行業(yè)發(fā)展的必然趨勢，它不但可以多視角全方位的展示建筑物，而且在很大程上減少了人力、物力以及時間的消耗，有效促進(jìn)了建筑工程的項(xiàng)目進(jìn)展。筆者相信，在未來的建筑領(lǐng)域中，計算機(jī)的功能作用將會變得越來越多，為此，計算機(jī)也將會成建筑領(lǐng) 域中必不可少的現(xiàn)代化工具。

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