數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用探討

劉廣忠 林 旭

（阜新二建工程有限公司 遼寧阜新 123000）

前言

傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)中，計(jì)算機(jī)一般以發(fā)揮輔助作用為主，許多建筑設(shè)計(jì)者僅僅局限在利用計(jì)算機(jī)制圖以及進(jìn)行基本的模擬分析。實(shí)際上，數(shù)字技術(shù)的概念是比較寬泛的，數(shù)字集成分析技術(shù)、虛擬仿真技術(shù)、三維可視化都是其重要分支，目前計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)中的參數(shù)化設(shè)計(jì)、生成設(shè)計(jì)等領(lǐng)域都在國(guó)內(nèi)外的建筑業(yè)引發(fā)了廣泛的關(guān)注。在建筑設(shè)計(jì)的前期、中期和后期都已經(jīng)有了數(shù)字化技術(shù)的影子，軟件技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的結(jié)合可全面指導(dǎo)建筑設(shè)計(jì)的開(kāi)展和進(jìn)行。隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)建筑工程的質(zhì)量的要求也越來(lái)越高，因此如何做好建筑的設(shè)計(jì)工作就成為相關(guān)的人員需要重點(diǎn)關(guān)注的課題。將計(jì)算機(jī)技術(shù)應(yīng)用到建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，不僅有利于建筑設(shè)計(jì)工作效率的提高，更有助于各種先進(jìn)的建筑設(shè)計(jì)理念的有效實(shí)現(xiàn)。

1 建筑工程中的方案設(shè)計(jì)

1.1 生成設(shè)計(jì)

在建筑領(lǐng)域中，生成法能夠研究自律形態(tài)、自然演化以及社會(huì)組織等問(wèn)題，是一種應(yīng)用范圍較廣的研究和設(shè)計(jì)方法[1]。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法中，一些復(fù)雜的設(shè)計(jì)問(wèn)題只能靠建筑設(shè)計(jì)師自身的經(jīng)驗(yàn)和主觀(guān)判斷去處理，因此解決的效果并不理想。生成法在設(shè)計(jì)中可以發(fā)揮較大的作用，對(duì)許多復(fù)雜問(wèn)題的解決和方案優(yōu)化都有很大的幫助，能夠通過(guò)精準(zhǔn)和高效的計(jì)算得出最優(yōu)的解決方案，從而幫助設(shè)計(jì)師做出更優(yōu)的判斷。比如說(shuō)對(duì)東南大學(xué)的教工廳的改造就是應(yīng)用生成設(shè)計(jì)所取得成功的例子。在傳統(tǒng)設(shè)計(jì)中，想要解決門(mén)廳的技術(shù)合理性和設(shè)計(jì)美觀(guān)性等問(wèn)題，難度是非常大的，但是生成法能夠完美地解決這些問(wèn)題，有效地構(gòu)成了最終的三維空間設(shè)計(jì)方案[2]。

1.2 非線(xiàn)性建筑設(shè)計(jì)

建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程也就是研究各種影響建筑因素的過(guò)程。影響建筑設(shè)計(jì)的因素是多種多樣的，因此通過(guò)對(duì)各種建筑因素的整合和分析，形成比較符合建筑設(shè)計(jì)理念的設(shè)計(jì)方案。對(duì)于復(fù)雜的非線(xiàn)性建筑設(shè)計(jì)問(wèn)題，數(shù)字化技術(shù)是一種有效的設(shè)計(jì)手段，設(shè)計(jì)師可以利用計(jì)算機(jī)來(lái)描述各種矛盾，分析各個(gè)矛盾之間的關(guān)系，并作出新的思考和分析。國(guó)外最先開(kāi)始研究數(shù)字化技術(shù)，在此領(lǐng)域發(fā)展和起步較早，并取得了較大的成就。國(guó)內(nèi)在這方面的研究主要集中在各大高校，比如清華大學(xué)和同濟(jì)大學(xué)等，非線(xiàn)性建筑設(shè)計(jì)的典型例子是2008年北京奧運(yùn)會(huì)的信息亭設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)者是清華大學(xué)建筑學(xué)院的學(xué)生，在設(shè)計(jì)的時(shí)候充分分析了奧運(yùn)賽場(chǎng)的總體布局和環(huán)境狀況，并通過(guò)編寫(xiě)MEL的語(yǔ)言編寫(xiě)代理系統(tǒng)，來(lái)設(shè)置和模擬人的行走速度、室內(nèi)和室外的環(huán)境以及人體行走的代碼軌跡形成了信息亭的總體形體，最終完成了其復(fù)雜的建筑方案設(shè)計(jì)[3]。

1.3 參數(shù)化設(shè)計(jì)

在數(shù)字技術(shù)支持下，模擬建筑設(shè)計(jì)的過(guò)程可以轉(zhuǎn)變?yōu)閰?shù)化設(shè)計(jì)的過(guò)程[4]。參數(shù)化設(shè)計(jì)是最先是在日本、美國(guó)、澳大利亞等國(guó)家構(gòu)建和使用的一種功能設(shè)計(jì)方法，該方法的核心思想是把建筑設(shè)計(jì)的全部要素都定義為可以用某些函數(shù)來(lái)表達(dá)的變量，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)函數(shù)進(jìn)行分析和優(yōu)化，并采取適合的算法，可以獲得不同的建筑設(shè)計(jì)方案并最終選出較優(yōu)的設(shè)計(jì)結(jié)果。比如在復(fù)雜建筑如醫(yī)院或者機(jī)場(chǎng)的設(shè)計(jì)中，我們可在定義好各種參數(shù)屬性以及優(yōu)化目標(biāo)之后，進(jìn)行基于代碼驅(qū)動(dòng)計(jì)算機(jī)的自動(dòng)搜索，通過(guò)不斷調(diào)整各項(xiàng)參數(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)代碼驅(qū)動(dòng)的最優(yōu)組合，通過(guò)對(duì)各種參數(shù)化指標(biāo)的迭代分析與更新，就得到能夠滿(mǎn)足各方面使用功能要求的建筑設(shè)計(jì)方案。

2 建筑的分析和評(píng)價(jià)

建筑評(píng)價(jià)的核心內(nèi)容是建筑物的物理性能評(píng)價(jià)和使用功能評(píng)價(jià)。在建筑物正式投入使用之前，相關(guān)部門(mén)需要對(duì)建筑的使用狀況進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)建筑物能否滿(mǎn)足各項(xiàng)物理性能要求和人們的使用功能需求，比如采光、通風(fēng)、消聲、節(jié)能、環(huán)保等方面的要求，特別是在危險(xiǎn)或者緊急的情況下能否滿(mǎn)足人們的逃生需求等[5]。以往傳統(tǒng)的檢測(cè)方法是以人工為主要方式的計(jì)算與測(cè)試方法，不僅耗費(fèi)巨大的人力、物力和財(cái)力，而且結(jié)果也往往差強(qiáng)人意，和實(shí)際情況存在較大的偏差。隨著建筑設(shè)計(jì)和數(shù)字技術(shù)的融合，數(shù)字化技術(shù)和相關(guān)的軟件能夠幫助我們進(jìn)行高效的計(jì)算和評(píng)價(jià)，不僅評(píng)價(jià)的速度快，而且誤差較小。

在設(shè)計(jì)建筑方案的時(shí)候，設(shè)計(jì)師應(yīng)該對(duì)建筑未來(lái)的用途進(jìn)行合理的分析和預(yù)測(cè)，比如控制好空間和布局，空間的使用效率以及建筑物的舒適、安全、便捷的程度等。傳統(tǒng)的預(yù)測(cè)只是建筑師的主觀(guān)預(yù)測(cè)，帶有很大的主觀(guān)性和局限性，但是現(xiàn)在計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的發(fā)展為設(shè)計(jì)師的預(yù)測(cè)奠定了可靠的基礎(chǔ)。仿真技術(shù)能夠?yàn)榻ㄖO(shè)計(jì)提供良好的技術(shù)支持，對(duì)建筑未來(lái)的布局和使用情況進(jìn)行數(shù)字化構(gòu)建，進(jìn)行各項(xiàng)仿真的功能分析以評(píng)價(jià)未來(lái)建筑在使用中的舒適化、合理化程度，還可以對(duì)地震、火災(zāi)等災(zāi)害進(jìn)行模擬研究，從而在一定程度上避免出現(xiàn)安全問(wèn)題。

在數(shù)字技術(shù)支持下建筑設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)多主體的仿真設(shè)計(jì)技術(shù)方法，通過(guò)對(duì)復(fù)雜的系統(tǒng)中建筑和人相互作用的仿真和模擬，在對(duì)一些微觀(guān)行為進(jìn)行系統(tǒng)分析的基礎(chǔ)上解決許多復(fù)雜的問(wèn)題或者不確定的問(wèn)題，進(jìn)而通過(guò)科學(xué)、客觀(guān)、全面的觀(guān)察和分析，給予建筑設(shè)計(jì)師很多重要的參考，比如在電影院、體育場(chǎng)、商場(chǎng)、學(xué)校等人口聚集的地區(qū)，在設(shè)計(jì)建筑物之前一定要做好疏通設(shè)計(jì)，精確計(jì)算從室內(nèi)疏散到室外所需要的時(shí)間，一旦出現(xiàn)突發(fā)事件或者自然災(zāi)害，能夠?qū)p失降到最低。國(guó)外十分重視公共場(chǎng)所的人流分散的設(shè)計(jì)，在此領(lǐng)域取得了很多有價(jià)值的研究成果[6]，國(guó)內(nèi)雖然起步較晚，但隨著我國(guó)綜合實(shí)力的日益提升，數(shù)字技術(shù)在建筑業(yè)的應(yīng)用也得到了長(zhǎng)足的進(jìn)步，特別是在建筑設(shè)計(jì)中，卻來(lái)越多的數(shù)字技術(shù)融合到其中，同時(shí)想要使數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中發(fā)揮更大的作用，僅僅將其局限在建筑行業(yè)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，需要和軟件、電子、電力、通信、燃?xì)?、管道以及互?lián)網(wǎng)等行業(yè)全面配合，通力合作。因此隨著數(shù)字建筑設(shè)計(jì)技術(shù)的不斷革新，將同時(shí)帶動(dòng)許多產(chǎn)業(yè)的共同發(fā)展和進(jìn)步。

3 結(jié)語(yǔ)

盡管我國(guó)的建筑設(shè)計(jì)中的數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)取得了很大的進(jìn)步和發(fā)展，但是就我國(guó)現(xiàn)實(shí)情況而言，由于各地的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平參差不齊，技術(shù)水平也不盡相同，因此還存在許多技術(shù)上的問(wèn)題需要研究和解決。通過(guò)計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，我們可以更好的了解生成法設(shè)計(jì)最優(yōu)解答的途徑，也可以用計(jì)算機(jī)語(yǔ)言來(lái)描述問(wèn)題和建立相應(yīng)的評(píng)價(jià)機(jī)制。在進(jìn)行建筑工程的設(shè)計(jì)的時(shí)候，不管是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)還是正在開(kāi)發(fā)和應(yīng)用的新的軟件，都應(yīng)該在很大程度上減少建筑設(shè)計(jì)師的工作量，提高工作的效率。因此在今后的發(fā)展和設(shè)計(jì)中，還需不斷加強(qiáng)數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用研究和創(chuàng)新，探索數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的更好的發(fā)展模式。