計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)技術(shù)與設(shè)計(jì)過程的相關(guān)性研究

　　摘要：文章對(duì)計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀做了梳理，同時(shí)從建筑設(shè)計(jì)過程中的思維模式入手研究了這一技術(shù)現(xiàn)存的問題及其原因，并對(duì)計(jì)算機(jī)輔助建筑技術(shù)將來的發(fā)展提出了展望。

　　關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)過程論設(shè)計(jì)思維模式

　　CAD技術(shù)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的輔助設(shè)計(jì)技術(shù)一般被稱為計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)(CAAD—Computer Aided Architecture Design)技術(shù)，在建筑設(shè)計(jì)的各個(gè)方面正發(fā)揮著越來越重要的作用�？梢哉f，目前CAD技術(shù)已經(jīng)成為建筑設(shè)計(jì)人員從事建筑設(shè)計(jì)中不可或缺的重要工具。

　　1、計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r與應(yīng)用現(xiàn)狀

　　概括的講，國(guó)際上計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)CAAD研究從二十世紀(jì)六十年代以來已經(jīng)經(jīng)歷了五代的發(fā)展。[1]第一代誕生于二十世紀(jì)60年代，繪圖和數(shù)據(jù)庫管理軟件比較原始，功能有限。

　　第二代出現(xiàn)于二十世紀(jì)70年代，基于數(shù)據(jù)庫軟件與高級(jí)計(jì)算機(jī)語言Fortran的進(jìn)步.在不少大型建筑事務(wù)所已經(jīng)開始得到運(yùn)用。

　　第三代出現(xiàn)于二十世紀(jì)7O年代后期，基于彩色顯示器與復(fù)雜的操作系統(tǒng).這一代CAAD系統(tǒng)大大促進(jìn)了從研發(fā)到實(shí)用的轉(zhuǎn)化。

　　第四代出現(xiàn)于1983年，主要特征是采用了智能終端，反應(yīng)速度大大提高。

　　第五代出現(xiàn)于8O年代中期，這個(gè)時(shí)期是CAAD系統(tǒng)在建筑設(shè)計(jì)中真正普及應(yīng)用的轉(zhuǎn)折點(diǎn).其特征是引入了知識(shí)工程及專家系統(tǒng)。

　　建筑設(shè)計(jì)中CAAD技術(shù)的應(yīng)用大致可以分為以下三個(gè)方面：

　　(1)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建筑領(lǐng)域中率先開始利用計(jì)算機(jī)的專業(yè)是建筑結(jié)構(gòu)專業(yè)。到80年代，幾乎已經(jīng)可以解決任何常見的結(jié)構(gòu)工程中的力學(xué)解析問題。如今，在結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)作業(yè)中計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已成為設(shè)計(jì)者們方便的工具。

　　(2)建筑環(huán)境工程設(shè)計(jì)在建筑環(huán)境工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，通過建立數(shù)學(xué)模型來進(jìn)行聲學(xué)、氣流的解析方法得到越來越廣泛地運(yùn)用。最近興起的運(yùn)用計(jì)算機(jī)流體力學(xué)(CFD)來進(jìn)行環(huán)境模擬的技術(shù)尤其引人注目。

　　(3)建筑設(shè)計(jì)(方案設(shè)計(jì))目前在指建筑方案設(shè)計(jì)領(lǐng)域中，計(jì)算機(jī)主要應(yīng)用于以下幾個(gè)方面：

　�、僭O(shè)計(jì)文件的做成(documentation)�，F(xiàn)在利用最頻繁的是繪制施工圖用的二維CAD繪圖軟件以及繪制建筑外觀、內(nèi)部空間的效果圖用的各種三維圖形處理軟件。

　�、诮ㄖ�空間及行為模擬(simulation)。在建筑方案設(shè)計(jì)中的模擬主要有兩個(gè)方面的內(nèi)容：其一是對(duì)建筑空間進(jìn)行虛擬的表現(xiàn)，以研究設(shè)計(jì)的方案是否達(dá)滿足設(shè)計(jì)的意圖。其二是從建筑使用者的角度來評(píng)價(jià)建筑的性能時(shí)，對(duì)使用者在建筑中所發(fā)生的行為進(jìn)行模擬。

　�、坌畔⒔涣�(communication)。這里是指利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)工作的相關(guān)者之間的信息的相互交流。

　　2、計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)存問題

　　目前用于建筑實(shí)踐的CAD工作平臺(tái)多偏重于二維圖形繪制以及三維建模，尤其是我國(guó)的CAAD技術(shù)的發(fā)展，似乎更偏重于如何更快的繪圖以及更逼真的表達(dá)設(shè)計(jì)成果，這與CAAD的宗旨而言已相去甚遠(yuǎn)。究其原因.筆者認(rèn)為這是長(zhǎng)期以來在建筑設(shè)計(jì)實(shí)踐中，CAAD系統(tǒng)與建筑設(shè)計(jì)方法論沒有緊密結(jié)合所造成的。

　　如果我們將建筑設(shè)計(jì)看成是由基于某些現(xiàn)有條件的分析而得出解決方案的過程，那么CAAD應(yīng)有的研究方向應(yīng)該是建筑師設(shè)計(jì)思維的延伸而非單純的設(shè)計(jì)思維的表達(dá)。建筑設(shè)計(jì)過程的核心環(huán)節(jié)為建筑問題的目標(biāo)擬定.解決建筑問題的策略形成以及結(jié)果的評(píng)價(jià)優(yōu)選。

　　基于以上分析可以看出.要研究CAAD技術(shù)就必須對(duì)建筑設(shè)計(jì)的過程有相當(dāng)?shù)难芯俊?/p>

　　3、建筑設(shè)計(jì)過程

　　由于建筑設(shè)計(jì)同時(shí)跨越工程與藝術(shù)兩大領(lǐng)域這一特殊性所決定，建筑師在設(shè)計(jì)過程中則相應(yīng)的產(chǎn)生理性與感性兩種思維模式。

　　首先.建筑師需要具有與工程師相類似的發(fā)現(xiàn)，羅列，比較，組織設(shè)計(jì)條件中潛在因素的能力，即理性思維的能力。例如通過對(duì)前期設(shè)計(jì)條件的分析確定建筑的功能布置，結(jié)構(gòu)選型等設(shè)計(jì)要素。

　　其次，建筑師同時(shí)需要具有與藝術(shù)家相類似的感知與表達(dá)能力，即感性思維的能力。例如通過建筑師自身的經(jīng)驗(yàn)積累確定建筑的空間形態(tài)、外部造型等藝術(shù)要素。

　　然而，在建筑設(shè)計(jì)過程中，除了以上提到的功能、結(jié)構(gòu)、空間、造型等影響要素之外還有諸如環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、歷史文脈、法律法規(guī)等眾多的制約條件都對(duì)建筑方案的最終成型有著重要的影響。同時(shí)建筑單體本身的功能、結(jié)構(gòu)、空間、造型等設(shè)計(jì)要素，往往也在相互作用中推動(dòng)著建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展.功能排布的方式可能會(huì)影響建筑結(jié)構(gòu)的選型，同時(shí)他們又共同影響著建筑的空間形態(tài)與造型特fiF.反之亦然。所以建筑設(shè)計(jì)過程又不能割裂的分為理性與感性兩個(gè)思維模式，還存在著二者相互作用的“中間形態(tài)”。最終我們發(fā)現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)的思維過程便是由理性與感性相互交織而形成的。

　　4、計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展遲滯的原因

　　基于以上分析，可將目前CAD系統(tǒng)偏重于表達(dá)而非建筑設(shè)計(jì)過程中建筑師思維拓展的原因可歸納為：

　　(1)建筑設(shè)計(jì)定位的模糊性建筑求解的目標(biāo)是隨著設(shè)計(jì)的展開與深入逐步明確的，而計(jì)算機(jī)則缺乏隨任務(wù)展開而逐步確立目標(biāo)的能力而需要使用者在任務(wù)初始則設(shè)定好求解目標(biāo)及所有相關(guān)的求解信息。

　　(2)建筑設(shè)計(jì)模糊求解的困難性在建筑設(shè)計(jì)過程中，方案(即建筑問題的最終解)是由設(shè)計(jì)者在對(duì)設(shè)計(jì)要求、設(shè)計(jì)目標(biāo)等初始設(shè)計(jì)條件的理解與分析基礎(chǔ)上提出相應(yīng)的策略而最終達(dá)成的。這一過程中設(shè)計(jì)者個(gè)人的經(jīng)驗(yàn)甚至“感覺”都對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果造成直接影響.這是由建筑設(shè)計(jì)的特殊性決定的。如果將建筑設(shè)計(jì)看成是函數(shù).那么最終結(jié)果往往不是由唯一的條件映射所形成的.這即為建筑設(shè)計(jì)的模糊求解。而計(jì)算機(jī)的lT作原理要求對(duì)于每一個(gè)其生成的解都要有明確相對(duì)應(yīng)的條件映射，這與人的思維模式有著巨大的差異.這意味著要求計(jì)算機(jī)像設(shè)計(jì)者那樣具有模糊思維的能力是極其困難的。

　　(3)建筑設(shè)計(jì)方案綜合評(píng)價(jià)的困難性建筑設(shè)計(jì)過程中，對(duì)應(yīng)于同樣的初始設(shè)計(jì)條件，不同的設(shè)計(jì)者往往最終提出不同的設(shè)計(jì)方案，而設(shè)汁方案的評(píng)價(jià)本身更涉及到規(guī)劃、功能、空間、造型、結(jié)構(gòu)、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)等諸多要素。就目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)而言要對(duì)不同方案進(jìn)行評(píng)價(jià)那么就必須將以上的諸多評(píng)價(jià)要素類型與數(shù)據(jù)化.其中涉及到美學(xué)方面的例如造型，空問等方面的內(nèi)容從根本上講是難以做到數(shù)據(jù)化的。而對(duì)諸多要素的整體把握與取舍平衡更是目前的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)所難以完成的

　　5、計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展的展望

　　既然現(xiàn)階段計(jì)算機(jī)系統(tǒng)無法幫助建筑師在建筑設(shè)計(jì)的全過程進(jìn)行思維拓展，那么現(xiàn)階段CAAD技術(shù)的研究重點(diǎn)則落在對(duì)于建筑設(shè)計(jì)過程中的局部問題進(jìn)行求解。筆者借助同濟(jì)大學(xué)鄧剛博士在其《建筑設(shè)計(jì)過程中的思維結(jié)構(gòu)核心環(huán)節(jié)研究》中提出的“建筑設(shè)計(jì)的縱橫發(fā)展模式”可以較為清晰的闡釋CAAD技術(shù)適用于解決建筑設(shè)計(jì)過程中的何種局部問題。該模型分為：三個(gè)層次：

　　第一層(縱軸)，建筑設(shè)的階段性進(jìn)展，屬于單向型模型，反映了實(shí)際設(shè)計(jì)二作的時(shí)間進(jìn)度。

　　第二層(橫軸)，建筑師存各階段的設(shè)計(jì)推進(jìn)過程，屬于循環(huán)型模型，反映了建筑師實(shí)際思維(不斷發(fā)現(xiàn)并解決建筑問題)的漸進(jìn)展開。

　　第三層(橫軸中的循環(huán))，思維內(nèi)部對(duì)于局部建筑問題的個(gè)別處理，屬于循環(huán)模型。它參考了阿切爾的“分析——綜合——評(píng)價(jià)”的模式，反映了建筑師面對(duì)局部建筑問題尋找合適解答的思維過程。即以“目標(biāo)擬定——策略形成——評(píng)價(jià)優(yōu)選”這一循環(huán)思維模式解決建筑設(shè)計(jì)在各個(gè)階段所遇到的局部問題由此可以看出 CAAD系統(tǒng)要想真正起到拓展建筑師思維進(jìn)行輔助設(shè)計(jì)的作用，就要在這一模型的第三層設(shè)這一階段進(jìn)行深入研究。關(guān)注建筑設(shè)計(jì)中局部問題的解決，充分發(fā)揮設(shè)計(jì)師與計(jì)算機(jī)在建筑設(shè)計(jì)這一過程中的各自優(yōu)勢(shì).將計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)這一技術(shù)從現(xiàn)有的輔助畫圖這一應(yīng)用層面提高到能夠輔助設(shè)計(jì)的高度。

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