计算机辅助设计在建筑中的应用

[摘要]随着计算机的不断发展与普及，计算机应用变得越来越广泛，同时计算机辅助设计技术也在不断发展和变化。以计算机辅助设计与建筑设计的结合为研究对象，对计算机辅助建筑设计进行分析研究。希望可以为相关领域的研究起到抛砖引玉的作用。

[关键词]计算机　辅助设计　建筑

中图分类号：TP3　文献标识码：A　文章编号：1671-7597(2009)0610116-02

计算机在建筑领域承担着重要的任务，能够解决的许多实际的问题。本文将介绍在建筑设计方案的思考和表达过程中，如何应用计算机技术完成建筑设计的数字化概念。创建高效的计算机辅助设计技术组合方法，使两者紧密合作。

一、建筑设计对计算机软、硬件的需求

建筑设计中将建筑数字化简言之是对计算机软件硬件的应用，包括了储存、运算处理、呈现和传输信息的方式方法。在运用计算机辅助建筑设计方案中就必然需要以下的基本构成要件：

1．计算机系统硬件及各种外部设备；它们是组成计算机设计媒体的介质系统。

2．操作系统：如Windows，UNIX等，它与计算机硬件系统及外部设备一起，组成所有计算机设计工具及其操作工具的共享平台。

3．应用软件：如AutoCAD等，是对特定形式的计算机文件数据的生成、编辑或进行其他形式处理的操作工具和环境。

计算机设计信息都是以计算机文件的形式保存在硬盘、U盘等各种存储介质设备的。这些文件可以是一个程序、一组数据、一篇文章或一个图形。用户只能通过计算机硬件设备、计算机操作系统等对文件进行一系列处理过程。计算机的软硬件成为设计中必要的工具系统，主要涉及了三个层面：

1．人机交互接口：包括鼠标、键盘、监视器等设备，其功能是为用户与计算机之间的通讯提供一种直接式的操控工具。

2．操作系统：其功能土要是为所有硬件、应用程序以及用户文件数据提供系统控制和管理工具。

3．应用程序：其功能主要是为某种特定应用的计算机设计提供具体信息生成、计算、传输、呈现和储存等各种复杂处理的工具和方法。

二、建筑设计中对计算机应用体现的几个关键方面

(一)建筑设计前期信息的收集和处理

建筑师在方案设计前期阶段中的主要工作是收集、检索与分析与项目有关的文件资料，其思维和表达土要体现为一种发散性、记录性、相对随意性和分析性的特征。由于建筑问题的复杂性，决定了建筑师不会将设计问题仅仅局限于设计任务书等文件所提及的范畴，而是立足于一个城市的经济、社会、文化、环境等去分析考察问题。要建立这样的视域，大量收集、检索与分析与项目有关的背景资料是必不可少的。

随着网络强大的搜索引擎功能的出现，建筑师可以从网络中获取与建设项目当地的社会经济、文化习俗、环境资源等有关信息，也可以从网上得到支持方案设计的数据。这些对拓展建筑师的思维，以及帮助他们迅速捕获有助于方案构思的兴趣主题是很有效的。

(二)建筑方案的构思与设计

建筑方案的构思与设计，大体上可以划分为概念设计和方案发展两个阶段。由于建筑师这两个阶段的工作目标和思维表达的特点存在一些差异，因此反映到计算机设计工具的应用上也会存在一些差别。

在概念设计阶段，建筑师主要是通过绘图、建模等计算机操作过程，将头脑中思考的内容转移、外化为一种媒体对象，即概念设计草图或模型，这样建筑师便可以从一个新的视点来反观他所思考并创造出来的事物，并从中获取到新的经验以促进下一轮的思维循环。在概念设计阶段中，建筑师的设计思维与表达主要表现为一种较强的、跳跃性和探索性特征。为了寻求问题的最佳解答，建筑师总是希望尽量尝试多种可能的方案设计，以便工从这些变化的形式中不断获取更多有价值的经验、线索，并从中进行优选。为了能做到这些，建筑师需要借助于一些方便、快捷的二维CAD建模工具(如3dsMax)以支持该阶段建筑师的开放、跳跃和探索思维。

方案发展阶段是在概念设计基础上的自然延续。在这个阶段的前期和中期，建筑师的设计思维与表达在探索中逐渐明确，体现出对建筑空间、功能、建筑造型与整体环境等问题的深度思考和比较性研究特征。在该阶段的后期，则侧重于以图纸或多媒体演示方式，来充分表现这些思考和研究的内容。根据概念设计阶段中建筑师所研究的内容，可以在设计时选用不同类型的计算机辅助设计方法和策略，包括三维模型核心策略；信息模型核心策略；三维模型到信息模型策略。

(三)以信息模型为核心的方案发展策略

以建筑信息模型为核心的方法策略，适合于建筑规模较大或复杂程度较高的设计项目。这种方法策略的优点为：

1、建筑信息模型CAD系统中的三维实体是包含了空间几何、材料、构造、造价等全信息虚拟构件或物体，当建筑师使用这些物体创造建筑空间或造型时，这些与建筑经济、技术等有关的因素自然而然地被一并考虑在内，其设计成果数据能对后续设计过程形成强有力的支持。

2、建筑信息模型CAD系统也能提供较强的三维设计功能，以及方便灵活的观察方式，可形成对方案设计阶段建筑师设计思维的有力支持。

3、建筑信息模型CAD系统中一般提供了材料统计、概预算等多种分析、计算1：具，同时可提供图纸、报表文件等建筑设计文档的自动生成工具。

(四)从三维模型到信息模型的方案发展策略

在建筑方案设计阶段，单纯地选择三维模型或者信息模型中的一种方法，实际上都存在一些局限，一般认为较合理的方法是将建筑信息模型和三维模型两者结合起来发挥综合优势。

三、计算机辅助建筑设计软件

建筑设计的数字化，让越来越多的建筑设计软件应运而生。建筑设计的每个阶段都不能缺少相关软件的支持。这些阶段分别是：概念设计与体量设计、方案设计与工程制图、项目管理与经济核算、建筑表现与三维动画以及其他成果展示手段。针对不同阶段和用途，也相对应的有不同的计算机设计软件。

1、Sketch UP

Sketch UP是美国@Last Software公司开放的建筑草图设计软件。Sketch IJP打破以往建筑师在应用计算机辅助设计构思时所受到的束缚，给建筑师带来边构思边表现的体验，产品快速形成便于交流和沟通的建筑图形，适用于建筑方案创作阶段的工作。Sketch Up提供了一种实质上可以视为“计算机草图”的手段，它吸收了“手绘草图”加“工作模式”两种传统辅助设计手段的特点，切实地使用计算机技术辅助方案构思，而不仅仅是把计算机作为表现工具。

2、AutoCAD

AutoCAD是美国Autodesk公司开放研制的一种通用计算机辅助设计软件包，它在设计、绘图和相互协作方面展示了强大的功能。其优点在于易于学习、使用方便、体系结构开放等。AutoCAD产品从第一个版本发展至

今，在不断适应计算机软硬件发展的同时，自身功能也日益增强且趋于完善。AutoCAD在全世界150多个国家和地区广为流行，占据了国际CAD市场的75％。在机械、建筑、电子、纺织、地理、航空等领域得到了广泛的使用。建筑领域90％以上都在应用AutoCAD。

3、ADT

ADT是Autodesk公司开发的三维建筑设计专业软件。

AutoCAD一开始就是作为一种通用的交互式绘图软件面世的。从二维到三维．AutoCAD的普及对推动CAD在工程领域的应用和提高绘图效率确实起到了巨人的作用。但随着CAD应用的普及与深化，这种通用的CAD软件难以完全满足工程各专业设计的特殊性，对进一步提高专业设计与绘图的质量、速度和效率的效果并不十分理想。针对这种现实的要求，各专业工程技术人员和软件公司纷纷开始在AutoCAD基础商利用其基本图形元素和绘图功能开发出大量适合各自专业特殊需要的各类绘图实用程序，以AutoCAD为核心扩充新的专业对象形成全新的专业CAD软件。ADT就属于这一类建筑CAD系统。

ADT是AutoCAD与建筑设计专用程序的完整集成。ADT安装的同时事实上已包含了AUtocAD的安装。由于ADT是以AutoCAD为核心和基础环境，它继承了AutoCAD的全部风格与特性，包括用户界面与操作命令。用户如果不需要使用ADT专有的与建筑有关的对象和命令，完全可以将ADT作为单纯的AutoCAD来使用。同样，所有以AutoCAD为基础开发的实用性程序，都可以在ADT下同时安装运行。

4．ArchiCAD

ArchiCAD是成立于1982年的Graphisoft公司推出的虚拟建筑设计软件。虚拟建筑的核心是利用软件生成一个真实建筑的数字模型，将所有的相关信息存储在一个工程文件中。设计师通过使用楼板、墙、岸顶、门、窗、楼梯和其他构件等建筑元素的组合来构建一幢建筑。虚拟建筑中的每一个物体都是具有建筑元素特性智能化属性的建筑构件。在这样一个真实的智能模型中，设计者可以任意的转换输入平面、剖面、立面，以及各种细部大样、预算报表、建筑材料、门窗表，甚至施工进度，建筑设计表现所需要的渲染，动画，虚拟现实的效果更是包含在基本功能里面。

5．Autodesk 3ds Max

Autodesk公司的3dsMax软件是三维动画制作软件。作为一个三维软件，3dsMax它的主要功能是：建模、材质、灯光、动画和各项扩展功能。

3dsMax的首要特点是方便的图形界面控制体系，它很好的继承了windows的图形化的操作界面，在同一窗口内可以方便的访问对象的属性，材质，控制器，修改器，层级结构等。作为辅助建筑的三维软件，3dsMax的另一个特点就是它的参数化控制。在3dsMax里，所有网格模型及三维图形上的点都有一个空间坐标，坐标值可以通过输入具体参数来控制。能够通过数值确定位，这一点在建筑应用上尤为重要。除此之外，3dsMax还可以和AutoCAD实现无缝连接，两种软件在交换文件时，可以做到尺寸和单位的高度统一。3dsMax的另一个特点就是即时显示，即“所见即所得”。3dsMax在设计上更加自观和方便，由于贴图在3dsMax里的调整结果是实时显示的，不需要每次都要渲染一下才能看得到，工作效率得到极人提高。

3dsMax在建筑设计表现中的也发挥了其特点。首先3dsMax被用于制作单幅的静态建筑效果图。在建筑设计与建筑表现的关系中可以看到，建筑设计过程中需要不断把设计师头脑中想象的建筑设计方案用通俗易懂的直观方式表达出来，从而方便与非建筑专业的人士进行交流。对普通公众一张或一系列建筑建成以后的图片是最容易理解的。同时静态图像也是很容易通过人众媒体传播，可以在更广大的范围内进行信息的交流。因此，目前几乎所有建筑项目实施之前都会制作一张或一系列静态的计算机渲染效果图，对建筑设计方案进行逼真的表现。