计算机辅助模型在建筑设计中的协同与应用

吴晓娥

广州紫泉房地产开发有限公司（510990）

对于任何一个建筑设计项目,创作思维阶段的表达方式是多样的，如文字表达、草图表达、模型表达和计算机表达等等。在创作中，建筑师要运用这些表达方式来展示构思与促进构思图。在所有表达方式中，模型是设计表达的重要手段，通过模型，可以直观地体会到设计的结果。然而在传统的设计中，模型仅仅用来表现设计的最后结果，往往忽视了模型的设计功能和推敲方案的作用。

建筑业有多层次的交流需求,其中包括围绕项目召开的市政规划和勘察及建筑等专业之间的交流,也包括建筑设计过程中，建筑与其他专业之间的协作。而“计算机支持的协同设计工作”系统是加强各专业间协作最直接、最有效的途径。计算机辅助建筑设计技术如今已逐渐渗透到设计构思的过程之中。设计者对于软件技术的依赖性越发凸显，计算机技术的运用已成为方案分析、推敲的重要手段[1]。

1 建筑模型概念

作为建筑设计“语言”之一的建筑模型，是设计者在设计构思阶段，为了验证建筑初步方案能否可行，或为了研究设计中具体问题而特别制作的整体或局部模型,成为建筑师整个设计构思过程中的视觉表达手段。而建筑方案设计程序大体上是由项目分析、资料搜集、设计立意、方案构思、多方案比较、方案调整、方案表达等几个阶段组成。其中方案构思阶段是整个建筑创作过程的主要阶段,以建立三维数字模型作为建筑设计中图形思维的载体进行建筑设计,设计者通过这种方式将自己的设计理念透过平面图示和空间模型表示出来，提供自己继续修改和发展之用。在这一阶段里，建筑设计者不断发现问题和解决问题,设计构思也就在问题不断发现和解决的循环中得以发展和深入，并趋于完善。

2 实体模型在设计中的作用与局限

制作实体模型是建筑师用于研究构思和表现方案的重要手段，一直在设计中发挥重要的作用。然而由于制作实体三维模型需消耗大量时间，且不便于实时修改调整，而且无法深入进行非线性曲面形体的空间设计,导致模型与设计者之间的互动反馈时间间隔及难度加大，降低了工作效率，甚至影响设计结果。目前，在我国，在设计过程中制作工作模型来研究推敲设计并不普及,导致无法以三维的状态进行设计，在一定程度上影响我国建筑设计水平及发展[2]。

3 计算机辅助建筑模型特征

计算机辅助数字化模型是设计中图形思考的新载体，具备传统思维载体如草图、实体模型所不具备的特征，是社会信息化的产物[2]。

1）易于编辑性

目前市场上提供的三维软件产品，大多提供直观的建立模型的方法，设计者可以方便地修改模型的形式，通过调节模型材质的参数及纹理贴图,可比较不同的构思及模拟不同材质产生的效果。

2）可视化交流性

计算机辅助数字模型可以从任意角度对形体以及内部空间进行观察;对一处进行的修改可以实时反映在其他方面并从任意角度观察其效果,帮助设计者做出正确的判断.以Graphisoft公司提供的ArehiCAD为例，以建立三维数字模型为开始，融合制图功能.建筑师可以直接修改三维模型，也可以修改平、立、剖面图，而所作修改都会同时反映在三维模型上。

3）时效性和简便性

这种特征是由设计者构思阶段的思维特征所决定的，是创作者最活跃、最丰富的灵感思维的体现。一个设计想法出现，需要迅速以模型形式展现出来以供设计者进行推敲，当模型形象通过眼睛反馈到大脑中，新的想法被激发，设计者又需要重新制作模型或修改原模型。所有这些都要求工作模型便于迅速制作和修改,计算机辅助建筑模型可以承担塑造了构思模型特征的重担。

4 建立计算机辅助模型进行建筑设计与协同的机制和方法

4.1 计算机辅助模型在建筑设计与协同中的机制

建筑工程设计是多工种围绕项目展开的协作过程。建筑设计任务通常划分成若干阶段，每个阶段都安排建筑、结构和水暖电等工种，每个工种配备不同职责的设计师。建筑设计过程通常由建筑设计开始,在其基础上进行结构和水暖设计,但在设计过程中每个专业的修改都可能影响其他专业。因此，建筑工程设计的协同工作可分成服从、夺和两者混合三种模式。

协同机制是建筑设计保持正常运转的基本准则,例如:目前应用计算机辅助建筑设计(CAD)，可以解决建筑设计过程中的建模、空间表达、优化分析、工程制图等，提高了工作效率。市场上也出现了大量的建筑绘图软件（如CAD、天正等）、结构分析与设计软件(PKPM、ETABS、SAP2000 等)、给排水、暖通空调及工程概预算等软件。由于这些应用软件都是针对设计过程中的某一阶段或某一专业独立研制的,尽管各应用软件都基于同一个建筑模型,却因为缺乏共同的数据标准，而不能交换与共享数据模型,成为建筑工程集成化设计技术发展的瓶颈。以建筑设计中最重要的建筑与结构专业为例，建筑师构造建筑模型后，应用AutoCAD、天正等应用软件，将设计图纸传递给结构工程师。结构工程师在理解建筑师的设计意图后，应用PKPM、或ETABS等结构分析与设计软件输入结构模型，进行结构初步分析与设计，然后用AutoCAD软件通过图纸将修改后的设计意图传递给建筑师。这样的设计过程往往需要建筑师与结构工程师多次重复劳动。因此，在建筑设计中科学合理的协同机制是保证整个工作流程的关键。可以将彼此的分歧修正以及最终解决。

4.2 三维数字模型在建筑设计与协同中的机制在实践中应用和方法[3]

1）主导作用是构思阶段

在建筑师进行体形处理的构思时,利用体量分析模型斟酌各形体组成要素的比例和尺度关系，如重复、渐变、对比、均衡等。利用空间分析模型推敲空间组合关系，使得设计师更直观地感受到复杂的建筑体量、空间与视觉的相互关系，更准确地观察建筑的各个角度,从而达到二维画面所不及的空间功能和美感要求。有利于建筑方案的进一步深入。当工作模型确定后，整个方案也就有了基本雏形，因而构思工作模型是建筑师花费时间最多的阶段。

2）辅助作用是设计阶段

进入到方案深入设计阶段，对一些特殊的结构形式，设计者即可利用构架模型或是大比例的局部模型来探讨结构形式的合理性与可行性,也是建筑设计过程中非常重要的环节。而构架模型的制作，直观、准确地展现了各细部节点，更加有效地帮助人们了解较为难以想象的新事物。

3）示范展示作用是成果阶段

具有三维直观模型能够把建筑设计细部完美地表现出来，使模型成为重要的媒体角色和交流手段，在设计成果的汇报过程中。让非专业人士对建筑有真实、直观的认识。此阶段，建筑模型是建筑外型和环境的展示，更是设计者设计思想的表达。

5 小结

计算机辅助模型表达方式因其直观性、真实性和较强的可体验性弥补了图示表达带来的问题,建有利于展示建筑创作过程中问题的集结点和保持思维的开放性。筑师们已经能够熟练地运用各种软件来表达复杂的空间,通过计算机辅助模型对建筑体量、空间尺度上及比例等进行推敲构思，因此，利用计算机网络、计算机辅助设计、多媒体以及数据仓库等多项计算机技术，实现了设计历史管理、协同过程控制等功能,建筑模型的有效性和可实现性已经通过实验开发验证，并得到中国建筑领域的认可。

[1]刘烈辉.计算机新技术在建筑设计中的应用研究[J].南方建筑,2004(6):100～102.

[2]邓雪原,张之勇.计算机辅助建筑设计软件间的信息共享与交换[J].湖南科技大学学报(自然科学版),2006(1):54～58.

[3]邓雪原,张之勇.计算机辅助建筑设计软件间的信息共享与交换[J].湖南科技大学学报(自然科学版),2006(1):54～58.