高层办公建筑设计中应用数字化技术的探讨

刘昱玮

（广东省建筑设计研究院　广东广州　510010）

引言

以往建筑设计师在设计办公楼建筑的时候，通常会考虑到采光和自然通风等要求，将小而矮的办公空间安排到高层办公楼。而对于现在的建筑师来讲，设计师应该解决的不仅仅是在以往设计时应该关注的重点，还要解决设计出大而温馨的工作氛围，还需要考虑如何降低建筑能耗最低。在诸多因素的影响下，设计师开始使用数字软件进行设计整合。为了在各种因素的影响下找到最佳设计。

1　当代高层办公建筑设计理念

高层办公可以把土地的利用价值发挥到最大，解决土地资源紧张的

问题。随着城市化的不断发展，城市人口越来越多，人们对高层办公的需

求也在不断增加。

1.1　智能化理念

相比于传统的管理方法，智能建筑办公自动化系统能够看作一个非常重要的变化，设计的目标是创造一个良好的信息环境。现在，使用高科技智能控制系统设计高层建筑的情况下越来越普遍，因此智能控制系统，消防和楼宇控制的安全性逐渐发展成为独立的控制子系统。

1.2　人性化理念

从人性的角度来看，各方面的问题都需要得到解决和重视，这里的很多因素到关系到文化、精神、科技、科学等诸多因素。舒适的办公环境不仅能够让员工获得内心的满意感之外，同时也能够充分激发员工的工作积极性，促进员工的创造力的提升，并在上也可以提高脑力工作的效率。一定程度办公室的舒适性主要关注环境心理学，建筑光学，建筑热工程和建筑声学。主要关注装饰结构和建筑防灾是安全性等。在现代化办公大楼的设计过程中，必须充分考虑残疾人员，老员工等特殊群体的使用情况称为无障碍设施。在设计办公楼的过程中，应配备各种设施满足不同的人群需求，使这个舒适便利的环境可以有效地为每个人服务。

1.3　可持续发展理念

可持续发展也被称为普遍性和灵活性，可以满足各行政机构和企业的需求。在设计办公大楼时必须与社会的进步和发展相互兼容，如果你想拥有一个优秀的社会资产，未来必须在设计中积极主动，随着某些设计项目的发展变化，鉴于目前社会对设计项目的弹性要求。21世纪的高层写字楼要想获得可持续发展，必须在空间，文化，公共服务和管理，休息，生活和工作等各种复杂要求相结合并统一。

2　数字化技术对高层办公建筑设计的影响

2.1　在建筑外观上的作用

由于科学水平的提高和施工能力的提高，逐步地完善了BIM系统，许许多多的工作人员采用数字化的方法来设计建筑。数字设计方法已被应用于高层办公楼的设计。然后架构师通过算法工具构建数字模型，通过调整其中的参数最终生成所要的建筑构造。这种设计方法可以有效地权衡各种参数，找到符合参数调整的最优设计。采用这种设计方法设计的高层写字楼更有利于未来写字楼的设计和绿色低碳高层写字楼的设计。

比如诺曼福斯特设计的瑞士再保险总部大楼，如图1所示，该大楼采用数字化软件进行一系建筑设计列复杂的计算。主要在该中考虑的因素是建筑风格环境，因此设计人员利用一些软件对当地的各种环境数据输入软件后再做出仿真，然后以不同的形式返回模型的结果。最后，通过软件获得的流线形状可以获得建筑物各个部分的自然通风。同时，每个方向都具有最小的风力载荷，以便建筑物底部可以进行顺畅的通风环境。

由自然环境方针产生的建筑形态得到的是自然环境选择的建筑风格，对于当前的建筑造型非常的适用。在这里我们用树木做一个比喻，一棵树的形式和影响树木生长的相似因素的建筑形式有一部分是基因控制的结果，而建筑形式受建筑功能的影响，这个基因是相当于建筑的功能；另一部分树木受水，阳光，雨水等当地环境的影响，建筑形态也受到光，降雨，风等基地环境的影响，这里的建筑环境和树木一样。在设计此建筑的过程中，数字软件有着非常重要的地位，能够通过软件的计算能力可以得出影响高层建筑物建模因子的结果。此数字设计方法也反映出建模的合理性。

图1　瑞士再曝新总部大楼

2.2　对建筑性能的影响

数字化技术不但对建筑物形状会有影响，它也对建筑物的性能有一定的影响。目前，越来越多的人认识到绿色环保的重要性，因此越来越多的设计师在设计建筑节能模拟方面采用数字化工具，希望能够设计出最低能耗的办公楼。例如迪拜的Aedascalds al bahr towers。

在设计起始时，设计师决定在考虑迪拜的恶劣气候，设计一座低能耗的办公楼。当设计师利用当地日照数据设计出一种动感的表皮时，整栋高层办公楼都将拥有最舒适的室内环境，并且形成了建筑的自遮阳系统。这种表皮可以在一天的不同时间展现出不同的状态，当太阳太强时，会自动关闭以减少室内阳光的直射，从而减少建筑的能耗；当太阳光太弱时，表皮会自动打开，让阳光直接射入房间，以减少建筑的能耗。这座高层办公室的表皮不仅减少了建筑物的能源消耗，而且展现了一种动感的美学（见图2）。

2.3　对建筑空间形态的影响

图2　迪拜Aedascalds al bahr towers

随着高科技时代的到来，人们对于高层办公楼的办公环境的需求也越来越高，导致设计师们不得不设计新型的建筑空间，以满足这些要求。在设计过程中，建筑师使用数字工具来探索未来高层写字楼的空间形态。在上海塔的设计过程中，传统高层建筑的设计者会感到无聊和单一，因此设计师在悬空花园的设计中添加了每一层，让在其中工作的人可以找到一个公共空间在疲倦时休息。在项目开始时，设计师在每个设计阶段采用数字设计方法。使用Grasshopper软件构建逻辑模型，设计人员可以快速定义和修改复杂的建筑模型。与此同时，数字化软件在确定高层性能的建模，支撑结构和外壳方面也起着不可忽视的关键作用。

建筑结构的效率和可持续发展战略，决定了建筑内在质量的综合指标高低，但实际上它远远超出了规范，所以上海中心大厦的设计必须通过数字化软件进行性能仿真，以保证该建筑物建成后能够满足有效的结构和绿色环保的要求。

2.4　对计算机辅助软件发展的影响

由于建筑空间结构的复杂性，不能使用传统建筑图纸进行描述，因此设计师选择BIM系统进行绘图和施工，BIM系统将建筑师，工程师，建筑师，机电师等统一为一个数字化的信息平台中，保证各界专业人士的沟通便捷、准确。

由于Revit软件在建模能力较弱，所以设计师仍然需要在建筑设计过程中使用Grasshopper来快速修改模型，最后在Revit软件中修改模型进行进一步处理。但由于软件平台的交互性，模型的导入和导出容易造成数据的丢失，因此设计人员使用C代码转换为二进制，将信息输入到Grasshopper和Revit实时导入和出口这两款软件，终于完成了上海塔的设计。毫无疑问，数字技术将在未来的高层办公楼设计中发挥不可估量的作用，以改善空间形态和结构效率。同时，建筑设计将越来越倾向于“无纸化”设计。

3　结语

综上所述，越来越多的建筑师利用数字化技术去研究未来高层办公写字楼的设计可能性，无论是建筑设计的性能或是建筑造型，还是建筑形式的空间形式探索，数字化技术都发挥了不可替代的作用。当今学界，越来越多的建筑设计师加入到了数字化设计的行列中，与此同时越来越多的数字化建筑也正在建设施工中。通过本文的分析，阐述了数字化技术对高层办公建筑设计的影响，希望今后设计人员能够合理、完美地运用数字化技术进行以后的高层办公建筑设计。