陳宏旭

摘要：新時(shí)期，計(jì)算機(jī)行業(yè)發(fā)展程度已經(jīng)成為了一個(gè)國家綜合實(shí)力的象征，而在建筑行業(yè)之中，計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)是該行業(yè)發(fā)展的不竭動(dòng)力，相關(guān)工作人員需要提高重視程度.本文對二維環(huán)境下的建筑設(shè)計(jì)和三維設(shè)計(jì)基礎(chǔ)進(jìn)行總結(jié)，并從三維環(huán)境下的建筑空間設(shè)計(jì)、三維環(huán)境下的工作方式、計(jì)算機(jī)輔助節(jié)能設(shè)計(jì)、三維環(huán)境下的建筑造型設(shè)計(jì)四方面，論述了三維環(huán)境下建筑設(shè)計(jì)的具體方法.

關(guān)鍵詞：計(jì)算機(jī)輔助;建筑設(shè)計(jì);二維環(huán)境;三維環(huán)境

中圖分類號(hào)：TU201.4? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）01-0100-03

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)的不斷發(fā)展，不僅為設(shè)計(jì)精度和深度帶來了更高要求，也帶來了很多工具和方式.而在計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)上，需要做好軟硬件技術(shù)的充分應(yīng)用，與CAAD領(lǐng)域發(fā)展相適應(yīng)，為建筑行業(yè)帶來更多的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益.盡管二維設(shè)計(jì)可以提升繪圖質(zhì)量和效率，但站在建筑行業(yè)本身發(fā)展情況來看，更需要在短時(shí)間內(nèi)做出更好的設(shè)計(jì)，進(jìn)一步提升自身的市場競爭力.

1 二維環(huán)境下的建筑設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)過程

建筑設(shè)計(jì)主要包括兩個(gè)階段，即初級(jí)方案設(shè)計(jì)階段和施工圖設(shè)計(jì)階段.在初級(jí)方案設(shè)計(jì)過程中，主要是設(shè)計(jì)工作人員依靠自己的創(chuàng)意好經(jīng)驗(yàn)建立過個(gè)設(shè)計(jì)方案，此時(shí)大多數(shù)設(shè)計(jì)仍然處于模糊設(shè)計(jì)狀態(tài);在施工圖設(shè)計(jì)階段之中，主要是對上一階段中的設(shè)計(jì)內(nèi)容進(jìn)行完善，施工圖是建筑設(shè)計(jì)中的主要依據(jù)，需要將精確性和完整性特點(diǎn)展示出來[1].該階段涉及的設(shè)計(jì)工作很多，內(nèi)容也極為復(fù)雜，需要對美觀、結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)等因素進(jìn)行充分考慮.在施工圖階段中也十分重視不同環(huán)節(jié)之間的協(xié)調(diào)配合，需要進(jìn)行反復(fù)的優(yōu)化調(diào)整，并對施工圖進(jìn)行修改完善，從而將自身的設(shè)計(jì)理念完美地呈現(xiàn)在人們眼前.另外，施工圖設(shè)計(jì)主要以二維設(shè)計(jì)平臺(tái)為基礎(chǔ).

CAD便是其中一種常見的精確圖紙信息的設(shè)計(jì)技術(shù)，可以為修改和重復(fù)操作等提供便利條件.但該設(shè)計(jì)過程也存在很多弊端，這種類型的二維設(shè)計(jì)平臺(tái)，不能滿足人們對于三維設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)要求，從而帶來一些不便[2].如CAD軟件在應(yīng)用過程中容易分散設(shè)計(jì)人員的注意力，無法將全部精力集中到設(shè)計(jì)方案之中，進(jìn)而導(dǎo)致設(shè)計(jì)拓展空間受到了限制.除此之外，CAD技術(shù)能夠通過計(jì)算機(jī)將方案準(zhǔn)確表達(dá)出來，但是卻無法明確展示出設(shè)計(jì)師的設(shè)計(jì)靈感，在這種精致繪圖模式下，反而對設(shè)計(jì)師靈感形成一種限制.一旦完整形態(tài)的設(shè)計(jì)理念被圖形化，具體的靈活動(dòng)態(tài)思想將會(huì)被固定和分離，讓各個(gè)設(shè)計(jì)部分缺乏協(xié)調(diào)性.

1.2 二維設(shè)計(jì)的評價(jià)

在二維設(shè)計(jì)的作用下，整體設(shè)計(jì)會(huì)出現(xiàn)創(chuàng)意與建造的相互分離，部分設(shè)計(jì)思維無法在計(jì)算機(jī)上呈現(xiàn)出來，該種線性設(shè)計(jì)對建筑設(shè)計(jì)整體產(chǎn)生了很大的消極影響.站在我國建筑設(shè)計(jì)角度來說，設(shè)計(jì)計(jì)劃的制定來源于具體的設(shè)計(jì)目標(biāo)，以施工圖的形式進(jìn)行施工工作[3].在此過程中，無法將設(shè)計(jì)目標(biāo)更好地突顯出來，也不具備合理的指導(dǎo)和評價(jià).除此之外，很多設(shè)計(jì)人員習(xí)慣于獨(dú)立開展工作，無法與其他團(tuán)隊(duì)的工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)溝通，導(dǎo)致設(shè)計(jì)工作流程過于封閉.由于建筑環(huán)境不同，具體的設(shè)計(jì)工作也應(yīng)該根據(jù)具體情況進(jìn)行改進(jìn)，不能一蹴而就，如果整個(gè)設(shè)計(jì)工作都是在二維狀態(tài)下開展，將會(huì)為整個(gè)建筑工程帶來極大的安全隱患.從在這里也可以看出，二維建筑設(shè)計(jì)需要進(jìn)一步改變，面對新的要求和指標(biāo)規(guī)范，人們應(yīng)該以先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)為主，為建筑行業(yè)創(chuàng)造新的發(fā)展局面.

2 三維設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)

2.1 建筑信息模型的提出

建筑信息模型也是人們常說的BIM，近年來在建筑行業(yè)之中頻繁出現(xiàn)，該理念來源于美國佐治亞技術(shù)學(xué)院，其中綜合了幾何模型信息、功能要求和構(gòu)建性能，將具體建筑生命周期之中的所有信息整合在模型之中，進(jìn)而對整個(gè)建筑過程進(jìn)行控制.整體來看，建筑信息模型屬于建筑學(xué)及工程學(xué)的新建設(shè)工具.建筑信息模型一詞由Autodesk創(chuàng)造，以三維立體圖形為主，完成與建筑學(xué)相關(guān)的電腦輔助性設(shè)計(jì).如圖1所示.簡單來說，通過建筑信息模型的作用，人們可以將建筑模型轉(zhuǎn)化成數(shù)碼形態(tài)，在模型之中，除了幾何之外，所有構(gòu)建信息均會(huì)包含一些建筑工程數(shù)據(jù).在這些數(shù)據(jù)的幫助之下，可以為人們提供一些系統(tǒng)計(jì)算依據(jù)，并根據(jù)具體數(shù)據(jù)計(jì)算出想要的信息.該信息在表達(dá)上可能會(huì)有多種形式，如平面、立面、剖面等等，從而為后續(xù)建筑設(shè)計(jì)創(chuàng)造有利條件[4].

2.2 建筑設(shè)計(jì)信息標(biāo)準(zhǔn)化

在整個(gè)BIM標(biāo)準(zhǔn)化過程中，主要涉及的內(nèi)容有兩方面，首先是信息模型數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化，涉及到的技術(shù)問題主要包括數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)的管理和輸入輸出;另一個(gè)是建筑模型的標(biāo)準(zhǔn)化，涉及到的問題有材料配件和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)等.在有了準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)之后，信息交換和共享問題便會(huì)得到解決，為系統(tǒng)交流提供共同語言，讓數(shù)據(jù)在不同系統(tǒng)之中流轉(zhuǎn)起來[5].在CAD發(fā)展過程中，很多企業(yè)和設(shè)計(jì)人員產(chǎn)生了一些矛盾，這主要是缺乏信息標(biāo)準(zhǔn)所導(dǎo)致的，更沒有相關(guān)公司的支持.現(xiàn)如今，BIM成了建筑行業(yè)中具有代表性的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)方式.在此過程中，人們需要從電子繪圖轉(zhuǎn)變到模型上，為信息共享和數(shù)據(jù)交換奠定基礎(chǔ)條件.很多國家和領(lǐng)域?qū)＜覍IM發(fā)展提供了很多支持，并建立起B(yǎng)IM條款，如果沒有這些標(biāo)準(zhǔn)的配合，BIM也僅僅是一項(xiàng)普通的技術(shù).BIM技術(shù)在建筑生命周期管理中的應(yīng)用如圖2所示.

2.3 建筑生命周期管理

在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)過程中，不同的設(shè)計(jì)階段會(huì)產(chǎn)生不同的信息，而且這些信息具有復(fù)雜性特點(diǎn)[6].BIM成功實(shí)現(xiàn)了信息創(chuàng)建工具的具體化發(fā)展，在其中構(gòu)建出一致性和兼容性等特點(diǎn)，最終整合成一個(gè)完整的建筑信息模型.另外，在具體建筑設(shè)計(jì)上，不同階段需要解決的問題也不同，而且隨著設(shè)計(jì)工作的全面深入，前一段設(shè)計(jì)結(jié)果，將會(huì)成為后續(xù)設(shè)計(jì)工作開展的前提條件.為了確保計(jì)算機(jī)輔助建筑設(shè)計(jì)的科學(xué)性，設(shè)計(jì)人員需要根據(jù)實(shí)際情況對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行修改.通過各個(gè)階段之間的彼此聯(lián)系，人們可以將不同的設(shè)計(jì)階段整合成一個(gè)整體，確保建筑物生命周期設(shè)計(jì)過程的完整程度.隨著BIM技術(shù)的深入應(yīng)用，人們需要從建筑設(shè)計(jì)角度著手，構(gòu)建出完整的數(shù)字化建筑信息，換句話說，也正是由于BIM技術(shù)的應(yīng)用，將建筑信息的創(chuàng)建方式和創(chuàng)建過程徹底改變.

3 三維環(huán)境下建筑設(shè)計(jì)的具體方法

3.1 三維環(huán)境下的建筑空間設(shè)計(jì)

二維環(huán)境下的建筑空間設(shè)計(jì)主要依賴于建筑設(shè)計(jì)人員的空間想象能力，而且建筑師們無法根據(jù)實(shí)際情況對內(nèi)部建筑空間進(jìn)行感受.由于建筑空間設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的連續(xù)性特點(diǎn)，單幅二維空間在表現(xiàn)過程中完全不能將空間序列展示出來.隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們可以對虛實(shí)空間進(jìn)行整體性利用，展示出更強(qiáng)的聽覺和視覺效果，最終實(shí)現(xiàn)交互式漫游設(shè)計(jì).在虛擬與現(xiàn)實(shí)的交錯(cuò)下，建筑模型不僅可以將表面材質(zhì)展示出來，還能展示出具體的材料屬性，并對建筑構(gòu)件之中的信息資料進(jìn)行查驗(yàn).而在具體的建筑空間設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)方案體驗(yàn)了解具體的建筑空間細(xì)部條件，并將材質(zhì)和光影效果等虛擬出來，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中存在的不足之處，做到方案的及時(shí)調(diào)整，最終將方案階段存在的矛盾徹底解決.總而言之，由于建筑信息模型的出現(xiàn)，為虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的實(shí)施創(chuàng)造了穩(wěn)定條件，而且在具體的建筑設(shè)計(jì)上提供了與建筑互動(dòng)的推敲方式[7].

3.2 三維環(huán)境下的建筑造型設(shè)計(jì)

建筑設(shè)計(jì)的信息化將傳統(tǒng)設(shè)計(jì)人員的繪圖過程徹底顛覆，在二維設(shè)計(jì)模式的作用下，設(shè)計(jì)人員通常會(huì)根據(jù)實(shí)際情況，對表現(xiàn)圖紙進(jìn)行確定，而且在建筑信息模型建設(shè)上，主要涉及以下兩個(gè)步驟[8].首先，設(shè)計(jì)人員需要對造型設(shè)計(jì)進(jìn)行適時(shí)調(diào)整，提升造型的準(zhǔn)確程度，確保整個(gè)設(shè)計(jì)工作與預(yù)期效果相符.另外，技術(shù)的發(fā)展增加了建筑構(gòu)思的廣闊程度，在功能、環(huán)境等方面也能實(shí)現(xiàn)最佳組合效果.為了表達(dá)出更多內(nèi)容，設(shè)計(jì)人員也會(huì)依據(jù)最初的構(gòu)思形式，將方案的繪制過程和造型表達(dá)過程有效結(jié)合在一起，最終實(shí)現(xiàn)對原有構(gòu)思方案的完善和創(chuàng)新.例如，美國當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)大師法蘭克蓋里屬于建筑信息模型使用的先驅(qū)人物，尤其是在信息模型應(yīng)用上做出了很多嘗試，證明了技術(shù)發(fā)展與設(shè)計(jì)變革存在很大關(guān)系.

3.3 計(jì)算機(jī)輔助節(jié)能設(shè)計(jì)

建筑節(jié)能的設(shè)計(jì)目的主要是對資源進(jìn)行充分利用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)該行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[9].另外，由于建筑行業(yè)的能源消耗量巨大，資金浪費(fèi)和生態(tài)破壞成為了社會(huì)各界人士關(guān)注的焦點(diǎn).在可持續(xù)發(fā)展觀的影響下，建筑行業(yè)需要實(shí)現(xiàn)建筑材料的有效節(jié)約，尤其是在內(nèi)外層構(gòu)造設(shè)計(jì)上，人們應(yīng)該將能源收集效率激發(fā)出來，避免室內(nèi)能源出現(xiàn)消散情況，實(shí)現(xiàn)人類居住環(huán)境和自然界的全面平衡.在生態(tài)系統(tǒng)良性循環(huán)狀態(tài)之下，人們需要將主體工作與綠色建筑材料結(jié)合在一起，將計(jì)算機(jī)輔助節(jié)能效果展示出來.例如，在樓板澆蓋過程中，如果沒有將設(shè)計(jì)圖紙之中的鋼筋水泥配比系數(shù)展示出來，并將最大的承載負(fù)荷忽略，很容易導(dǎo)致樓板產(chǎn)生裂縫.所以說，在具體的建筑構(gòu)造設(shè)計(jì)過程中，任何一個(gè)細(xì)節(jié)問題均不能被忽視.在三維模式下，可借助計(jì)算機(jī)的優(yōu)勢，從綜合角度考慮建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)對建筑設(shè)計(jì)的要求，確立出建筑照明系統(tǒng)、溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)等節(jié)能設(shè)計(jì)要點(diǎn)，并在計(jì)算機(jī)的輔助作用下，將其整合成三維建筑節(jié)能設(shè)計(jì)模型，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)約能耗目的.

3.4 三維環(huán)境下的工作方式

二維環(huán)境向三維環(huán)境的轉(zhuǎn)換，主要是工作思路和方式的轉(zhuǎn)變過程，在這種全新工作形式的作用之下，我國建筑行業(yè)的發(fā)展勢頭將會(huì)更加迅猛.在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)過程中，容易對時(shí)間和空間產(chǎn)生過多依賴，信息傳輸方式也十分落后，進(jìn)而導(dǎo)致信息在傳遞過程中出現(xiàn)失真情況，對工作效率的提升產(chǎn)生了阻礙.另外，在建筑信息模型展示上，將傳統(tǒng)的信息傳輸問題解決，確保軟件以及系統(tǒng)之間的信息交流具備流暢性特點(diǎn).而在具體三維建筑信息模型應(yīng)用上，可以降低專業(yè)工具在信息交流過程中出現(xiàn)的失誤頻率，整個(gè)設(shè)計(jì)工作也能通過各個(gè)工作人員的配合實(shí)現(xiàn)協(xié)同設(shè)計(jì)，一旦出現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)問題，設(shè)計(jì)師們也能及時(shí)進(jìn)行溝通[10].

4 總結(jié)

綜上所述，在二維CAD應(yīng)用上，除了為建筑設(shè)計(jì)行業(yè)帶來便利因素之外，也在應(yīng)用上出現(xiàn)了很多新的問題.隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)工作也會(huì)變得越來越復(fù)雜，這也讓二維設(shè)計(jì)平臺(tái)問題更加突出.而這些不足之處可以通過三維模型設(shè)計(jì)進(jìn)行彌補(bǔ)，將各個(gè)設(shè)計(jì)部分聯(lián)系在一起，突顯出更多的經(jīng)濟(jì)效益.

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