計算機建筑設計分析

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計算機—這一20世紀偉大的發明，已成為無處不在的“神靈”，滲透到各個領域。如今它正悄悄地走進了建筑設計，使設計行業正經歷著一場大變革。用計算機進行建筑設計，其優點是顯而易見的。一是快速。采用手工設計，出一套設計方案一般需半個月。而采用計算機設計一般只要一天或幾天就可完成，其超凡的效率可令您嘗到“一當十”的成就感。二是易修改。設計師最頭痛的是客戶提出修改，效果圖修改，就必重畫，相當費時費力，而計算機設計一般采用參數化方法，改動一處，其它相關部位自動修正，非常方便。三是效果逼真。任何手工著色圖要想達到照片的效果都非常困難，而采用計算機設計易如反掌

。計算機方法是現代設計法的基本手段。在建筑設計方面也有許多成果，主要都體現在繪圖優勢上。計算機輔助建筑設計是一個系統工程，在對建筑設計和計算技術兩方面深人探討的基礎上，進一步探索兩者的結合點。在整個建筑設計的邏輯思維過程中，基本是由分析、綜合、評價三個步驟組成。這三個步驟之間都有相互之間的關系，后面的步驟對前面的步驟，往往會產生多次的反饋。建筑師也正是利用這些多次的反饋，并要經過不斷的反復修改，最后才能完成設計的全部過程。構思的過程是一個復雜的形象思維過程，實際上建筑師思考的是三維空間及其相互間的關系，但是記錄下來的是二維圖形(符號)，因此建筑師有異于常人的思維方式和想象能力。首先是形象的構筑。這時可借助空間符號，調用的三維實體可以是從某個角度觀察時的線框模型，迅速表達建筑師瞬間的靈感。通過多次改變模型的類型、尺度和組合方式，求得較為理想的空間形象。此時，界線和界面的計算已由計算機自動完成，可以轉變模型為面或模型，加深建筑師的印象。在這個過程中，建筑師思維集中在形象、比例、尺度等方面，具有一定的模糊性，這與傳統計算機概念中的精密性、邏輯關系產生了矛盾。這個問題使現有的軟件極少提供建筑師這種思維表達的機會。而只要將模糊集合論的觀點引人數據庫，其實并不難解決這個問題。另外必須用某些限制來防止構思的無原則發展，主要是環境、功能和技術。環境制約，如城市規劃的要求、社會人文對建筑風格的要求;功能制約空間大小、數量等等，這些都具有可量化的參數，因而計算機并不難處理。甚至，將某些原則作為條件存人計算機，最終能實現計算機建筑構思的自動化。目前國外在建筑創作中，已運用計算機系統工程進行工作。它們的功能如下:徒手繪圖系統:建筑師象往常手工繪圖一樣在紙上繪圖，該系統自動錄人計算機并在屏幕上同步顯示。控制系統:對整個系統進行宏觀管理，包括運行環境，各部分接口轉換等。控制系統直接由建筑師操作。

圖形處理:錄人計算機的各種圖形數據，以某種數據結構存貯并進行各種數據變換、處理，包括二、三維動態顯示及模數化處理，直到產生各種施工圖的定位數據。方案選擇及優化系統:該系統能對多種用途的數據庫，包括基本圖庫，建筑部件，構造詳圖，表格自動生成和文字處理等功能。繪圖系統:包括屏幕顯示和圖紙輸出系統。經圖形處理后的數據，即模數化后的數據，也即最終圖形數據通過該系統在屏幕中顯示或在繪圖機上輸出。建筑師只有真正的掌握了上述系統工程，才能運用科學方法進行創作，脫離那種落后的、憑經驗、憑直觀感覺的設計狀態。從而進行科學分析、判斷、修正，最后獲得最大綜合效益(即優化系統)。運用系統工程的原則與方法作出定量分析，以求較大綜合效益，并非那么容易，這也是優化系統所探討的間題。在建筑設計中，運用最優化系統進行分析，可分為靜態優化分析與動態優化分析兩大類，所謂靜態最優化，是指當系統在靜止狀態下，如何保證其最優化。它是以線性規劃與非線性規劃為基本方法。需要建立一系列的線性與非線性數學模型，然后再把它轉換成標準數學形式，進而再求解這一系列的多元一次聯立方程組，得出最優解。至于動態優化，則是要分析系統的動態特征，分析各變量變化過程之間的關系。即設計人員不僅要分析現狀，還要研究過去、預測未來，這就是一個動態過程。

它需要建立一系列變分方程，用變分法求解。對上述兩類狀態的數學分析，都是較為復雜的運算過程，這對于多數建筑師來說，短期內還難以具備這樣的本領。當前，建筑設計正處于一個信息時代，對于建筑師來說，分析新事物、研究新問題，片刻也離不開信息。但是浩如煙海的信息處理與檢索，單憑人腦已遠遠不能勝任了，所以推廣電子計算機作為輔助設計，已是勢在必行。這也是全世界科學家們、工程技術界、建筑師們極為關注的問題。電子計算機作為輔助設計工具的探索，已有20多年的歷史。目前美國和日本在建筑中運用電子計算機都已取得巨大的成就。電子計算機運用建筑設計，最初應用者為美國，1958年美國一家建筑師事務所首次在建筑設計中運用電子計算機，但當時由于軟件尚不夠完善，只是由數學家們進行編制程序，而沒有與建筑師取得密切配合，造成了理論脫離實際，以不理想而告終。到70年代又重新開始研究，終于取得了初步成效。當時美國5.O.M事務所(美國最大的一家建筑師事務所)，在分析計算高層建筑設計中取得成功，從此計算機作為輔助設計成為一個新的起點。此時的計算機，已由單純的數字計算，過渡到簡單的智能處理。對于信息的控制已能進行分析、處理，這是計算機應用的重大進展。從70年代中期到今天，日、美兩國建筑師們又進行了大量的研究工作，終于把計算機引人建筑設計，已發展到完全實用階段。

對于建筑中非數值性的信息處理已取得了很大進展，甚至進而研究對藝術領域以及邏輯思維與意識形態的處理問題。目前，國外在建筑設計中應用計算機的情況如下:利用計算機進行信息檢索。建筑師可以利用計算機，在瞬隙之間從全世界的通訊檢索網絡系統中，獲取大量的設計資料。如法國已建立了自動化建筑情報處理系統，它已貯存了10億字符與幾十萬條檢索設計標準，可隨時為設計人員提供信息資料。利用計算機提供設計前期的可行性研究。進行設計的預測，完全可代替傳統模型研究的作法，并能事先對結構的可靠性提出論據。對一切聲、光、電、熱的物理性能作出模擬，從而可使設計人員及時獲得方案效果的評價。此外，計算機能夠解決系統工程中的定量分析。免去了復雜的數學運算，隨時提供可行方案，尤其是對于重要的綜合效益能提供可靠的信息，給建筑師選擇，藉以啟發設計者的思維能力。如美國5.O.M事務所對于芝加哥湖畔三幢高層塔式建筑，在其規劃設計階段，曾利用計算機對于日照、投資、合理用地、環境因素等進行了綜合分析，提出了參考方案。再如俄羅斯曾運用計算機對某些工業區規劃設計，進行了綜合分析，它是從生態平衡、土方、基礎、道路、管網等一系列問題作出綜合分析，最后得出最佳方案。至于運用計算機進行各種結構、暖通空調、給水排水管網的設計、計算，那就更不在話下，這是其最簡單的應用，已被普遍推廣。計算機完全可以取代傳統的人工繪圖工作，把設計人員從繁瑣的繪圖工作中解放出來。還可以把繪制的建筑圖像調到屏幕上，進行觀察分析，并能對此圖像進行分解、組合、縮放、移動或更換，最后作出修定，求出最佳方案。

事實證明，計算機設計不僅有利于設計師發揮創造力，相反會促進創造力的發揮。因為計算機設計對設計師來說提供僅僅是一種輔助手段，它對設計師的技術要求不是太高，這樣能促使設計師專注藝術創造力的發揮，而不是技術手段的處理。盡管計算機有如此大的功能，但是對于建筑設計來說，仍然還是一個輔助設計工具，只是可以代替人做一些人力所不及的工作。因為電子計算機在設計中的運用，是一種輔助設計方法.還不能完全代替創作本身。在建筑設計中，除了邏輯思維以外，還需要形象思維，而形象思維則是由人的直接感覺產生的。對于一些抽象判斷、推理等工作，目前還沒有突破性的發展。所以建筑創作，主要的還是人，仍然還需要人的豐富想象力和構思去解決問題，計算機只能是一個參謀部，起工具的作用。

總之，電子計算機是建筑設計向現代化變革中，強調系統理論、講究綜合效益，并使之得以實現的有力保障，它能對建筑工程中許多復雜問題進行處理。諸如對建筑的可行性研究、環境效益評價、城市供熱、供水、供電系統的規劃等等都能作出妥善處理。尤其是對大量的信息貯存(如上面所述)，都是人力難以實現的。將來，隨著電子計算機的不斷更新換代，軟件的不斷改進，計算機的智能模擬以及模糊、抽象思維的決策本領定能很快實現。看來，對于任何一個想在建筑創作中真正能有所作為的建筑師，都應該盡快掌握電子計算機的運用技能，這是現代設計方法最起碼的要求，因為以往那種落后的設計方式將被淘汰了!現代建筑設計方法與計算機的應用是以往任何時代所不及的，它代表了人類現代科學的高度發展水平。隨著21世紀科學技術的不斷前進，定能把建筑創作與設計推向一個更高的境界。