计算机建筑设计分析

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计算机—这一20世纪伟大的发明，已成为无处不在的“神灵”，渗透到各个领域。如今它正悄悄地走进了建筑设计，使设计行业正经历着一场大变革。用计算机进行建筑设计，其优点是显而易见的。一是快速。采用手工设计，出一套设计方案一般需半个月。而采用计算机设计一般只要一天或几天就可完成，其超凡的效率可令您尝到“一当十”的成就感。二是易修改。设计师最头痛的是客户提出修改，效果图修改，就必重画，相当费时费力，而计算机设计一般采用参数化方法，改动一处，其它相关部位自动修正，非常方便。三是效果逼真。任何手工着色图要想达到照片的效果都非常困难，而采用计算机设计易如反掌

。计算机方法是现代设计法的基本手段。在建筑设计方面也有许多成果，主要都体现在绘图优势上。计算机辅助建筑设计是一个系统工程，在对建筑设计和计算技术两方面深人探讨的基础上，进一步探索两者的结合点。在整个建筑设计的逻辑思维过程中，基本是由分析、综合、评价三个步骤组成。这三个步骤之间都有相互之间的关系，后面的步骤对前面的步骤，往往会产生多次的反馈。建筑师也正是利用这些多次的反馈，并要经过不断的反复修改，最后才能完成设计的全部过程。构思的过程是一个复杂的形象思维过程，实际上建筑师思考的是三维空间及其相互间的关系，但是记录下来的是二维图形(符号)，因此建筑师有异于常人的思维方式和想象能力。首先是形象的构筑。这时可借助空间符号，调用的三维实体可以是从某个角度观察时的线框模型，迅速表达建筑师瞬间的灵感。通过多次改变模型的类型、尺度和组合方式，求得较为理想的空间形象。此时，界线和界面的计算已由计算机自动完成，可以转变模型为面或模型，加深建筑师的印象。在这个过程中，建筑师思维集中在形象、比例、尺度等方面，具有一定的模糊性，这与传统计算机概念中的精密性、逻辑关系产生了矛盾。这个问题使现有的软件极少提供建筑师这种思维表达的机会。而只要将模糊集合论的观点引人数据库，其实并不难解决这个问题。另外必须用某些限制来防止构思的无原则发展，主要是环境、功能和技术。环境制约，如城市规划的要求、社会人文对建筑风格的要求;功能制约空间大小、数量等等，这些都具有可量化的参数，因而计算机并不难处理。甚至，将某些原则作为条件存人计算机，最终能实现计算机建筑构思的自动化。目前国外在建筑创作中，已运用计算机系统工程进行工作。它们的功能如下:徒手绘图系统:建筑师象往常手工绘图一样在纸上绘图，该系统自动录人计算机并在屏幕上同步显示。控制系统:对整个系统进行宏观管理，包括运行环境，各部分接口转换等。控制系统直接由建筑师操作。

图形处理:录人计算机的各种图形数据，以某种数据结构存贮并进行各种数据变换、处理，包括二、三维动态显示及模数化处理，直到产生各种施工图的定位数据。方案选择及优化系统:该系统能对多种用途的数据库，包括基本图库，建筑部件，构造详图，表格自动生成和文字处理等功能。绘图系统:包括屏幕显示和图纸输出系统。经图形处理后的数据，即模数化后的数据，也即最终图形数据通过该系统在屏幕中显示或在绘图机上输出。建筑师只有真正的掌握了上述系统工程，才能运用科学方法进行创作，脱离那种落后的、凭经验、凭直观感觉的设计状态。从而进行科学分析、判断、修正，最后获得最大综合效益(即优化系统)。运用系统工程的原则与方法作出定量分析，以求较大综合效益，并非那么容易，这也是优化系统所探讨的间题。在建筑设计中，运用最优化系统进行分析，可分为静态优化分析与动态优化分析两大类，所谓静态最优化，是指当系统在静止状态下，如何保证其最优化。它是以线性规划与非线性规划为基本方法。需要建立一系列的线性与非线性数学模型，然后再把它转换成标准数学形式，进而再求解这一系列的多元一次联立方程组，得出最优解。至于动态优化，则是要分析系统的动态特征，分析各变量变化过程之间的关系。即设计人员不仅要分析现状，还要研究过去、预测未来，这就是一个动态过程。

它需要建立一系列变分方程，用变分法求解。对上述两类状态的数学分析，都是较为复杂的运算过程，这对于多数建筑师来说，短期内还难以具备这样的本领。当前，建筑设计正处于一个信息时代，对于建筑师来说，分析新事物、研究新问题，片刻也离不开信息。但是浩如烟海的信息处理与检索，单凭人脑已远远不能胜任了，所以推广电子计算机作为辅助设计，已是势在必行。这也是全世界科学家们、工程技术界、建筑师们极为关注的问题。电子计算机作为辅助设计工具的探索，已有20多年的历史。目前美国和日本在建筑中运用电子计算机都已取得巨大的成就。电子计算机运用建筑设计，最初应用者为美国，1958年美国一家建筑师事务所首次在建筑设计中运用电子计算机，但当时由于软件尚不够完善，只是由数学家们进行编制程序，而没有与建筑师取得密切配合，造成了理论脱离实际，以不理想而告终。到70年代又重新开始研究，终于取得了初步成效。当时美国5.O.M事务所(美国最大的一家建筑师事务所)，在分析计算高层建筑设计中取得成功，从此计算机作为辅助设计成为一个新的起点。此时的计算机，已由单纯的数字计算，过渡到简单的智能处理。对于信息的控制已能进行分析、处理，这是计算机应用的重大进展。从70年代中期到今天，日、美两国建筑师们又进行了大量的研究工作，终于把计算机引人建筑设计，已发展到完全实用阶段。

对于建筑中非数值性的信息处理已取得了很大进展，甚至进而研究对艺术领域以及逻辑思维与意识形态的处理问题。目前，国外在建筑设计中应用计算机的情况如下:利用计算机进行信息检索。建筑师可以利用计算机，在瞬隙之间从全世界的通讯检索网络系统中，获取大量的设计资料。如法国已建立了自动化建筑情报处理系统，它已贮存了10亿字符与几十万条检索设计标准，可随时为设计人员提供信息资料。利用计算机提供设计前期的可行性研究。进行设计的预测，完全可代替传统模型研究的作法，并能事先对结构的可靠性提出论据。对一切声、光、电、热的物理性能作出模拟，从而可使设计人员及时获得方案效果的评价。此外，计算机能够解决系统工程中的定量分析。免去了复杂的数学运算，随时提供可行方案，尤其是对于重要的综合效益能提供可靠的信息，给建筑师选择，藉以启发设计者的思维能力。如美国5.O.M事务所对于芝加哥湖畔三幢高层塔式建筑，在其规划设计阶段，曾利用计算机对于日照、投资、合理用地、环境因素等进行了综合分析，提出了参考方案。再如俄罗斯曾运用计算机对某些工业区规划设计，进行了综合分析，它是从生态平衡、土方、基础、道路、管网等一系列问题作出综合分析，最后得出最佳方案。至于运用计算机进行各种结构、暖通空调、给水排水管网的设计、计算，那就更不在话下，这是其最简单的应用，已被普遍推广。计算机完全可以取代传统的人工绘图工作，把设计人员从繁琐的绘图工作中解放出来。还可以把绘制的建筑图像调到屏幕上，进行观察分析，并能对此图像进行分解、组合、缩放、移动或更换，最后作出修定，求出最佳方案。

事实证明，计算机设计不仅有利于设计师发挥创造力，相反会促进创造力的发挥。因为计算机设计对设计师来说提供仅仅是一种辅助手段，它对设计师的技术要求不是太高，这样能促使设计师专注艺术创造力的发挥，而不是技术手段的处理。尽管计算机有如此大的功能，但是对于建筑设计来说，仍然还是一个辅助设计工具，只是可以代替人做一些人力所不及的工作。因为电子计算机在设计中的运用，是一种辅助设计方法.还不能完全代替创作本身。在建筑设计中，除了逻辑思维以外，还需要形象思维，而形象思维则是由人的直接感觉产生的。对于一些抽象判断、推理等工作，目前还没有突破性的发展。所以建筑创作，主要的还是人，仍然还需要人的丰富想象力和构思去解决问题，计算机只能是一个参谋部，起工具的作用。

总之，电子计算机是建筑设计向现代化变革中，强调系统理论、讲究综合效益，并使之得以实现的有力保障，它能对建筑工程中许多复杂问题进行处理。诸如对建筑的可行性研究、环境效益评价、城市供热、供水、供电系统的规划等等都能作出妥善处理。尤其是对大量的信息贮存(如上面所述)，都是人力难以实现的。将来，随着电子计算机的不断更新换代，软件的不断改进，计算机的智能模拟以及模糊、抽象思维的决策本领定能很快实现。看来，对于任何一个想在建筑创作中真正能有所作为的建筑师，都应该尽快掌握电子计算机的运用技能，这是现代设计方法最起码的要求，因为以往那种落后的设计方式将被淘汰了!现代建筑设计方法与计算机的应用是以往任何时代所不及的，它代表了人类现代科学的高度发展水平。随着21世纪科学技术的不断前进，定能把建筑创作与设计推向一个更高的境界。