论计算机辅助建筑设计现状和应用方案分析

论计算机辅助建筑设计现状的与应用方案分析 摘 要 通过对计算机辅助建筑设计现状的分析 提出了计算机在推敲建筑方案方面的应用还 不够充分的问题 分析了运用数字模型推敲方案的优势 阐述分析了各种计算机技术在推敲建 筑方案中的应用 即 照片的数字化技术 计算机生成草图技术 光能传递技术 动画及虚拟 现实技术等 关键词 计算机辅助建筑设计 计算机辅助建筑绘图 数字模型 虚拟现实 计算机辅助建筑设计 CAAD 是一项有着巨大发展前途的技术 它的出现使建筑设计这个古 老的行业发生了巨大的变化 根据国外的实践 一个好的 CAAD 系统 除了能提高设计的综合 质量外 还可以节省方案设计时间 90 投标时间 30 设计费用 15 建筑费用 15 重复作 业绘图费用 90 设计和生产效率都极大地得到了提高 1 现状分析从 1985 年以来 我国大多数大中型建筑设计单位都已引进了计算机设备 但是从 国内大部分建筑设计单位的实际应用情况看 计算机辅助建筑设计 ComputerAided Architecture Design 还仅局限于计算机辅助建筑绘图 Computer Aided Ar chitecture Drawing 的水平上 表现在设计单位的应用主要集中在后期绘图上 尤其是施工图 而在前期方案推敲 阶段 计算机却应用较少 建筑师只用计算机软件辅助绘图 只注重设计的成果 不注重它对思 考和推敲方案的辅助作用 如用 Au toCAD 绘制平面 立面及剖面 用 3DS 渲染效果图 用 Photoshop 处理后期成果 这样做事实上 计算机只被看作是一种高级绘图工具 建筑师的创 作和工作模式没有发生 本质的变化 其实 我们应该充分发挥计算机的 强大优势 将其应用到整个设计中去 尤其应发挥其在推敲方案方面的优势 2 运用数字模型推敲方案的优势在计算机出现之前 建筑师主要用制作工作模型的方式来 推敲和优化自己的方案 这种方法的确很有效 而且现在仍被广泛使用 但是利用计算机 3D 软 件制作出来的数字模型与传统模型相比却有更多优势 1 观察的视点不受限制 设计者可以 以人的正常视点来观察模型 这样可以充分了解建筑的比例和尺度关系是否合适 这一点非常 重要 2 传统建筑模型的细部受材料和比例的限制 而数字模型就没有这个限制 设计者可以 根据情况做出任何比例的细部 3 修改和复制等操作在计算机中进行十分容易 制作数字模 型比传统模型节省成本 同时也节省时间 建筑师利用这种数字模型可以对建筑的形体 材料 色彩等诸多方面进行推敲和比较 3 各种计算机技术在推敲方案阶段的应用 在建筑设计中 一项工程一般包括策划 方案设计 初步设计 深入设计 施工图设计等几个阶段 在方案设计 初步设计 深入设计这三个阶段中 是建筑师使自己的想法不断形象化具体化的 过程 也是推敲方案的过程 随着计算机辅助建筑设计技术的发展 建筑师在计算机的帮助下 可以运用各种方法做出自己的选择 1 照片的数字化合成 也就是将计算机生成的图像放在实际的环境照片中 可以快速验证和 表现设计方案 在一些改建或扩建项目中 这种方式十分有用 新建的部分与原有的建筑及周 围环境的关系是否恰当 很容易就能判断出来 设计者可以事先拍摄一些环境照片 然后在 3Dviz 等三维软件中根据这些照片 将计算机中的摄像机与照片的视点相匹配 再将渲染出来 的模型图片在 Photoshop 中与原环境照片相融合 同样方式还可以生成许多不同角度的合成 图像 利用这种融合的图像有利于确定最后的方案 在国家大剧院的投标过程中 许多设计单 位都运用这种方式 取得了很好的效果 2 计算机生成草图技术 建筑师作设计是从草图开始的 草图中包括了设计者的灵感和创造 力 但由于草图的模糊性 使计算机辅助生成草图技术的发展一直很缓慢 CAAD 系统在这方 面的应用也非常少 但软件技术人员在这方面的努力从没有停止过 SketchUp 是 Last Software 公司研制的一种设计草图软件 它在易用性及和其它建筑软件的配合上 都有所突破 在 方案设计阶段 它能很好地帮助建筑师推敲建筑的体量关系 见图 1 在做规划方案方面更是 很好的工具 如果愿意还可以输出到其它程序如 3Dmax Form z 等软件中做进一步处理 著 名的 AutoDesk 公司也推出了类似功能的产品 AutoDesk ArchitecturalStudio AAS 有理由相 信 在这种竞争中 用不了 多长时间 这种设计草图技术将会有更大的突破和发展 而建筑师将是最终的受益者 3 光照模拟及光能传递技术 对于建筑师来说 建筑的各种光影效果也是在推敲方案阶段所 关注的问题之一 许多 CAAD 软件系统在怎样模拟真实的光照效果方面做了很多有益的尝 试 Lightscape 软件在 1995 年发布了它的 2 0NT 版本 它是首次在 PC 机领域的软件中实现了 光能传递技术 这种技术能够对场景中的漫射光线进行精确模拟 可以让物体把光线反射到周 围环境和其它物体上 从而产生柔美的阴影 Lightscape 不仅能计算太阳光 还能计算天空光 它只 需按真实 灯光布置情况放置光源 就可以计算出真实的效果 不需要另加辅助光源 AutoDesk 公司在新 发布的 3Dviz4 0 版中也集成了这一技术 光照模拟的技术对于建筑师推敲建筑光照效果很 有帮助 笔者借助这一方法 在 3dviz 软件中模拟安藤忠雄的作品 光的教堂 通过改变模拟太 阳光的位置变化 感受教堂内部的光影变化 领略到大师那极具特色的光影设计 4 动画及虚拟现实技术 动画在设计成果演示阶段的应用现在已经很普遍了 尤其是许多大 型设计项目 但在设计初期阶段运用较少 其实利用 3Dmax 等三维软件制作一些分析和研究 性的动画 有利于建筑师思考和对比各种可行性方案 笔者曾利用动画技术来推敲某一方案的 各种细部与整体的关系 效果不错 见图 2 虚拟现实 Vir tual Reality 技术 是由美国 VOL Research 公司的创始人 Jaron Lanier 命名的 这种技术实际上是一种交互式的多媒体技术 使 用者可以在其中随心所欲的虚拟漫游 作为建筑师可以从多个角度观察建筑方案 所以说虚拟 现实技术不仅可以使用于建筑表现 而且也是一种推敲方案的有利手段 在东南大学与其他几 所院校进行的 长江中下游沿江景观的理论及再开发研究 项目中 设计人员运用了虚拟现 实技术 研究与比较历史上曾经存在的和现存的沿江景观 运用虚拟现实技术突破