论数字技术与建筑设计的结合

1、论数字技术和建筑设计的结合 上海东海职业技术学院论数字技术与建筑设计的结合姓名：邵正宜学号：9106128所学专业：建筑工程技术指导教师：蒋啸靖目录1 前言：42 一种新型的表达媒体52.1 优势52.2 表现的延伸53 思维工具63.1 对偶图63.2 公集线图64 NURBS曲线和新的建筑设计方式84.1创始84.2 已实现的设计95 结束语：10参考文献11致谢12摘要数字技术是通信、微电子和计算机技术的总和，计算机硬件的急速更新，为服务于建筑设计的软件开发创造了条件。本文从数字技术与建筑设计结合的历史出发，指出数字技术在建筑设计中扮演“表达媒体”和“思维工具”两个重要的角色。论述了“表

2、达媒体”相对传统建筑表达方式的优越性以及“思维工具”给建筑设计的方式所带来的革命性的变化。关键词：数字技术；建筑设计；表达媒体Abstract Digital technology is the sum of communications technology、microelectronic technology and computer technology, the computers hardware rapid update to create the conditions of build serve architectural designs software. From the

3、historical combination of digital technique and design, this article points out that digital techniques play two important roles: an expressive media and a thinking tool. It then discusses the priority of new expressive media and the unimaginable change which the thinking tool brings to designKey wo

4、rds: digital technology ; architectural design ; an expressive media 1 前言：数字技术是通信技术、微电子技术和计算机技术的总和数字是随着原始人类为他们多余的食物计数开始而产生的。随着文明的进步，数字计算技术也在不断发展。20世纪60年代以来，随着集成电路的应用，计算机的运算能力也随之增强，并出现了现代微处理器和现在使用的PC机、工作站。建设及硬件的急速更新，为服务于建筑设计的软件开发创造了条件。1963年电脑开始具备画图能力，很快，电脑绘图的能力应用到了建筑设计，便成了建筑中常听到的第一代CAD计算机辅助绘图。1990年起，

5、电脑的数位影像处理与合成技术日渐成熟，再加上电脑模拟于动画能力也发展健全，以至於出现了电脑设计。自1993年网络科技的飞速兴起，一方面拉近了人与人之间的距离，促进了建筑文化交流；另一方面，使得远距离的联合设计有了物质基础。1995年以后，电脑在自由形体的塑造上渐趋成熟，再加上更逼真的虚拟实境技术的发展，愈来愈多的以前想不到的建筑与空间可以被构建，人们对传统的空间认识产生了新的突破，点、线、面得空间钩秤不再能够完全满足人们对建筑及其空间构成的需要。究竟数字技术如何与建筑设计结合，能结合到如何的程度？世界各国的学者都进行了一些超前的设想和大胆的预测。亚历山大在形式的构成一书中写道：“在近代的历史上

6、已经有过一次对天真的摆脱，及机器对手工艺的替代我们现在处在第二个分水岭，此时对天真的摆脱将以智能而不是机器的方式得以体现”。亚历山大认为“我们正处在一个变革的边缘，这种变革能像19世纪及其扩展人的体力一样，使人的思维和创造力得到了同样的扩展。”刘育东在数位建筑的浮现一书中对数字技术在建筑设计及建筑历史的发展过程中的地位，提出了四个假设，即：数字技术可能成为建筑设计的一种工具，数字技术的应用可能发展成为建筑设计新的理论，可能使建筑设计进入一个全新的时代；或者成为建筑设计的一场革命。其它涉及到此领域的学者，对这些问题有着自己的看法。本人认为，纵观数字技术在建筑设计中的运用历史，数字技术主要扮演了两

7、个角色：其一，是一种新型的表达媒体；其二，是建筑师的一个思维工具。2 一种新型的表达媒体技术的发展会带给建筑师在表达方式上的飞跃。正如文艺复兴时代，透视学的发展，为制作模型提供了理论支持；二十世纪初的数字技术特别是计算机技术的发展，为新的表达媒体出现提供了可能。1963年，来自MIT林肯实验室的萨瑟兰将他的博士论文Skctchpad一个人机通信的图形系统公诸于众，受到了历史性的重视。该论文首先提出计算机图形学术语，并提出了许多至今仍在沿用的计算机概念。早期的CAD体系就是把萨瑟兰体系运用于建筑图形的结果。2.1 优势数字技术在平面和三维的表现上有传统表达媒体所不能及的诸多优点。在二维的表达中，

8、数字表达软件的优势比较明显。如用AUTOCAD2002绘制一副规划的总平面图时，绘图者可以利用不同的图层来管理不同的内容；可以轻松复制诸如配景树木之类的相同的内容；可以利用点的捕捉来精确绘图；可以在方案修改时，轻松应对。以上种种，是传统的手绘制图方式无法比拟的。数字技术的三维表现也是如此。传统的建筑三维表现主要用于建筑形体的推敲与表现，制作过程复杂，精细模型费时且花费不菲。计算机建立的三维模型是数字模型，相对于传统的方式不但快捷、方便、精准、易修改，而且还能够帮助建筑进行空间形式分析和功能、结构等方面的仿真计算。2.2 表现的延伸动画的表现仍是数字技术三维表现的延伸，也是以前任何传统媒体所不能

9、企及的。目前开发并应用的动画软件名目繁多。其中，比较有代表性的应用建筑设计的有3d max、autodesk、authorware等等。运用动画，人们可以在任意一个角度去观察与表现假象的建筑物。虽然，目前的动画制作软件还是很少涉及虚拟空间所需要的实时查询系统，但是，建筑动画已广泛用于目前的建筑设计市场。无论是平面、三维还是动画的表达，都代表着数字技术与建筑设计相结合的先进性，所以，目前绝大多数的设计单位已经采用了以autocad、photoshop及3ds max为代表的设计软件。但是，座位时代发展代表的数字技术与建筑设计的结合是不甘于停留在浅层次表达媒体这个定位上的。它们的深层次结合的研究将

10、给建筑设计带来更大的改观。3 思维工具萨瑟兰写道：“通常一个设计这对她所使用的图形工具的内部结构是漠不关心的，而笔和墨水本身是不可能有什么内部结构的，它们只配用来在纸上涂抹一堆杂乱的符号。设计师最关心的是他们画出的图形所表示的深入的设计方案。而计算机所产生的图形则不同，它们是必须依赖一定的结构，作为一系列的结果储存于计算机的内存之中。图形本身相对与它要描绘的物体来说是独立的。”这样，人们在用计算机绘制图形的时候，不在忽视所绘对象的内部结构，而是从内部入手，从结构入手，去表现事物。尽管，萨瑟兰提及的这个方面远远不能概括应用数字技术来进行建筑设计的所有优点，但是，他从一方面揭示了人们运用数字技术来

11、设计时所增加的思考过程。3.1 对偶图早在计算机技术与建筑设计结合的初期，人们就试图让计算机能通过条件的设定，自动随机生产建筑平面。对偶图生成建筑平面是其中比较有代表的一种，对偶图生成平面有五个步骤：1）根据对建筑设计的要求，写出相邻的关系矩阵；2）判定相邻关系矩阵所对应的图是否为平面图；3）把相邻关系对应的图展开成没有任何两条边相交的形式；4）求这个图的对偶图，得到的既是建筑平面图的雏形；5）调整第四步的结果，直至满足给定的平面外形和房间的尺寸大小为止。上面的想法虽然易于理解，但是不可能被严格地实现到计算机中。在实际操作过程中，用计算机执行对偶图法还不如手工快。另外，借助史密斯图来表示和生成

12、建筑平面，本文就不再详述。自动生成平面系统的研究是对计算机思维的一种探索，它力图把建筑师对空间的创造简化为寻找值解得数学问题，并取得了一些简单的成果。虽然，这种思路后来被证明是不可行的，但是，他为日后的智能化技术的发展积累了宝贵的经验。利用数字技术对建筑方案草图的研究，是另外一个尝试。草图是建筑师进行设计最为关键的一步，成功的设计往往是从草图开始的。计算机的草图实现了主要是利用了最佳公用线集与形状的操作法则。3.2 公集线图最佳公用线集是指对一格由线段构成的图形来说，存在一个线段的集合，这个集合满足如下的条件：1）这个集合中的线段相互可以围合成原图形中所有突现型；2）这个集合是满足条件1）的所

13、有集合中线段数量最少的一个。形状操作法则是用来表示建筑是对草图中图像的处理。建筑师的专业训练使建筑师在头脑总建立了某些图形状与它们合理操作之间的映射关系。他们正是依赖这些关系来保证建筑设计的专业性。依据这个原则，研究人员取得了一些成果。哈佛大学设计研究生院的丹（TAN）主持开发的程序Emergence1，它运行于20世纪80年代后期开始盛行于设计领域的Apple Mackinbtosh机器上，允许使用者画公用线，再依靠鼠标的点选对所需要的突现形式进行高亮度显示。哈佛大学的长仓竹颜也提出了一种建立在形状操作法则上的方案。总的来说，以上的研究都是希望用逻辑的方法去进行草图的模拟。然而，草图主要源于

14、设计师头脑的感性形式，本身就缺乏严密的逻辑性，而用逻辑的方法进行模拟难以符合草图的模糊特性，事实上，计算机草图的研究，目前未取得突破进展。自动生成平面系统的研究和计算机草图系统的研究是在计算机介入建筑设计早期人们所热衷的内容，是人们尝试数字技术介入建筑思维过程的早期探索，由于这个时候人们对计算机的能力的盲目自信，试图在低技术基础上进行智能化建筑设计系统的研究，并且，出发点偏离了数字技术与建筑设计共同的特点，所以，并没有取得一些实用的成果。4 NURBS曲线和新的建筑设计方式4.1创始经过探索，人们渐渐明白了，用纯粹的数字技术去模拟建筑思维方面的东西，难免过于牵强，就像数字技术介入了视觉艺术有了

15、极大的发展，创造出了许多新颖的形式，而且可以模拟出任何大师的杰作，但是人们还是愿意保持着创作的那一丝原始的韵味和随意。目前，许多前卫的建筑师已经开始利用新的方式应用数字技术。NURSS曲线是non-uniform-rational B-splircs的缩写，使用它可以使以前实体建模难以达到的圆滑曲面的构建，变得简单、方便。NURBS曲线与曲面上的调节点有两种：Pionts Vertex构成的曲线或曲面的；而CV点则是分布在曲线或曲面之外的，点与点之间不是曲线，而是控制曲线的控制线。这样，建筑是在运用NURBS曲线进行造型的时候，可以通过调整控制节点来调整整个图形。在此之前，建筑师也能设计曲面的

16、建筑造型，但其操作是非常复杂的。有些曲面可以用空间解析几何函数来表达，如伍重的悉尼歌剧院、赖特的古根汉姆博物馆；有些是完全自由的曲线，如高迪的作品。而如今，建筑师，可以通过NURBS曲线随心所欲的控制空间曲面，正是这一点，使得当今建筑呈现出曲面化的流行局面。建筑师与数字技术新的结合方式便逐渐产生。悉尼歌剧院古根汉姆博物馆4.2 已实现的设计日本建筑师矶崎在我国国家大剧院竞赛方案中，利用NURBS网格制作了一个不规则的曲面顶，这一屋顶来自一个216个顶点的Patch网格；盖里为1996年巴萨罗那的UIA大会设计的一个古怪的建筑一条鱼，堪称为数字化建筑的典范；艾森曼在设计完爱尔诺设计艺术中心之后说

17、：“如果不是借助电脑数字媒体的运用，这种空间的思考是不可能达成的”。“鱼”形建筑盖里巴萨罗那研究这些大师们在运用数字媒体技术进行设计的时候，便形成了新型的建筑设计方式。有的建筑是直接指挥计算机操作员对三维模型进行变换来设计，如矶崎便是如此；著名的建筑师约翰逊亦是如此，他在1995年为自己基金会的访客中心设计了一座任意形的门房，就是使用的这种设计方法。有的是在草图和实体模型的基础上，利用三维的数字技术扫描仪进行数字输入，再在绘图软件中进行设计。如巴塞罗那的“鱼”的设计中，盖里的最初概念草模是用软木框制作而成的。这样的设计方法已经突破了传统的设计常规，是目前比较可行的数字技术与建筑设计结合的方式，

18、它们不在从数字技术的基础理念出发来进行与建筑设计的结合。在其中，建筑师不必了解生存曲面或形体的软件的复杂的数学公式，也不用羁绊在数字技术的逻辑中。建筑师要做的仅仅通过一种全新的媒体去进行建筑的思考。在这种结合方式下，建筑师即可以发挥自己天生的想象力和灵感，也可以充分利用数字技术加以实现。5 结束语：今天，数字技术与建筑设计的结合已经经历了半个多世纪的发展，表达与思维始终是人们研究并期望创新的两个主要领域。站在时代前面的建筑师们早已敏锐的察觉到了数字技术将会给自己的事业带来革命性的变革。他们中，如弗兰克、盖里、彼得、艾森曼等，业已再利用新兴的数字技术，并创造出了能够代表这个时代建筑标志的成果。由于他们的不懈努力和广泛宣传，越来越多的建筑是开始长是新