計算機輔助建筑設計技術與設計過程的相關性研究
摘要：文章對計算機輔助建筑設計的發展及應用現狀做了梳理，同時從建筑設計過程中的思維模式入手研究了這一技術現存的問題及其原因，并對計算機輔助建筑技術將來的發展提出了展望。
關鍵詞：計算機輔助建筑設計設計過程論設計思維模式
CAD技術計在建筑設計中的輔助設計技術一般被稱為計算機輔助建筑設計(CAAD—Computer Aided Architecture Design)技術，在建筑設計的各個方面正發揮著越來越重要的作用�？梢哉f，目前CAD技術已經成為建筑設計人員從事建筑設計中不可或缺的重要工具。
1、計算機輔助建筑設計技術的發展狀況與應用現狀
概括的講，國際上計算機輔助建筑設計CAAD研究從二十世紀六十年代以來已經經歷了五代的發展。[1]第一代誕生于二十世紀60年代，繪圖和數據庫管理軟件比較原始，功能有限。
第二代出現于二十世紀70年代，基于數據庫軟件與高級計算機語言Fortran的進步.在不少大型建筑事務所已經開始得到運用。
第三代出現于二十世紀7O年代后期，基于彩色顯示器與復雜的操作系統.這一代CAAD系統大大促進了從研發到實用的轉化。
第四代出現于1983年，主要特征是采用了智能終端，反應速度大大提高。
第五代出現于8O年代中期，這個時期是CAAD系統在建筑設計中真正普及應用的轉折點.其特征是引入了知識工程及專家系統。
建筑設計中CAAD技術的應用大致可以分為以下三個方面：
(1)建筑結構設計建筑領域中率先開始利用計算機的專業是建筑結構專業。到80年代，幾乎已經可以解決任何常見的結構工程中的力學解析問題。如今，在結構工程設計作業中計算機輔助設計已成為設計者們方便的工具。
(2)建筑環境工程設計在建筑環境工程設計領域，通過建立數學模型來進行聲學、氣流的解析方法得到越來越廣泛地運用。最近興起的運用計算機流體力學(CFD)來進行環境模擬的技術尤其引人注目。
(3)建筑設計(方案設計)目前在指建筑方案設計領域中，計算機主要應用于以下幾個方面：
�、僭O計文件的做成(documentation)�，F在利用最頻繁的是繪制施工圖用的二維CAD繪圖軟件以及繪制建筑外觀、內部空間的效果圖用的各種三維圖形處理軟件。
�、诮ㄖ臻g及行為模擬(simulation)。在建筑方案設計中的模擬主要有兩個方面的內容：其一是對建筑空間進行虛擬的表現，以研究設計的方案是否達滿足設計的意圖。其二是從建筑使用者的角度來評價建筑的性能時，對使用者在建筑中所發生的行為進行模擬。
③信息交流(communication)。這里是指利用計算機進行建筑設計工作的相關者之間的信息的相互交流。
2、計算機輔助建筑設計技術的現存問題
目前用于建筑實踐的CAD工作平臺多偏重于二維圖形繪制以及三維建模，尤其是我國的CAAD技術的發展，似乎更偏重于如何更快的繪圖以及更逼真的表達設計成果，這與CAAD的宗旨而言已相去甚遠。究其原因.筆者認為這是長期以來在建筑設計實踐中，CAAD系統與建筑設計方法論沒有緊密結合所造成的。
如果我們將建筑設計看成是由基于某些現有條件的分析而得出解決方案的過程，那么CAAD應有的研究方向應該是建筑師設計思維的延伸而非單純的設計思維的表達。建筑設計過程的核心環節為建筑問題的目標擬定.解決建筑問題的策略形成以及結果的評價優選。
基于以上分析可以看出.要研究CAAD技術就必須對建筑設計的過程有相當的研究。
3、建筑設計過程
由于建筑設計同時跨越工程與藝術兩大領域這一特殊性所決定，建筑師在設計過程中則相應的產生理性與感性兩種思維模式。
首先.建筑師需要具有與工程師相類似的發現，羅列，比較，組織設計條件中潛在因素的能力，即理性思維的能力。例如通過對前期設計條件的分析確定建筑的功能布置，結構選型等設計要素。
其次，建筑師同時需要具有與藝術家相類似的感知與表達能力，即感性思維的能力。例如通過建筑師自身的經驗積累確定建筑的空間形態、外部造型等藝術要素。
然而，在建筑設計過程中，除了以上提到的功能、結構、空間、造型等影響要素之外還有諸如環境、經濟、歷史文脈、法律法規等眾多的制約條件都對建筑方案的最終成型有著重要的影響。同時建筑單體本身的功能、結構、空間、造型等設計要素，往往也在相互作用中推動著建筑設計的發展.功能排布的方式可能會影響建筑結構的選型，同時他們又共同影響著建筑的空間形態與造型特fiF.反之亦然。所以建筑設計過程又不能割裂的分為理性與感性兩個思維模式，還存在著二者相互作用的“中間形態”。最終我們發現建筑設計的思維過程便是由理性與感性相互交織而形成的。
4、計算機輔助建筑設計技術發展遲滯的原因
基于以上分析，可將目前CAD系統偏重于表達而非建筑設計過程中建筑師思維拓展的原因可歸納為：
(1)建筑設計定位的模糊性建筑求解的目標是隨著設計的展開與深入逐步明確的，而計算機則缺乏隨任務展開而逐步確立目標的能力而需要使用者在任務初始則設定好求解目標及所有相關的求解信息。
(2)建筑設計模糊求解的困難性在建筑設計過程中，方案(即建筑問題的最終解)是由設計者在對設計要求、設計目標等初始設計條件的理解與分析基礎上提出相應的策略而最終達成的。這一過程中設計者個人的經驗甚至“感覺”都對設計結果造成直接影響.這是由建筑設計的特殊性決定的。如果將建筑設計看成是函數.那么最終結果往往不是由唯一的條件映射所形成的.這即為建筑設計的模糊求解。而計算機的lT作原理要求對于每一個其生成的解都要有明確相對應的條件映射，這與人的思維模式有著巨大的差異.這意味著要求計算機像設計者那樣具有模糊思維的能力是極其困難的。
(3)建筑設計方案綜合評價的困難性建筑設計過程中，對應于同樣的初始設計條件，不同的設計者往往最終提出不同的設計方案，而設汁方案的評價本身更涉及到規劃、功能、空間、造型、結構、環境、經濟等諸多要素。就目前的計算機系統而言要對不同方案進行評價那么就必須將以上的諸多評價要素類型與數據化.其中涉及到美學方面的例如造型，空問等方面的內容從根本上講是難以做到數據化的。而對諸多要素的整體把握與取舍平衡更是目前的計算機系統所難以完成的
5、計算機輔助建筑設計技術發展的展望
既然現階段計算機系統無法幫助建筑師在建筑設計的全過程進行思維拓展，那么現階段CAAD技術的研究重點則落在對于建筑設計過程中的局部問題進行求解。筆者借助同濟大學鄧剛博士在其《建筑設計過程中的思維結構核心環節研究》中提出的“建筑設計的縱橫發展模式”可以較為清晰的闡釋CAAD技術適用于解決建筑設計過程中的何種局部問題。該模型分為：三個層次：
第一層(縱軸)，建筑設的階段性進展，屬于單向型模型，反映了實際設計二作的時間進度。
第二層(橫軸)，建筑師存各階段的設計推進過程，屬于循環型模型，反映了建筑師實際思維(不斷發現并解決建筑問題)的漸進展開。
第三層(橫軸中的循環)，思維內部對于局部建筑問題的個別處理，屬于循環模型。它參考了阿切爾的“分析——綜合——評價”的模式，反映了建筑師面對局部建筑問題尋找合適解答的思維過程。即以“目標擬定——策略形成——評價優選”這一循環思維模式解決建筑設計在各個階段所遇到的局部問題由此可以看出 CAAD系統要想真正起到拓展建筑師思維進行輔助設計的作用，就要在這一模型的第三層設這一階段進行深入研究。關注建筑設計中局部問題的解決，充分發揮設計師與計算機在建筑設計這一過程中的各自優勢.將計算機輔助建筑設計這一技術從現有的輔助畫圖這一應用層面提高到能夠輔助設計的高度。
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