电脑三维辅助设计的运用及发展前景

蒋 欣

（重庆市设计院，重庆400015）

电脑三维辅助设计的运用及发展前景

蒋 欣

（重庆市设计院，重庆400015）

随着建筑设计由二维平面表达向三维空间呈现设计成果的转变，建筑设计过程及其表达方式发生着巨大改变。电脑三维辅助设计将伴随着设计表达方式的不断变化，深入建筑行业的各个专业，并辅助设计师创造出更丰富的建筑作品。

建筑设计；表达形式；电脑三维辅助设计；设计方法；设计过程

伴随着建筑表达形式的不断发展，电脑三维辅助设计逐渐成为建筑设计从业者必须掌握的基本技能之一，极大地提高了设计师的工作效率，丰富了设计成果，推动着设计方式的进一步发展和转变。同时，三维辅助设计软件及设计形式的研发也在不断更新换代，使得电脑三维辅助设计在建筑设计领域有着极其广泛的应用及发展前景。

1 建筑设计的基本表达方式

建筑设计是一个从无到有的过程，即通过大脑的思维，将个人存在于脑中抽象的概念，一步一步具体地分析，并通过媒介进行表达而成为具象。其中平面图、立面图、剖面图、透视图等表现媒介，是建筑师从事设计工作所必须掌握的表达方式，也是我们最为熟悉的传统的基本表达方式。无论是草图、初稿或者是精密完稿的正图，其目的都是为了促进设计思维的改进、缩短想象与真实景象间的差距而做的必要表达，但这样的表达方式毕竟停留在二维平面上，非专业人士在理解上有一定难度（图1）。于是，实体模型的制作应运而生，它跨越了二维设计的限制，较为直观地表现了所设计的建筑作品，使建筑设计由二维平面设计变为三维立体空间设计。这是我们最为熟悉的、最早就运用的三维设计手法，早在文艺复兴时期就已有大量制作并应用于设计过程之中。伯鲁乃列斯基在佛罗伦萨大教堂的设计竞赛中，就动手制作了木质模型，一方面通过模型进行造型及结构的推敲，另一方面也可将设计立体地呈现给业主，使他们进一步了解设计者的想法。

图1 安藤忠雄光的教堂设计草图

即使如此，二维平面的透视图或实体模型与建筑真实景象仍有较大的差距。例如我们画透视时，希望以实际的视觉效果来验证设计的结果是否合适，但透视图的表达重点通常为建筑的整体效果，常常忽略建筑物材质和色彩的真实性，简化建筑细部构造，而且对建筑物所处的环境也时常过分修饰甚至美化，这都使得我们的感受力和想象力严重曲解，直到看见建造完成的实物才发现与设计有所差别。实体模型也有类似的问题，虽然模型比透视图更能感受建筑内外的空间，但对材质与颜色的淡化以及建筑整体氛围效果的弱化，都使得实体模型的效果打了折扣，即使利用相同的材质、颜色、光源来制作模型，但由于模型实际的尺度感以及方位视角的不同，使得模型虽然有趣但不够真实（图2）。

图2 某小区别墅建筑实体模型

2 电脑三维辅助设计的运用

随着20世纪少数建筑师极富创造力地打破原有建筑的类似性及固有形式，建筑造型越来越复杂、抽象，而二维图形与实体模型的空间表现能力和掌控能力有限，因此需要有更先进的手段进行三维模拟设计。例如西班牙的高迪，他的建筑所呈现出的雕塑感及变化丰富的内部空间，使得图面的表达较难达到理想效果。而在此时，电脑三维辅助设计的出现及运用，使设计的过程以及设计的表现方式都发生了巨大的改变。电脑三维模型极大地增强了建筑材质与光源模拟的真实性，赋予建筑更加真实的空间感，弥补了实体模型的不足。在电脑系统中制作一个电脑模型之后，除了可以立刻改变视角，获得不同角度的透视图供设计探讨外，也可以将模型的各个部分适当地分解，呈现建筑物不同标高的竖向关系。电脑模型也可以对整体建筑物或是重要的建筑元素进行材料、质感与光线的精密分析及模拟，几乎可以达到以假乱真的程度。电脑模型除了自我模拟之外，也可以将模型的模拟影像放置在真实影片的影像当中，在探讨建筑物与周围环境的协调关系时，会比传统的表达方式具体得多。电脑动画模拟更能让人在时空上全面而深刻地体验建筑空间。

这种设计模式的出现，使建筑师更能明确而具体地体现各种想法，也因而能在形式和空间中追求更大的变化和乐趣，而对业主、使用者和建筑工人而言，也有更直观的方式来了解设计的意图并体验它们。美国当代建筑师盖里，在设计中便是先勾画概念草图，然后将天马行空的造型用电脑模型表示出来，使用数字化仪将它输入电脑，并利用电脑模拟进行空间分析、结构分析、细部与光线的分析等。盖里脑中形成的极具变化的思维，无法以传统的方式直观的表达，如果不借助电脑三维辅助设计，或许他就必须做出妥协而采用平稳的空间形式（图3）。在电脑三维辅助设计模式出现之前，这正是历史上许多建筑设计者的困境与无奈。

图3 盖里设计——古根海姆博物馆

电脑三维辅助设计在建筑设计上所关心的重点与可能的贡献，可分为三方面。首先是将各种发展成熟的电脑软件，应用在设计过程中的各个阶段，以便在二维或三维空间中对室内环境、建筑单体、城市形态等进行推敲，提供更周详甚至更逼真的设计（图4）。第二方面是将电脑语言引用到不同设计原理的研究上，例如以电脑程序模拟中国建筑形式等设计原理，可凭借电脑模拟的过程，进一步研究隐藏在这些原理背后的必然性与历史传承关系。第三方面是希望透过对设计思考过程的深入了解，再利用电脑从事类似的设计思考行为，以便在建筑设计中扮演自我思考的角色，而非仅具备工具化的实质。

随着电脑三维辅助设计运用的深入发展，建筑设计领域正逐步发展建筑信息模型，该应用可理解为建筑设计中各个专业间在三维模型下的协同设计。这一概念是在建筑专业电脑三维辅助设计之后的又一升华发展，涉及建筑方案后期各个相关专业密切配合之下的协同设计，是较为复杂的电脑三维模型下的设计运用。建筑信息模型协同设计的优势在于可建立一个相对宽泛的、可协同的三维模型，各专业可在此基础上不断深化完善设计成果，并以此模型为基础，实现精细化设计，查漏纠错，提高工作效率。该三维模型下的协同设计丰富了设计成果，使设计的可读性由二维转变为三维，更加直观、一目了然，减少施工出错。设计成果的三维化转变相较二维图纸，更易得到业主的认可及选择，同时也极大地提高了彼此间的沟通效率。当然，建筑信息模型设计的深入推广涉及面较广，不仅需要满足硬件条件，软件条件也需相应跟上。硬件上主要需要进一步研发应用设计工具的可协调性，软件上则应逐步建立建筑信息模型设计的标准以及与其相适应的制度。目前，国外电脑三维辅助设计的发展较为领先，三维数字化技术的应用已渗透到生产的各个领域，如航空工业、汽车工业、运动仿真行业等。

当今社会，科学技术正突飞猛进地发展，电脑三维辅助设计也会不断演变、进步，并辅助设计师创造出更丰富的建筑作品。

图4 Autodesk Revit Architecture设计软件模拟

3 结论

由电脑的参与而形成的设计方法和设计过程，是随着建筑历史的发展而产生并逐步推广的。建筑师的目标仍然是三维空间中的实际之物，自古皆然，而此实际之物也必然是通过建筑师脑中所形成的抽象概念逐步发展而实现的。因此，思维，作为建筑设计之本是电脑无法取代的。只有通过建筑师不断地激发创造性思维，并结合各种二维图形、实体模型、电脑模型及其它相关模拟与分析方式一同搭配来协同设计，建筑才能不断创新，电脑三维辅助设计也只有在这样的环境中才能充分发挥自身优势，不断向前发展。

[1]陈志华.外国建筑史[M].北京：中国建筑工业出版社，1997.

[2]刘育东.建筑的涵意[M].天津：天津大学出版社，1999：152.

[3]戴志中，卢峰，陈纲，等.建筑创作过程与表达[M].济南：山东科学技术出版社，2005.

责任编辑：孙 苏

Application and Prospect of 3D Computer Aided Design

As architectural design changes from 2D to 3D,the process and expression of architectural design are changing tremendously.3D computer aided design will be applied to various professions as the change of design expression,and will further assist the designer to create more substantial works.

architectural design;expression means;3D computer aided design;design method;design process

TU17

A

1671-9107（2014）02-0031-02

10.3969／j.issn.1671-9107.2014.02.031

2013-10-09

蒋欣（1982-），男，重庆人，研究生，工程师，主要从事公共建筑设计工作。