数字技术在建筑设计中的应用探讨

刘广忠 林 旭

（阜新二建工程有限公司 辽宁阜新 123000）

前言

传统的建筑设计中，计算机一般以发挥辅助作用为主，许多建筑设计者仅仅局限在利用计算机制图以及进行基本的模拟分析。实际上，数字技术的概念是比较宽泛的，数字集成分析技术、虚拟仿真技术、三维可视化都是其重要分支，目前计算机辅助设计中的参数化设计、生成设计等领域都在国内外的建筑业引发了广泛的关注。在建筑设计的前期、中期和后期都已经有了数字化技术的影子，软件技术和数字化技术的结合可全面指导建筑设计的开展和进行。随着人民生活水平的不断提高，人们对建筑工程的质量的要求也越来越高，因此如何做好建筑的设计工作就成为相关的人员需要重点关注的课题。将计算机技术应用到建筑设计领域中，不仅有利于建筑设计工作效率的提高，更有助于各种先进的建筑设计理念的有效实现。

1 建筑工程中的方案设计

1.1 生成设计

在建筑领域中，生成法能够研究自律形态、自然演化以及社会组织等问题，是一种应用范围较广的研究和设计方法[1]。在传统的设计方法中，一些复杂的设计问题只能靠建筑设计师自身的经验和主观判断去处理，因此解决的效果并不理想。生成法在设计中可以发挥较大的作用，对许多复杂问题的解决和方案优化都有很大的帮助，能够通过精准和高效的计算得出最优的解决方案，从而帮助设计师做出更优的判断。比如说对东南大学的教工厅的改造就是应用生成设计所取得成功的例子。在传统设计中，想要解决门厅的技术合理性和设计美观性等问题，难度是非常大的，但是生成法能够完美地解决这些问题，有效地构成了最终的三维空间设计方案[2]。

1.2 非线性建筑设计

建筑设计的过程也就是研究各种影响建筑因素的过程。影响建筑设计的因素是多种多样的，因此通过对各种建筑因素的整合和分析，形成比较符合建筑设计理念的设计方案。对于复杂的非线性建筑设计问题，数字化技术是一种有效的设计手段，设计师可以利用计算机来描述各种矛盾，分析各个矛盾之间的关系，并作出新的思考和分析。国外最先开始研究数字化技术，在此领域发展和起步较早，并取得了较大的成就。国内在这方面的研究主要集中在各大高校，比如清华大学和同济大学等，非线性建筑设计的典型例子是2008年北京奥运会的信息亭设计，设计者是清华大学建筑学院的学生，在设计的时候充分分析了奥运赛场的总体布局和环境状况，并通过编写MEL的语言编写代理系统，来设置和模拟人的行走速度、室内和室外的环境以及人体行走的代码轨迹形成了信息亭的总体形体，最终完成了其复杂的建筑方案设计[3]。

1.3 参数化设计

在数字技术支持下，模拟建筑设计的过程可以转变为参数化设计的过程[4]。参数化设计是最先是在日本、美国、澳大利亚等国家构建和使用的一种功能设计方法，该方法的核心思想是把建筑设计的全部要素都定义为可以用某些函数来表达的变量，在设计过程中，通过对函数进行分析和优化，并采取适合的算法，可以获得不同的建筑设计方案并最终选出较优的设计结果。比如在复杂建筑如医院或者机场的设计中，我们可在定义好各种参数属性以及优化目标之后，进行基于代码驱动计算机的自动搜索，通过不断调整各项参数，能够实现代码驱动的最优组合，通过对各种参数化指标的迭代分析与更新，就得到能够满足各方面使用功能要求的建筑设计方案。

2 建筑的分析和评价

建筑评价的核心内容是建筑物的物理性能评价和使用功能评价。在建筑物正式投入使用之前，相关部门需要对建筑的使用状况进行检测，检测建筑物能否满足各项物理性能要求和人们的使用功能需求，比如采光、通风、消声、节能、环保等方面的要求，特别是在危险或者紧急的情况下能否满足人们的逃生需求等[5]。以往传统的检测方法是以人工为主要方式的计算与测试方法，不仅耗费巨大的人力、物力和财力，而且结果也往往差强人意，和实际情况存在较大的偏差。随着建筑设计和数字技术的融合，数字化技术和相关的软件能够帮助我们进行高效的计算和评价，不仅评价的速度快，而且误差较小。

在设计建筑方案的时候，设计师应该对建筑未来的用途进行合理的分析和预测，比如控制好空间和布局，空间的使用效率以及建筑物的舒适、安全、便捷的程度等。传统的预测只是建筑师的主观预测，带有很大的主观性和局限性，但是现在计算机仿真技术的发展为设计师的预测奠定了可靠的基础。仿真技术能够为建筑设计提供良好的技术支持，对建筑未来的布局和使用情况进行数字化构建，进行各项仿真的功能分析以评价未来建筑在使用中的舒适化、合理化程度，还可以对地震、火灾等灾害进行模拟研究，从而在一定程度上避免出现安全问题。

在数字技术支持下建筑设计可实现多主体的仿真设计技术方法，通过对复杂的系统中建筑和人相互作用的仿真和模拟，在对一些微观行为进行系统分析的基础上解决许多复杂的问题或者不确定的问题，进而通过科学、客观、全面的观察和分析，给予建筑设计师很多重要的参考，比如在电影院、体育场、商场、学校等人口聚集的地区，在设计建筑物之前一定要做好疏通设计，精确计算从室内疏散到室外所需要的时间，一旦出现突发事件或者自然灾害，能够将损失降到最低。国外十分重视公共场所的人流分散的设计，在此领域取得了很多有价值的研究成果[6]，国内虽然起步较晚，但随着我国综合实力的日益提升，数字技术在建筑业的应用也得到了长足的进步，特别是在建筑设计中，却来越多的数字技术融合到其中，同时想要使数字技术在建筑设计中发挥更大的作用，仅仅将其局限在建筑行业是远远不够的，需要和软件、电子、电力、通信、燃气、管道以及互联网等行业全面配合，通力合作。因此随着数字建筑设计技术的不断革新，将同时带动许多产业的共同发展和进步。

3 结语

尽管我国的建筑设计中的数字化技术已经取得了很大的进步和发展，但是就我国现实情况而言，由于各地的经济发展水平参差不齐，技术水平也不尽相同，因此还存在许多技术上的问题需要研究和解决。通过计算机语言，我们可以更好的了解生成法设计最优解答的途径，也可以用计算机语言来描述问题和建立相应的评价机制。在进行建筑工程的设计的时候，不管是计算机仿真技术还是正在开发和应用的新的软件，都应该在很大程度上减少建筑设计师的工作量，提高工作的效率。因此在今后的发展和设计中，还需不断加强数字技术在建筑设计中的应用研究和创新，探索数字技术在建筑设计中的更好的发展模式。