试论从二维走向三维的计算机辅助建筑设计

陈宏旭

摘要：新时期，计算机行业发展程度已经成为了一个国家综合实力的象征，而在建筑行业之中，计算机辅助建筑设计是该行业发展的不竭动力，相关工作人员需要提高重视程度.本文对二维环境下的建筑设计和三维设计基础进行总结，并从三维环境下的建筑空间设计、三维环境下的工作方式、计算机辅助节能设计、三维环境下的建筑造型设计四方面，论述了三维环境下建筑设计的具体方法.

关键词：计算机辅助;建筑设计;二维环境;三维环境

中图分类号：TU201.4  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）01-0100-03

随着计算机技术和信息技术的不断发展，不仅为设计精度和深度带来了更高要求，也带来了很多工具和方式.而在计算机辅助建筑设计上，需要做好软硬件技术的充分应用，与CAAD领域发展相适应，为建筑行业带来更多的社会经济效益.尽管二维设计可以提升绘图质量和效率，但站在建筑行业本身发展情况来看，更需要在短时间内做出更好的设计，进一步提升自身的市场竞争力.

1 二维环境下的建筑设计

1.1 设计过程

建筑设计主要包括两个阶段，即初级方案设计阶段和施工图设计阶段.在初级方案设计过程中，主要是设计工作人员依靠自己的创意好经验建立过个设计方案，此时大多数设计仍然处于模糊设计状态;在施工图设计阶段之中，主要是对上一阶段中的设计内容进行完善，施工图是建筑设计中的主要依据，需要将精确性和完整性特点展示出来[1].该阶段涉及的设计工作很多，内容也极为复杂，需要对美观、结构、经济等因素进行充分考虑.在施工图阶段中也十分重视不同环节之间的协调配合，需要进行反复的优化调整，并对施工图进行修改完善，从而将自身的设计理念完美地呈现在人们眼前.另外，施工图设计主要以二维设计平台为基础.

CAD便是其中一种常见的精确图纸信息的设计技术，可以为修改和重复操作等提供便利条件.但该设计过程也存在很多弊端，这种类型的二维设计平台，不能满足人们对于三维设计工作的基础要求，从而带来一些不便[2].如CAD软件在应用过程中容易分散設计人员的注意力，无法将全部精力集中到设计方案之中，进而导致设计拓展空间受到了限制.除此之外，CAD技术能够通过计算机将方案准确表达出来，但是却无法明确展示出设计师的设计灵感，在这种精致绘图模式下，反而对设计师灵感形成一种限制.一旦完整形态的设计理念被图形化，具体的灵活动态思想将会被固定和分离，让各个设计部分缺乏协调性.

1.2 二维设计的评价

在二维设计的作用下，整体设计会出现创意与建造的相互分离，部分设计思维无法在计算机上呈现出来，该种线性设计对建筑设计整体产生了很大的消极影响.站在我国建筑设计角度来说，设计计划的制定来源于具体的设计目标，以施工图的形式进行施工工作[3].在此过程中，无法将设计目标更好地突显出来，也不具备合理的指导和评价.除此之外，很多设计人员习惯于独立开展工作，无法与其他团队的工作人员进行实时沟通，导致设计工作流程过于封闭.由于建筑环境不同，具体的设计工作也应该根据具体情况进行改进，不能一蹴而就，如果整个设计工作都是在二维状态下开展，将会为整个建筑工程带来极大的安全隐患.从在这里也可以看出，二维建筑设计需要进一步改变，面对新的要求和指标规范，人们应该以先进的计算机辅助设计为主，为建筑行业创造新的发展局面.

2 三维设计的实现基础

2.1 建筑信息模型的提出

建筑信息模型也是人们常说的BIM，近年来在建筑行业之中频繁出现，该理念来源于美国佐治亚技术学院，其中综合了几何模型信息、功能要求和构建性能，将具体建筑生命周期之中的所有信息整合在模型之中，进而对整个建筑过程进行控制.整体来看，建筑信息模型属于建筑学及工程学的新建设工具.建筑信息模型一词由Autodesk创造，以三维立体图形为主，完成与建筑学相关的电脑辅助性设计.如图1所示.简单来说，通过建筑信息模型的作用，人们可以将建筑模型转化成数码形态，在模型之中，除了几何之外，所有构建信息均会包含一些建筑工程数据.在这些数据的帮助之下，可以为人们提供一些系统计算依据，并根据具体数据计算出想要的信息.该信息在表达上可能会有多种形式，如平面、立面、剖面等等，从而为后续建筑设计创造有利条件[4].

2.2 建筑设计信息标准化

在整个BIM标准化过程中，主要涉及的内容有两方面，首先是信息模型数据的标准化，涉及到的技术问题主要包括数据结构和数据的管理和输入输出;另一个是建筑模型的标准化，涉及到的问题有材料配件和设计标准等.在有了准确的标准之后，信息交换和共享问题便会得到解决，为系统交流提供共同语言，让数据在不同系统之中流转起来[5].在CAD发展过程中，很多企业和设计人员产生了一些矛盾，这主要是缺乏信息标准所导致的，更没有相关公司的支持.现如今，BIM成了建筑行业中具有代表性的计算机辅助设计方式.在此过程中，人们需要从电子绘图转变到模型上，为信息共享和数据交换奠定基础条件.很多国家和领域专家对BIM发展提供了很多支持，并建立起BIM条款，如果没有这些标准的配合，BIM也仅仅是一项普通的技术.BIM技术在建筑生命周期管理中的应用如图2所示.

2.3 建筑生命周期管理

在传统建筑设计过程中，不同的设计阶段会产生不同的信息，而且这些信息具有复杂性特点[6].BIM成功实现了信息创建工具的具体化发展，在其中构建出一致性和兼容性等特点，最终整合成一个完整的建筑信息模型.另外，在具体建筑设计上，不同阶段需要解决的问题也不同，而且随着设计工作的全面深入，前一段设计结果，将会成为后续设计工作开展的前提条件.为了确保计算机辅助建筑设计的科学性，设计人员需要根据实际情况对设计方案进行修改.通过各个阶段之间的彼此联系，人们可以将不同的设计阶段整合成一个整体，确保建筑物生命周期设计过程的完整程度.随着BIM技术的深入应用，人们需要从建筑设计角度着手，构建出完整的数字化建筑信息，换句话说，也正是由于BIM技术的应用，将建筑信息的创建方式和创建过程彻底改变.

3 三維环境下建筑设计的具体方法

3.1 三维环境下的建筑空间设计

二维环境下的建筑空间设计主要依赖于建筑设计人员的空间想象能力，而且建筑师们无法根据实际情况对内部建筑空间进行感受.由于建筑空间设计具有很强的连续性特点，单幅二维空间在表现过程中完全不能将空间序列展示出来.随着计算机技术的不断发展，人们可以对虚实空间进行整体性利用，展示出更强的听觉和视觉效果，最终实现交互式漫游设计.在虚拟与现实的交错下，建筑模型不仅可以将表面材质展示出来，还能展示出具体的材料属性，并对建筑构件之中的信息资料进行查验.而在具体的建筑空间设计过程中，设计人员可以根据方案体验了解具体的建筑空间细部条件，并将材质和光影效果等虚拟出来，及时发现设计中存在的不足之处，做到方案的及时调整，最终将方案阶段存在的矛盾彻底解决.总而言之，由于建筑信息模型的出现，为虚拟现实技术的实施创造了稳定条件，而且在具体的建筑设计上提供了与建筑互动的推敲方式[7].

3.2 三维环境下的建筑造型设计

建筑设计的信息化将传统设计人员的绘图过程彻底颠覆，在二维设计模式的作用下，设计人员通常会根据实际情况，对表现图纸进行确定，而且在建筑信息模型建设上，主要涉及以下两个步骤[8].首先，设计人员需要对造型设计进行适时调整，提升造型的准确程度，确保整个设计工作与预期效果相符.另外，技术的发展增加了建筑构思的广阔程度，在功能、环境等方面也能实现最佳组合效果.为了表达出更多内容，设计人员也会依据最初的构思形式，将方案的绘制过程和造型表达过程有效结合在一起，最终实现对原有构思方案的完善和创新.例如，美国当代建筑设计大师法兰克盖里属于建筑信息模型使用的先驱人物，尤其是在信息模型应用上做出了很多尝试，证明了技术发展与设计变革存在很大关系.

3.3 计算机辅助节能设计

建筑节能的设计目的主要是对资源进行充分利用，进而实现该行业的可持续发展[9].另外，由于建筑行业的能源消耗量巨大，资金浪费和生态破坏成为了社会各界人士关注的焦点.在可持续发展观的影响下，建筑行业需要实现建筑材料的有效节约，尤其是在内外层构造设计上，人们应该将能源收集效率激发出来，避免室内能源出现消散情况，实现人类居住环境和自然界的全面平衡.在生态系统良性循环状态之下，人们需要将主体工作与绿色建筑材料结合在一起，将计算机辅助节能效果展示出来.例如，在楼板浇盖过程中，如果没有将设计图纸之中的钢筋水泥配比系数展示出来，并将最大的承载负荷忽略，很容易导致楼板产生裂缝.所以说，在具体的建筑构造设计过程中，任何一个细节问题均不能被忽视.在三维模式下，可借助计算机的优势，从综合角度考虑建筑节能标准对建筑设计的要求，确立出建筑照明系统、温度调节系统等节能设计要点，并在计算机的辅助作用下，将其整合成三维建筑节能设计模型，最终实现节约能耗目的.

3.4 三维环境下的工作方式

二维环境向三维环境的转换，主要是工作思路和方式的转变过程，在这种全新工作形式的作用之下，我国建筑行业的发展势头将会更加迅猛.在传统建筑设计过程中，容易对时间和空间产生过多依赖，信息传输方式也十分落后，进而导致信息在传递过程中出现失真情况，对工作效率的提升产生了阻碍.另外，在建筑信息模型展示上，将传统的信息传输问题解决，确保软件以及系统之间的信息交流具备流畅性特点.而在具体三维建筑信息模型应用上，可以降低专业工具在信息交流过程中出现的失误频率，整个设计工作也能通过各个工作人员的配合实现协同设计，一旦出现建筑设计问题，设计师们也能及时进行沟通[10].

4 总结

综上所述，在二维CAD应用上，除了为建筑设计行业带来便利因素之外，也在应用上出现了很多新的问题.随着科学技术的不断发展，建筑设计工作也会变得越来越复杂，这也让二维设计平台问题更加突出.而这些不足之处可以通过三维模型设计进行弥补，将各个设计部分联系在一起，突显出更多的经济效益.

参考文献：

〔1〕仇根根，吕琴音，裴发根.大地电磁三维模型二维反演计算数值模拟分析[J].物探与化探，2018，42（04）：791-797.

〔2〕唐敦兵，张泽群，魏鑫.面向数字化车间的介入式三维实时监控系统[J].中国机械工程，2018，29（08）：990-999.

〔3〕郭福生，吴志春，谢财富.江西相山火山盆地三维地质建模的实践与思考[J].地质通报，2018，37（Z1）：421-434.

〔4〕孟志伟.基于计算机辅助设计技术的建筑模型构建问题分析[J].无线互联科技，2018，15（19）：149-150.

〔5〕张彩.计算机软件在建筑设计课程教改中的融合运用[J].山西建筑，2018，44（28）：251-253.

〔6〕沟增辉.基于计算机辅助软件的建筑装饰工程设计效果表达[J].自动化与仪器仪表，2017（11）：122-124.

〔7〕马守恒，郭晓玉.计算机辅助设计在建筑设计教学中的应用与思考[J].建筑与文化，2018（07）：197-198.

〔8〕黄冲，任晓旗.建筑装饰设计中计算机技术的运用研究[J].信息记录材料，2018，19（07）：91-93.

〔9〕任晓旗，黄冲.计算机辅助设计在建筑装饰装修施工中的应用[J].信息记录材料，2018，19（07）：113-114.

〔10〕籍仙荣，王亚平.计算机模拟在建筑声环境设计中的应用研究[J].建设科技，2018（05）：57-59.