計算機輔助建筑設計技術(shù)與設計過(guò)程的相關(guān)性研究
摘要：文章對計算機輔助建筑設計的發(fā)展及應用現狀做了梳理，同時(shí)從建筑設計過(guò)程中的思維模式入手研究了這一技術(shù)現存的問(wèn)題及其原因，并對計算機輔助建筑技術(shù)將來(lái)的發(fā)展提出了展望。
關(guān)鍵詞：計算機輔助建筑設計設計過(guò)程論設計思維模式
CAD技術(shù)計在建筑設計中的輔助設計技術(shù)一般被稱(chēng)為計算機輔助建筑設計(CAAD—Computer Aided Architecture Design)技術(shù)，在建筑設計的各個(gè)方面正發(fā)揮著(zhù)越來(lái)越重要的作用�？梢哉f(shuō)，目前CAD技術(shù)已經(jīng)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(shù)的發(fā)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(lái)已經(jīng)經(jīng)歷了五代的發(fā)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(yǔ)言Fortran的進(jìn)步.在不少大型建筑事務(wù)所已經(jīng)開(kāi)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(jìn)了從研發(fā)到實(shí)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(gè)時(shí)期是CAAD系統在建筑設計中真正普及應用的轉折點(diǎn).其特征是引入了知識工程及專(zhuān)家系統。
建筑設計中CAAD技術(shù)的應用大致可以分為以下三個(gè)方面：
(1)建筑結構設計建筑領(lǐng)域中率先開(kāi)始利用計算機的專(zhuān)業(yè)是建筑結構專(zhuān)業(yè)。到80年代，幾乎已經(jīng)可以解決任何常見(jiàn)的結構工程中的力學(xué)解析問(wèn)題。如今，在結構工程設計作業(yè)中計算機輔助設計已成為設計者們方便的工具。
(2)建筑環(huán)境工程設計在建筑環(huán)境工程設計領(lǐng)域，通過(guò)建立數學(xué)模型來(lái)進(jìn)行聲學(xué)、氣流的解析方法得到越來(lái)越廣泛地運用。最近興起的運用計算機流體力學(xué)(CFD)來(lái)進(jìn)行環(huán)境模擬的技術(shù)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(lǐng)域中，計算機主要應用于以下幾個(gè)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(guān)、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(gè)方面的內容：其一是對建筑空間進(jìn)行虛擬的表現，以研究設計的方案是否達滿(mǎn)足設計的意圖。其二是從建筑使用者的角度來(lái)評價(jià)建筑的性能時(shí)，對使用者在建筑中所發(fā)生的行為進(jìn)行模擬。
�、坌畔⒔涣�(communication)。這里是指利用計算機進(jìn)行建筑設計工作的相關(guān)者之間的信息的相互交流。
2、計算機輔助建筑設計技術(shù)的現存問(wèn)題
目前用于建筑實(shí)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(shù)的發(fā)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(cháng)期以來(lái)在建筑設計實(shí)踐中，CAAD系統與建筑設計方法論沒(méi)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(guò)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(guò)程的核心環(huán)節為建筑問(wèn)題的目標擬定.解決建筑問(wèn)題的策略形成以及結果的評價(jià)優(yōu)選。
基于以上分析可以看出.要研究CAAD技術(shù)就必須對建筑設計的過(guò)程有相當的研究。
3、建筑設計過(guò)程
由于建筑設計同時(shí)跨越工程與藝術(shù)兩大領(lǐng)域這一特殊性所決定，建筑師在設計過(guò)程中則相應的產(chǎn)生理性與感性?xún)煞N思維模式。
首先.建筑師需要具有與工程師相類(lèi)似的發(fā)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(guò)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(shí)需要具有與藝術(shù)家相類(lèi)似的感知與表達能力，即感性思維的能力。例如通過(guò)建筑師自身的經(jīng)驗積累確定建筑的空間形態(tài)、外部造型等藝術(shù)要素。
然而，在建筑設計過(guò)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(huán)境、經(jīng)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(zhù)重要的影響。同時(shí)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(dòng)著(zhù)建筑設計的發(fā)展.功能排布的方式可能會(huì )影響建筑結構的選型，同時(shí)他們又共同影響著(zhù)建筑的空間形態(tài)與造型特fiF.反之亦然。所以建筑設計過(guò)程又不能割裂的分為理性與感性?xún)蓚�(gè)思維模式，還存在著(zhù)二者相互作用的“中間形態(tài)”。最終我們發(fā)現建筑設計的思維過(guò)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(shù)發(fā)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(guò)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(zhù)設計的展開(kāi)與深入逐步明確的，而計算機則缺乏隨任務(wù)展開(kāi)而逐步確立目標的能力而需要使用者在任務(wù)初始則設定好求解目標及所有相關(guān)的求解信息。
(2)建筑設計模糊求解的困難性在建筑設計過(guò)程中，方案(即建筑問(wèn)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(guò)程中設計者個(gè)人的經(jīng)驗甚至“感覺(jué)”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(gè)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(zhù)巨大的差異.這意味著(zhù)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(jià)的困難性建筑設計過(guò)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(jià)本身更涉及到規劃、功能、空間、造型、結構、環(huán)境、經(jīng)濟等諸多要素。就目前的計算機系統而言要對不同方案進(jìn)行評價(jià)那么就必須將以上的諸多評價(jià)要素類(lèi)型與數據化.其中涉及到美學(xué)方面的例如造型，空問(wèn)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(shù)發(fā)展的展望
既然現階段計算機系統無(wú)法幫助建筑師在建筑設計的全過(guò)程進(jìn)行思維拓展，那么現階段CAAD技術(shù)的研究重點(diǎn)則落在對于建筑設計過(guò)程中的局部問(wèn)題進(jìn)行求解。筆者借助同濟大學(xué)鄧剛博士在其《建筑設計過(guò)程中的思維結構核心環(huán)節研究》中提出的“建筑設計的縱橫發(fā)展模式”可以較為清晰的闡釋CAAD技術(shù)適用于解決建筑設計過(guò)程中的何種局部問(wèn)題。該模型分為：三個(gè)層次：
第一層(縱軸)，建筑設的階段性進(jìn)展，屬于單向型模型，反映了實(shí)際設計二作的時(shí)間進(jìn)度。
第二層(橫軸)，建筑師存各階段的設計推進(jìn)過(guò)程，屬于循環(huán)型模型，反映了建筑師實(shí)際思維(不斷發(fā)現并解決建筑問(wèn)題)的漸進(jìn)展開(kāi)。
第三層(橫軸中的循環(huán))，思維內部對于局部建筑問(wèn)題的個(gè)別處理，屬于循環(huán)模型。它參考了阿切爾的“分析——綜合——評價(jià)”的模式，反映了建筑師面對局部建筑問(wèn)題尋找合適解答的思維過(guò)程。即以“目標擬定——策略形成——評價(jià)優(yōu)選”這一循環(huán)思維模式解決建筑設計在各個(gè)階段所遇到的局部問(wèn)題由此可以看出 CAAD系統要想真正起到拓展建筑師思維進(jìn)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(jìn)行深入研究。關(guān)注建筑設計中局部問(wèn)題的解決，充分發(fā)揮設計師與計算機在建筑設計這一過(guò)程中的各自?xún)?yōu)勢.將計算機輔助建筑設計這一技術(shù)從現有的輔助畫(huà)圖這一應用層面提高到能夠輔助設計的高度。
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