数字时代的建筑设计与应用实践

数字时代的建筑设计与应用实践

发表时间：2019-04-02T10:37:01.613Z 来源：《基层建设》2019年第1期作者：闻育强

[导读] 摘要：如今，数字化技术已渗透到各行各业，建筑设计也从二维设计向三维设计转化，以二维图纸为目标的设计流程正向数字环境的设计建造一体化流程转变，因此本文对数字时代的建筑设计与应用实践进行了探讨。

惠阳城市建筑设计研究院 516200

摘要：如今，数字化技术已渗透到各行各业，建筑设计也从二维设计向三维设计转化，以二维图纸为目标的设计流程正向数字环境的设计建造一体化流程转变，因此本文对数字时代的建筑设计与应用实践进行了探讨。

关键词：数字时代；建筑设计；应用

现代科技和计算机技术的发展把我们带进了“数字时代”——一个建立在电子信息基础上的时代。数字技术的影响是深远的，作为人文科学与自然科学紧密结合的建筑学也发生了深刻变化，从数字建筑设计到数字建筑建造，无论建筑形式还是建筑内涵都发生了天翻地覆的变化，因此本文基于设计角度对数字时代的建筑设计与应用实践进行了探讨。

1 基于数字化时代的建筑设计概述

1.1 数字时代及其对建筑设计的影响

数字时代也就是数字化时代，根据《现代汉语词典（第7版）》的词条定义，数字化是指“通过计算机系统把文字、图像等不同形式的信息转换成数字编码进行处理”。将复杂多变的信息转化为数字编码，原本不易量化的信息变得可度量了，由此信息的加工、存储、传播、还原变得轻而易举，这是数字技术的巨大贡献。数字技术对建筑设计的影响主要体现在设计表达、设计运算、设计交流方面的转变。传统建筑设计只能以纸、笔、尺、晒图机等为媒介，将设计思路变成一张张蓝图，数字技术的应用帮助设计人员通过计算机快速建模、虚拟建造，表达形式更丰富、更自由、更直观。而在设计计算方面，通过计算机可以加快信息的统计、处理和分析速度，便于从各种规则约束中找到最优解，加上设计方案的预测评估、建筑物理环境模拟工具的应用，使得设计人员可以得到更精确、更合理的设计方案。传统设计环境中，设计人员与业主及其他人员交流，必须面对面并借助图纸才能将设计看法传达清楚，而在数字时代通过搭建的平台（例如BIM平台）远在千里之外也能同时多人进行交流，时空的物理屏障被打破了，交流更快速、直接、准确。

1.2 数字时代的建筑设计技术发展历程

数字时代的建筑设计技术经历了三个发展阶段[1]：第一阶段发生在20世纪60年代，设计中引入了系统论，计算机技术在工程领域得到推广，计算机辅助设计（CAD）得到应用；第二阶段从20世纪60年代后期到20世纪70年代初期，建筑设计中采用了“模式”理论和公众参与形式，并从二维模型向三维模型展示转化，空间构型和曲面造型变得简单，虚拟现实技术得到初步应用；第三阶段发生在21世纪初，设计方法趋于多元化，建筑信息模型（BIM）技术应用具有里程碑意义，推动建筑数字技术向更高层次发展。三个阶段的时间节点是比较宽泛的，设计理论和数字化技术应用是递进发展的，综合数字化技术应用带来的变化主要体现在设计逻辑转变、设计媒介突出人机交互和注重信息管理。从美学角度来看，数字化技术的应用使得建筑承载了更多的功能（如展示、象征等），同时“反逻辑”设计、生态美学设计、技术美学设计概念也得到应用，并从根本上颠覆了传统设计思维[2]。

1.3 数字时代建筑设计流程创新

目前，建筑设计正从二维设计向三维设计转化。从20世纪90年代起，二维CAD就成为建筑设计的主导模式，并按流程分为方案设计、初步设计和施工图设计三个阶段。以方案设计为例，通过收集资料形成方案的大致意图，再手绘出平、立、剖图形以及体量草图，然后通过二维CAD软件（以AutoCAD为代表）转为计算机中的平、立、剖图形框架，体量草图则通过草图大师等软件转成计算机中的外观体量图。通过3DMAX等软件创建三维模型，同时赋材质、灯光及设置相机，再利用Vary等软件渲染模型，并将渲染的图像导入PS软件进行后期处理。各种图纸打印并装订成册，并与电子图形文件一起交付建设单位评审。虽然这个流程中包含三维模型，但草图大师的外观体量图仅为了构思，缺乏细节表现，而3DMAX创建的三维模型只是为了制作三维效果图和漫游动画，无法为后续各专业所利用，是徒有其表而无其实，而且设计过程是单向、不可逆的，也无法多专业协同工作。真正的三维设计是基于BIM技术的，所有阶段和信息都是在BIM模型中完成的，各阶段是连续的，信息是共享的。首先进行构思和绘制草图，然后在BIM平台（如Revit）上建模，利用BIM模型进行效果图渲染和生成平、立、剖图形，形成方案设计。方案经过修改定稿后，由结构、电气、给排水、暖通等专业利用BIM模型开展各个专业的设计，最后通过最终定稿的BIM模型生成施工图。在同一BIM模型中设计，一处修改能为所有专业所知道，而且它的碰撞检查功能能够方便地解决各专业冲突问题。

2 数字时代建筑设计策略与应用实践

2.1 数字时代建筑设计策略

从设计层面跟上时代潮流并不难，难的是建造环节也能适应数字技术的发展。数字化建造是利用数控技术进行建造，类似工厂化生产，目前还主要处于实验探索阶段，最有可能首先被大规模应用的是装配式建筑。为了使先进的设计理念与建造技术有效对接，必须强化设计始于建造的思维模式[3]。在数字时代以前和初期，设计人员是不大关注建造过程的，或者对建筑的构造细节关注不够，而是将更多精力放在模型表达上，例如重视三维效果图的制作就是这种倾向的反映。BIM技术的应用为设计人员更深入了解建造过程提供了契机，可以更充分地考虑建造中材料、结构、施工工艺的运用及完善，这样对深化设计深度是非常有帮助的。其次，在现有建造技术基础上，通过改进和完善现有技术并用“低技”完成数字化建造也是可取的。例如数量不多的不锈钢圆球造型没有采用造价昂贵的模具冲压方式，而是先用不锈钢板拼成两个对称圆台夹一个短圆柱的形状，往里面压入高压水就形成完美的球形。第三，借助BIM平台形成建筑全生命周期的技术服务体系。当前需加快BIM平台的标准化工作，以便解决各种软件数据的对接问题。

2.2 数字时代建筑设计的应用实践

与国外相比，我国BIM技术的应用还处于起步阶段，遇到各种问题实属正常。目前，我国缺少成熟的BIM核心建模软件，民用建筑领域主要采用Revit软件建模，再配合国内的结构设计、造价管理等软件。使用Revit的问题是无法导出符合国标要求的二维图纸，因此设计人员花在图纸二次加工上的时间不少。尽管如此，利用Revit进行三维建模并通过Revit模型实现不同专业的协同还是表现出了明显的优势。建筑专业采用Revit Architecture建模，结构专业采用Revit Structure进行结构设计，给排水、暖通、电气、设备等专业采用Revit MEP进行设计。由于Revit Structure设计成果仍需满足我国结构设计规范要求，需将模型导入PKPM中做进一步的计算分析。要提高工作效率，在项目