浅谈数字化时代对建筑设计的影响

数字化时代对建筑设计的影响

摘要：数字化时代为建筑设计带来了前所未有的新技术。本文以技术手段为切入点，通过虚拟现实技术、智能科技、数据库以及计算机网络三个方面来阐释数字化技术对建筑设计发展及其行为的影响，对建筑形式及空间结构的改变，对人们工作和生活的方式的改变等。数字化技术只是建筑设计的手段，建筑设计不应该陷入“工具主义”的泥潭，形式之外，建筑内涵才是更为重要的因素。

关键词：数字化时代；虚拟现实；智能建筑；网络

人类社会已经步入数字化的时代，电子技术和数字化媒体的兴起与普及影响着人类社会的方方面面。而20世纪末数字化技术的发展和成就构成了建筑及其设计现状赖以存在的重要背景，推动了建筑在设计、建造和管理等各方面的发展，并使其大为改观。尼葛洛庞帝在《数字化生存》一书中，充分展示了数字化科技对我们生活、工作、教育和娱乐带来的各种冲击，由此，“数字化”一词，俨然成为了信息时代最重要的象征。“数字化技术”是泛指将信息对象转化成数字信号，通过电脑存储、处理，由计算机网络进行传输的诸多软硬件技术。其中，虚拟现实技术、智能科技、大型数据库系统以及计算机网络对于建筑设计的初期构思、设计方案的优化和施工管理等方面都发挥着巨大的作用。

1虚拟现实技术

1.1“虚拟现实”技术的产生与定义

早在20世纪50年代，电子技术还处于以真空电子管为基础的时候，美国的Morton Heilig就成功地利用电影技术，通过“轮廓体验”让观众经历了一次沿着麦哈顿的想象之旅，虚拟现实技术进入探索阶段。直到20世纪80年代初，美国VRL公司的创始人Jaron Lanier 正式提出了“virtual reality”——“虚拟现实”一词。

虚拟现实技术是指以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉等一体化的虚拟环境，用户可以借助各种特殊的硬件设备（如空间位置跟踪器、数据手套、力反馈设备等）与虚拟环境中的物体进行交互，从而产生身临其境的感受和体验。虚拟现实技术所虚拟的环境可以是真实世界的再现，如真实建筑物的虚拟创建；也可以是纯粹构想的虚拟世界，如三维动画中的建筑及环境。

1.2“虚拟现实”技术的特征

虚拟现实技术的特征主要表现在三个方面：沉浸性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想象性(Imagination)。虚拟现实的沉浸性是指使用户感觉到好像完全置身于虚拟世界之中一样，它来源于对虚拟世界的多感知性，这包括视觉感知、听觉感知、触觉感知、嗅觉感知、身体感知等所有人在现实客观世界中具有的感知功能。交互性是指虚拟现实系统强调人与虚拟世界之间进行自然的交互方式，并实时产生在真实世界中一样的感知，由此观察个人对环境的控制和反馈

及环境发生的相应变化。而想象性是指虚拟现实技术可根据设计者的想象进行设计与仿真，使人类突破时间与空间，经历或体验世界上早已发生或尚未发生的事件；也可忽略客观存在的困难和局限，完成难以完成的事情。

1.3“虚拟现实”技术在建筑领域中的应用

数字化技术日新月异，使得三维电子模型在建筑表现方面的运用已经不再陌生。随处可见的电脑渲染表现图和多媒体动画早已让人们领略到数字化表现媒介的无穷魅力。如今，超写实的电脑透视效果在很大程度上已经取代了传统水彩、油墨等创作的图画，大多数的设计单位更倾向于将数字化工具用于制作效果表现图呈献给客户。无论是在设计概念分析和空间表达方面，数字化的虚拟表现确实展示了令人信服的结果。虚拟现实技术打破了专业化和非专业化之间的沟通障碍，是数字化的交流媒介，同时也为多学科、多专业信息的兼容带来了交叉合作。

虚拟电子模型所表现的并不仅仅是几何形状构成的视觉因素，还拓展到三维空间以外的光照条件、材料质感、声场音效、能源利用等方面。光影效果和材料质感极大地影响着空间的视觉冲击力，通过对光线阴影运动的模拟，可以观察到一天内光环境的变化；场地音效的模拟可以探索不同方位的声音效果，从而发现和解决设计中出现的声响问题，也可以依此来调节房间内部空间的尺度；通过对建筑物内部及其与其他建筑物之间的温度、湿度和气流变化状况的仿真，考量热

传导和自然通风中能源效率的应用，从而指导建筑中开放空间及房间比例的设计。例如，国家体育场——“鸟巢”（图1-2）在设计中对热舒适度和风舒适度进行研究时，就采用了流体力学（CFD）模拟手段进行模拟分析，对自然通风气流组织进行评价，并根据结果提出对现有设计是否调整或调整建议（如调整吊顶分块间隙宽度、通风口的数量位置等）。

作为设计与表现的媒介和工具，数字化虚拟技术不断激发人们的想象力，使复杂的建筑形式及建造成为现实，其结构形式及组织构件都依赖于计算机迅速而精准的运算能力。近些年我国在这方面的实例也有很多，如扎哈·哈迪德的广州歌剧院（图3）、库哈斯的央视办公大楼、安德鲁的国家大剧院（如图4）、“鸟巢”、“水立方”等一系列的建筑设计创作，都与数字化技术息息相关，才使得建筑师的奇思妙想得以真正的实现。建筑师在建筑设计的实践中，数字化的虚拟技术可以帮助建筑师将创作理念转化为物理现实，通过建筑模型表现设计结果，变“不可能”为可能；也可以成为建筑师建立设计概念的起点，在虚拟环境中生成概念，在模型推敲中进行创作与再创作。弗兰克·盖里是数字化建筑创作的典型代表，他设计的西班牙毕尔巴赫古根海姆博物馆（图5）就采用了这种技术，其全部设计建立在150万个电脑模型基础上，被视为是数字时代建筑的里程碑。在F·盖里早期的项目中，数字化手段只是作为高级建模工具层面的应用，计算机只在他天马行空的设计发展完备以后才介入。如今计算机在设计过

程模型阶段就提前介入，作为设计思维层面的应用被纳入整个设计过程，在初期就用CATIA软件（在“鸟巢”设计中被采用，在我国建筑行业属首例）扑捉出曲面形态，软件往往带给他意想不到的结果，F·盖里及时对每个过程及其结果进行反馈、控制、筛选与决策，逐步形成最后的建筑作品。

2智能技术

2.1智能建筑的兴起及定义

数字化对建筑的影响除了数字化虚拟空间与实体建筑的结合，还应包括数字化技术支持下建筑智能环境的创造。1984年，美国康涅狄格州的哈特福德市采用计算机技术对一幢旧金融大厦进行改造，对大楼内的空调、电梯、照明等设备进行监控，并提供语音通信、电子邮件和情报资料等方面的信息化服务，建成了“城市广场”——世界公认的第一座智能大厦。此后，智能建筑以一种崭新的面貌和技术迅速在世界各地展开，领先的范例包括日本东芝总部大厦（1984）、日本电报电话双塔楼（1986）、伦敦的Lloyds大厦（1994）、香港银行总部大厦（1995）。据2004年的数据统计，我国大陆地区共有不低于4500幢智能大厦，这包括北京发展大厦、上海金茂大厦、深圳地王大厦、南京金鹰国际商城等。2008年奥运体育场馆更是当今世界智能建筑的杰出代表。

美国智能建筑学会（AIBI）对“智能建筑”的定义是将结构、系统、服务、运营及其相互联系全面综合，并达到最佳组合，所获得的