数字化时代背景下的建筑设计

数字化时代背景下的建筑设计

黄凯

广东博意建筑设计院有限公司武汉分公司

摘要：在数字化技术不断的发展中，技术研究的广泛性也在不断提高建筑设计，发生着巨大的变化。因此，数字技术被广泛地运用于社会生活中。从现有的研究结果来看，数字技术的普及与应用对建筑设计的发展和变革起到了推动作用。在具体分析中，以几何为基础的数字建筑设计在解决复杂的建筑设计和整个施工过程中具有重要的作用。

关键词：数字化；建筑设计；持续发展

一、数字化背景下的建筑设计

数字化建筑设计包括对环境的模拟仿真、设计方案的比选、成本预算的控制、多专业协同等方面。根据不同的设计阶段，具体的数字化设计内容如下：概念设计阶段，主要利用数字化技术进行可行性研究，如场地环境模拟仿真；草图设计阶段，主要利用数字化技术进行多方案比选，即通过使用数字化技术手段，调整设计参数，对比分析不同方案之间的优缺点；初步设计阶段，主要使用软件对建筑的各种环境进行分析和优化，尤其是声环境、光环境，最后确定适合于项目的环境状态；施工图设计阶段，使用多专业协同软件进行碰撞检查、形成3D施工图等。

二、建筑设计中数字化技术的应用

1、信息采集中的应用

数字技术的运用使建筑设计手段更加丰富，思维方式也更加灵活，在一定的范围内促进了建筑的改造。设计者必须充分掌握有关区域的数据、地质调查数据，利用数字技术，可以构建出与此相适应的地理环境、地形、历史建筑等相关信息。比如，在设计前期，可以利用数码照相技术对施工现场周围的环境进行拍照、上传，然后利用相应的软件对其进行整理、分析，以保证相关信息的真实性和精确度。在建筑的数据收集过程中，利用数字技术可以弥补施工现场周围的环境、地貌，提高数据的收集与检索。

倾斜摄影（ObliquePhotographyTechnique），以全球定位系统(GPS)和惯性导航组合技术为基础，通过飞行器搭载的视觉系统，从不同的倾斜角度对场景和物体进行拍摄，记录拍摄影像的各项参数和位置信息，并将采集的数据导入点云成像软件、Pix4d、Smart3d等软件平台，最终呈现出动态且逼真的三维模型展示图。倾斜摄影的出现实质解决了以下问题：1）解决基础资料缺失和建筑师不在场的问题；2）为建筑设计前期的策划分析提供数据基础；3）面向非专业人员的设计沟通与呈现。VR（虚拟现实），是一种依靠计算机技术，通过在虚拟的背景或环境下创造可交互的三维动态效果，让参与者在虚拟现实中体验并实时互动的技术。这一技术已经在建筑设计过程中日益普及，在VR设备与360全景摄影技术融合下，带来的是设计前期分析全新的沉浸式体验。体验者带上VR眼镜之后，对基地信息及周边地形状况一览无余。设计师通过这一全景技术，能够充分考虑周边地块对于设计地块的影响因素，全面而深刻地提出可建设的实施方案，同时业主则能更为直观地获得设计师想要阐述的方案理念，进而客观公正地评判方案的优势与不足。

2、有理化基础模型的应用

有理化基础模型是各专业深化设计的基础，它如同一个大型数据库，由于不同专业对于数据类型的需求不同，需要对数据进行加工处理及二次设计。在此过程中，首先需要各专业对有理化模型进行信息提取；其次，基于提取的信息进行本专业模型的搭建，并对模型数据进行输出，使各专业形成数据共享；最后，需进行多专业数据协同设计，形成最优解决方案。举例来说，基于有理化模型，结构设计根据数据需求提取了以结构中面、结构中线、结构交点坐标为集合的信息数据；基于数据信息，运用MIDAS及YJK等软件搭建三维几何模型，对结构进行荷载分析、震动模拟分析、传力路径分析，同时对钢结构构造节点进行力学分析。通过结构计算明确材料参数、构件尺寸参数、节点参数等数据信息，数据通过数字化模型及信息表格等形式进行输出，建筑、幕墙、精装等专业通过将数据的输入转化为本专业设计基础信息，通过参数化控制快速形成设计结果。运用搭载的渲染工具实时呈现设计效果；建筑师通过综合考虑建筑、结构、幕墙、精装、机电等专业需求，进行全面的评估，提出设计意见。通过专业间的信息联动形成多专业设计信息的传递闭环，通过闭环内的多次协作设计得到最优解决方案。结构、幕墙、造型协同优化设计。

在传统的设计过程中，每当有新的合作伙伴提出新的需求，设计师就必须着手进行一张新的图纸的创作，并且在结构复杂的情况下，设计师很难保证每一张图纸都能精确地匹配。在参数化控制技术的基础上，设计师可以根据参数化控制模型，将全部技术资料输出到各个工艺图，并绘制出详细的节点。参数设计可以保证项目的设计流程流畅，在此领域中最成熟的就是DP。在DP的参数化模型中，三维环境与二维环境、部件的物理属性是紧密相连的，如果三维棋盘上的任意一处发生变化，那么二维的技术图纸和实体属性就会被自动更新。相反，也可以通过修改Excel的数据，来改变三维模型的形状。该参数化模型能从最初的概念性设计到施工建设阶段的应用，使复杂的建筑设计信息始终保持一致。

通过对建筑造型控制线进行参数化定义，实现造型的数字可控，同时通过参数定义结构密度、结构截面尺寸、结构向量等。通过数据接口，使造型控制与结构控制实现联动设计。当需要对建筑造型、范围、高度等进行调整时，结构会自动进行调整。同时，当结构杆件尺寸发生变化时，幕墙完成面会自动根据构造截面进行调整，从而实现结构、幕墙、造型的联动设计。通过搭建幕墙、结构、暖通信息联动式参数模型，以设备高度、设备可放置区域及通风率为设计定量，通过参数对曲面造型进行控制，通过调整造型控制曲线，快速得到幕墙完成面、次龙骨、主龙骨等信息，通过模型BIM可视化功能及碰撞检测功能，查看与屋面VRV设备关系。此外，通过对屋面穿孔板空洞尺寸进行参数化控制，可以快速计算区域内铝板穿孔率，确保设备进风量满足要求。

3、仿真技术指标

在建筑设计中，可以利用仿真软件对温度、湿度、通风、采光等进行数值模拟和定量的计算，从而保证了建筑的通风、灯光等技术的准确、可靠。设计人员利用电脑环境仿真及调节模式，对真实空间内的空气流动、温度分布进行了动态的计算和流场分析。通过对结构的分析和计算，设计人员能够发现空气中的过度流通和对流情况，并能适时地进行设备的调节。

4、建筑物使用情况评价设计

在传统的建筑设计工作中，人们只能通过表格、计算器和现有的数据来进行预测和推测。计算机是一种多学科的数值仿真和分析技术，在科技和工程领域引起了广泛的关注，计算机辅助设计技术的运用使得以往很多复杂的问题都能通过计算机仿真解决，简化了复杂的工程问题。CAE技术主要用于建筑的声环境分析，光环境分析，热环境分析，建筑能耗分析，建筑风环境分析。通过直观地分析这些复杂的自然力，可以了解大自然的力量，并对其进行评价，并引导建筑师去理解建筑和自然之间的关系，从而更好地运用这些分析软件来进行建筑设计。

结语

数字化技术的研究对未来建筑设计及施工的智慧化发展具有重要推动作用，也将顺应建筑复杂化及社会多样化的发展规律。数字技术正改变着建筑学千百年来的思维和面貌。本文主要分析了在数字化背景下，建筑设计的改变，仅供相关人员参考与借鉴。

参考文献

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