计算机辅助建筑设计技术与设计过程的相关性研究
摘要：文章对计算机辅助建筑设计的发展及应用现状做了梳理，同时从建筑设计过程中的思维模式入手研究了这一技术现存的问题及其原因，并对计算机辅助建筑技术将来的发展提出了展望。
关键词：计算机辅助建筑设计设计过程论设计思维模式
CAD技术计在建筑设计中的辅助设计技术一般被称为计算机辅助建筑设计(CAAD—Computer Aided Architecture Design)技术，在建筑设计的各个方面正发挥着越来越重要的作用。可以说，目前CAD技术已经成为建筑设计人员从事建筑设计中不可或缺的重要工具。
1、计算机辅助建筑设计技术的发展状况与应用现状
概括的讲，国际上计算机辅助建筑设计CAAD研究从二十世纪六十年代以来已经经历了五代的发展。[1]第一代诞生于二十世纪60年代，绘图和数据库管理软件比较原始，功能有限。
第二代出现于二十世纪70年代，基于数据库软件与高级计算机语言Fortran的进步.在不少大型建筑事务所已经开始得到运用。
第三代出现于二十世纪7O年代后期，基于彩色显示器与复杂的操作系统.这一代CAAD系统大大促进了从研发到实用的转化。
第四代出现于1983年，主要特征是采用了智能终端，反应速度大大提高。
第五代出现于8O年代中期，这个时期是CAAD系统在建筑设计中真正普及应用的转折点.其特征是引入了知识工程及专家系统。
建筑设计中CAAD技术的应用大致可以分为以下三个方面：
(1)建筑结构设计建筑领域中率先开始利用计算机的专业是建筑结构专业。到80年代，几乎已经可以解决任何常见的结构工程中的力学解析问题。如今，在结构工程设计作业中计算机辅助设计已成为设计者们方便的工具。
(2)建筑环境工程设计在建筑环境工程设计领域，通过建立数学模型来进行声学、气流的解析方法得到越来越广泛地运用。最近兴起的运用计算机流体力学(CFD)来进行环境模拟的技术尤其引人注目。
(3)建筑设计(方案设计)目前在指建筑方案设计领域中，计算机主要应用于以下几个方面：
①设计文件的做成(documentation)。现在利用最频繁的是绘制施工图用的二维CAD绘图软件以及绘制建筑外观、内部空间的效果图用的各种三维图形处理软件。
②建筑空间及行为模拟(simulation)。在建筑方案设计中的模拟主要有两个方面的内容：其一是对建筑空间进行虚拟的表现，以研究设计的方案是否达满足设计的意图。其二是从建筑使用者的角度来评价建筑的性能时，对使用者在建筑中所发生的行为进行模拟。
③信息交流(communication)。这里是指利用计算机进行建筑设计工作的相关者之间的信息的相互交流。
2、计算机辅助建筑设计技术的现存问题
目前用于建筑实践的CAD工作平台多偏重于二维图形绘制以及三维建模，尤其是我国的CAAD技术的发展，似乎更偏重于如何更快的绘图以及更逼真的表达设计成果，这与CAAD的宗旨而言已相去甚远。究其原因.笔者认为这是长期以来在建筑设计实践中，CAAD系统与建筑设计方法论没有紧密结合所造成的。
如果我们将建筑设计看成是由基于某些现有条件的分析而得出解决方案的过程，那么CAAD应有的研究方向应该是建筑师设计思维的延伸而非单纯的设计思维的表达。建筑设计过程的核心环节为建筑问题的目标拟定.解决建筑问题的策略形成以及结果的评价优选。
基于以上分析可以看出.要研究CAAD技术就必须对建筑设计的过程有相当的研究。
3、建筑设计过程
由于建筑设计同时跨越工程与艺术两大领域这一特殊性所决定，建筑师在设计过程中则相应的产生理性与感性两种思维模式。
首先.建筑师需要具有与工程师相类似的发现，罗列，比较，组织设计条件中潜在因素的能力，即理性思维的能力。例如通过对前期设计条件的分析确定建筑的功能布置，结构选型等设计要素。
其次，建筑师同时需要具有与艺术家相类似的感知与表达能力，即感性思维的能力。例如通过建筑师自身的经验积累确定建筑的空间形态、外部造型等艺术要素。
然而，在建筑设计过程中，除了以上提到的功能、结构、空间、造型等影响要素之外还有诸如环境、经济、历史文脉、法律法规等众多的制约条件都对建筑方案的最终成型有着重要的影响。同时建筑单体本身的功能、结构、空间、造型等设计要素，往往也在相互作用中推动着建筑设计的发展.功能排布的方式可能会影响建筑结构的选型，同时他们又共同影响着建筑的空间形态与造型特fiF.反之亦然。所以建筑设计过程又不能割裂的分为理性与感性两个思维模式，还存在着二者相互作用的“中间形态”。最终我们发现建筑设计的思维过程便是由理性与感性相互交织而形成的。
4、计算机辅助建筑设计技术发展迟滞的原因
基于以上分析，可将目前CAD系统偏重于表达而非建筑设计过程中建筑师思维拓展的原因可归纳为：
(1)建筑设计定位的模糊性建筑求解的目标是随着设计的展开与深入逐步明确的，而计算机则缺乏随任务展开而逐步确立目标的能力而需要使用者在任务初始则设定好求解目标及所有相关的求解信息。
(2)建筑设计模糊求解的困难性在建筑设计过程中，方案(即建筑问题的最终解)是由设计者在对设计要求、设计目标等初始设计条件的理解与分析基础上提出相应的策略而最终达成的。这一过程中设计者个人的经验甚至“感觉”都对设计结果造成直接影响.这是由建筑设计的特殊性决定的。如果将建筑设计看成是函数.那么最终结果往往不是由唯一的条件映射所形成的.这即为建筑设计的模糊求解。而计算机的lT作原理要求对于每一个其生成的解都要有明确相对应的条件映射，这与人的思维模式有着巨大的差异.这意味着要求计算机像设计者那样具有模糊思维的能力是极其困难的。
(3)建筑设计方案综合评价的困难性建筑设计过程中，对应于同样的初始设计条件，不同的设计者往往最终提出不同的设计方案，而设汁方案的评价本身更涉及到规划、功能、空间、造型、结构、环境、经济等诸多要素。就目前的计算机系统而言要对不同方案进行评价那么就必须将以上的诸多评价要素类型与数据化.其中涉及到美学方面的例如造型，空问等方面的内容从根本上讲是难以做到数据化的。而对诸多要素的整体把握与取舍平衡更是目前的计算机系统所难以完成的
5、计算机辅助建筑设计技术发展的展望
既然现阶段计算机系统无法帮助建筑师在建筑设计的全过程进行思维拓展，那么现阶段CAAD技术的研究重点则落在对于建筑设计过程中的局部问题进行求解。笔者借助同济大学邓刚博士在其《建筑设计过程中的思维结构核心环节研究》中提出的“建筑设计的纵横发展模式”可以较为清晰的阐释CAAD技术适用于解决建筑设计过程中的何种局部问题。该模型分为：三个层次：
第一层(纵轴)，建筑设的阶段性进展，属于单向型模型，反映了实际设计二作的时间进度。
第二层(横轴)，建筑师存各阶段的设计推进过程，属于循环型模型，反映了建筑师实际思维(不断发现并解决建筑问题)的渐进展开。
第三层(横轴中的循环)，思维内部对于局部建筑问题的个别处理，属于循环模型。它参考了阿切尔的“分析——综合——评价”的模式，反映了建筑师面对局部建筑问题寻找合适解答的思维过程。即以“目标拟定——策略形成——评价优选”这一循环思维模式解决建筑设计在各个阶段所遇到的局部问题由此可以看出 CAAD系统要想真正起到拓展建筑师思维进行辅助设计的作用，就要在这一模型的第三层设这一阶段进行深入研究。关注建筑设计中局部问题的解决，充分发挥设计师与计算机在建筑设计这一过程中的各自优势.将计算机辅助建筑设计这一技术从现有的辅助画图这一应用层面提高到能够辅助设计的高度。
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