計算機技術在建筑設計中的應用探析

寧 潔

（長安大學建筑學院建筑系,陜西西安,710018）

建筑設計既要滿足工程項目的需求，又要富有藝術美，它是集繪畫、雕塑等技術為一體。所謂計算機建筑畫就是指通過相關繪畫軟件完成繪制過程中的建模、渲染、后期制作、文件編制以及信息表達工作。從某種程度上而言，只要是手工能夠繪制出的建筑畫，同樣也能通過計算機技術應用來完成。

1 計算機與建筑的關系

1.1 計算機在建筑設計中應用現狀

早在計算機的初始階段，一些專家學者就認識到要將計算機技術應用到建筑領域中。直至當今，建筑領域中的計算機應用技術取得了巨大的進步，以往的計算機建筑畫是由單一化的立面渲染而來，現在，計算機建筑畫已經達到了三維動態效果，這無疑是進一步推動建筑行業的發展。如今的計算機動態性建筑畫給人的感覺仿佛是置身其中，通過多媒體網絡技術的使用，將圖像、文字以及聲音有效結合起來，賦予建筑畫的生動形象化，打破了傳統紙質建筑畫的局限性，不但增強建筑畫的設計效果，而且還降低了成本，減少了人力物力的消耗。

1.2 建筑領域中計算機技術應用存在的問題與爭議

現代化的計算機技術在建筑領域中發揮著十分重要的作用。紙質不再是建筑師制造建筑畫的唯一的載體選擇，取而代之的計算機發展中應用到的磁盤、光盤等電子載體。不過雖然計算機技術在建筑領域中的作用是無可替代的，但是在實際應用中仍然存有缺陷性：

(1)計算機始終只是一個輔助工作，其不可能具備人的專業性思維與觀念，從而對于具有整體性、不可分割的建筑設計工作而言，并不能全程依靠計算機。比如在建筑設計的主觀性因素、文化因素以及其他復雜性因素，計算機都不能對此進行處理，這些方面需要靠建筑設計師自行解決。

(2)計算機做為輔助性工具只要在迎合實務設計需求下才能發揮最大作用。

(3)對文法方式的探討并不能對建筑設計起到重大的作用，畢竟語言描述與實際的設計效果是存有很大差異的。

實際設計中，建筑畫涵蓋了設計師的設計靈感、自身素質、社會經驗以及內心情感等等多方面，這些都可通過建筑畫表露出來，從而形成建筑師的設計風格。雖說目前的計算機輔助設計能夠達到這一效果，但是對建筑師設計前期的思維與觀念依舊未起太大作用。因此，建筑領域的計算機輔助技術還需進一步發展，從形象思維角度出發，逐漸實現計算機技術的智能化，從而實現建行業的跨越式進步。

2 計算機為建筑設計注入了新的活力

隨著高科技時代的發展，計算機在建筑領域的作用越來越重要，已經成為建筑設計的重要組成部分。社會經濟的不斷增長以及能源不足的等現象，要求建筑設計師在針對設計耗能較大的建筑物時，除了要注重其實用與美觀，還應重視建筑物的節能性質。對此，有關這些方面新型計算機軟件的研發則在很大程度上完善建筑設計，從而促進建筑節能得以規范化實施。

2.1 有關建筑能源消耗模擬性軟件的應用

因為節能標準的實施直接取決于建筑能源消耗模擬的效果，所以，國外的許多能源機構組織就一種或者多種的節能標準研發了一些有關建筑能源消耗模擬性的軟件，根據調查統計，僅僅美國這一個國家，就已經研發了77 種，當中極具典范性的要屬美國的能源部和美國勞倫斯伯克利國家實驗室研發的DOE-2 以及在相應的DOE-2 內部其他軟件伊、利諾斯大學研發的BLAST 以及美國可持續建筑工業委員會投資研究的Energy-10 等等。

2.2 數學物理模型的設計

計算機技術水平的大幅提高，使得計算處理容量和運算速度取得較大進步。現在，隨著計算機的廣泛應用，人們可以實現對建筑物整體構造的動態模擬，并且從中將過程識別理論、隨機統計理論以及模糊邏輯理論與筑熱工過程中所誕生的譜分析法、隨機分析法以及模糊數學法等模型緊密聯系起來，以此確保建筑熱工程、建筑能源消耗系統的模擬更加接近現實效果。當前國際市場有關能源消耗模擬軟件主要以建筑物整體構造的動態模擬為主，采用的算法包括反應系數法和熱流平衡法。

2.3 軟件編程語言的使用

Formula（Formula Translation）不僅被廣泛使用在科學和工程計算中，而且還被推廣應用與建筑熱工模擬的領域之中。但是唯一不足的是，Fortran 編程語言只能應用于傳統的DOS 操作系統中，從而導致人們在軟件的使用中存在難度。比如由美國所研發的DOE-2 軟件，盡管是知識淵博、經驗豐富的高級計算機工程師要想實現對全部數據的輸入，也會消耗他很長的時間。但是，伴隨著微型計算機中Windows 操作系統的推廣與使用，再加之編程技術水平的不斷提高，高性能的用戶界面類的應用軟件從此誕生并逐漸發展，以往依附于DOS 操作系統中的相關編程也漸漸轉移到Windows 系統當中，有效的幫助建筑師在設計中的軟件應用，提高了建筑設計效果的科學性。

3 計算機應用于建筑設計中的注意要點

3.1 盡量減少模型數量，注重提高渲染速度

渲染是計算機建筑畫制作過程的重要環節，所以，怎樣提高渲染速度已成為建筑師在應用計算機制圖時重點關注的問題。通常減少模型數量、減少物體面數，簡化模型構成，都能實現渲染速度的提高。因此，在計算機建筑畫制作過程中,一方面，應注意減少建筑動畫中的物體數量，科學規劃建筑動畫的內容，對于建筑模型需要重點突出，而相應的配景分布則應適當，夠用即可。另一方面，應盡量減少物體的面數，針對動畫中具有必要性的模型，看不到的面可以省去。同時，還需注意簡化模型的段數，不可制作太多的段數。除此之外，還應該注意解決渲染設置、燈光類型、陰影類型、貼圖以及渲染器等方面的問題，從而實現渲染速度的提高，增強渲染效果。

3.2 重視計算機建筑畫后期處理工作的落實

建筑領域的計算機應用的另一注意要點是計算機效果圖的處理。計算機效果圖后期處理工作直接關乎建筑畫的整體質量，高效的處理能夠使畫面變得更加豐富多彩、形象生動。然而在實際應用中常會出現這樣的缺陷：因為計算機極易豐富畫面，所以，部分建筑師在制作計算機效果圖時過于注重形式，畫面的主題內容不明確；還有一些建筑師在進行建筑畫的后期貼圖工作時，難以準確把握模型尺寸，分布不均，過于放大人和汽車等配景，建筑物的模型不夠顯眼，從而使得畫面整體不和諧，過于復雜化。

目前就計算機在建筑領域的應用而言，可以發現有些計算機效果的制作并不能全面展示建筑設計師的技能水平，特別體現在環境光處理的工作中。隨著計算機的不斷更新發展，微型計算機可以實現這一功能，這將在計算機建筑畫處理過程中發揮重大作用，它可以實現畫面的和諧化、簡單化，寫實化，進而使得動畫效果變得更加生動形象。計算機建筑畫的制作遠不同于手工繪制的建筑畫，手工繪制的建筑圖通常依靠一定的繪圖工具，但計算機建筑圖則常會用到一些繪圖軟件，并且這些軟件會隨著計算機技術的發展而升級，所以，建筑設計師應定期掌握新型軟件的知識，以便于更好地完成計算機建筑畫。

隨著計算機技術的廣泛應用，計算機建筑畫必將現代建筑行業發展的必然趨勢，它不但可以多視角全方位的展示建筑物，而且在很大程上減少了人力、物力以及時間的消耗，有效促進了建筑工程的項目進展。筆者相信，在未來的建筑領域中，計算機的功能作用將會變得越來越多，為此，計算機也將會成建筑領 域中必不可少的現代化工具。

[1] 卜克明.談計算機建筑效果圖的表現[J].工程設計CAD 與智能建筑2000(02)

[2] 王佳.在工程與藝術之間——淺談建筑畫[J].邯鄲職業技術學院學報. 2006(12)

[3] 杜潔；張磊.計算機建筑動畫制作研究[J].建設科技. 2012(10)