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数字建构——数字技术在建筑中的应用/马海东 徐燊
在关系型数据库和综合信息技术的影响下,建筑业界提出了数字建构理念。本文阐述了数字建构的构成及其在建筑业中当前的运用。
POST©华中建筑/来源:microartisan

来源:《华中建筑》


一 数字建构的由来

数字建构作为一种建筑建构技术,是建筑CAD发展与计算机发展的共同结果,第一代的CAD技术是以绘图自动化为特征的,与CAD技术在其它行业的应用一样,CAD在建筑中的应用,也是始于手绘过程向自动化过程的过渡——显示屏代替图板,鼠标代替铅笔和尺子;CAD的数据成为图纸的电子版本,存储点、直线、圆、弧等的相关电子描述。在科技的发展过程中,科技更新起步于模仿旧有的模式。例如,达芬奇对飞行器的研究成果,看上去与鸟类的翅膀没什么区别,但是当今的飞机不但样子不同,其作用也重要多了,因为它改变了人们的生活方式。飞机的意义已不只是一种飞行的交通工具,而在于它的出现使人们行动模式发生了改变。如果说当初的飞行器的研究成果是在摹仿鸟类飞行的话,那么第一代CAD系统就是没有纸、笔的画板。

尽管,第一代CAD——自动画板系统——更精确、易于修正,极大的方便了设计师的工作,但是借鉴飞机的发展史,可以得出一下结论:现在的CAD技术显然不是CAD技术发展的终极目标。计算机的进展必然改变CAD的设计模式。而推进这种改变的动力就是——计算机的发展,在计算机的发展过程中关系型数据库与综合信息技术的发展直接促成了数字建构理念的提出。

关系型数据库的应用,计算机在数据库应用方面已有了长足的发展——它们由是一个复杂的关系型数据系统组成,以数字形式存储各种表[1],比如对于一个油库的数据库,有储存表、出入库表等和每一次交易的过程组成,它使得人们通过数据,得到各种主题报表。例如我们可按消费者/地区/时段等不同方式,划分油品分布;也可按地区/雇员/时段/供应方等方式划分工资支出。——这是以一个大量相关数据支持为基础的科学的数据管理体系。

综合信息技术的应用,“计算机技术”起初是由约翰·纽曼发明用来解决复杂的数学计算的。现在因特网的广泛应用说明深刻变革人们生活的不仅是计算机的运算功能,还有它那对信息处理的能力。信息技术的发展,使得不同地区,不同时段的人们开始合作成为可能,而事实上,这种合作还刚刚开始。

关系型数据库和综合信息技术应用到建筑CAD中,就给建筑CAD带来了一次变革,数字建构就是在这样的条件下被提出,并且在一些建筑CAD领域研究者的提倡下取得了一定的进展。


 

 

二 数字建构的相关理念

一个建筑的信息量是相当大的,一个多层住宅的信息量不亚于一个普通的中型关系型数据库所含有的信息量。利用关系型数据库技术,数字建构理念用数字来建立建筑的数字文本——一个含有该建筑所有重要的相关信息的数据库(图一),并将它存放在一个单独的集成相关数据文件中。数字建构相关软件就是对这一数据文件进行编辑,表达的工具软件。这些软件既有传统的图示模块,如平面、立面、剖面、三维渲染;又有非图示模块,如建筑材料报表、门窗型号表等;同时它还拥有表达创意的表现模块,如动画、虚拟现实等。

 

图一 数字模型的构成 资源来源:Graphisoft官方网站+笔者分析

 

上述模块是数字建构的基础模块,由于数字数据的可建模性:所有的模块都放在同一个数据文件里,而所有的数据又是相互关联,这样就导致在设计上的任何改动都将直接体现在数字的建筑上。任何建筑师都知道,无论在设计过程的前期、中期或是后期,都会有大量的改动;在数字建构中由于这些改动是相互关联,所以一次即可完成所有相关的改动,毋须对若干相关文件改动若干次,这大大提高了我们的工作效率。这也体现信息技术对CAD的影响在数字建构中的反映。一个数字建筑成为真实建筑的虚拟存在,其数字信息会随时协助建筑师完成其创意。

虽然数字建构的理念早已经提出但是由于建筑行业的复杂性,据AIA的调查85%的美国建筑公司在使用CAD系统,但是对数字建构的运用却远远落后于CAD在其它领域的应用,如工业设计领域,同样在中国,也是少有普及。

  

  


三 数字建构的实践

数字建构在软件工程理论上已经有了相当系统的研究,但在实践之中对建筑业到底有多大的影响,以及已经取得多大的成功了?需要针对软件做进一步的考察,笔者对目前在建筑界与数字建构相关的商业软件ArchiCAD ,Triforma, Revit,ADT ,天正5.0等进行了一定的比较和总结——他们在概念设计上都体现了数字建构的理念,但是其模块组成又各有千秋。对它们的比较能够使我们对数字建构有一感性的认识,主要体现在以下几个方面。

1.数字建构在标准化、规模化设计中的应用

以ArchiCAD为代表,ArchiCAD由graphisoft公司开发,其理念‘虚拟建筑’[2],来源于对真实的建筑的数字虚拟,在建构中追求数字构件的真实性,可施工性强,各个模块成熟[3]的虚拟现实中的建筑构件,比如在屋顶设计,楼梯设计,角窗设计中建筑师处理的不是抽象的线条,而是实际中的建筑构件,每一个构件都有其厂家,编号,价格。建筑设计完成之后,可以直接向厂家下订单。并且在设计过程中可以让厂家参与各构件的设计,使得标准化、规模化设计更加灵活,多变,同时又不失高效性。这种数字建构模式适合大规模的住宅,写字楼的设计,其完善的建筑设计功能促使建筑师在创造的同时能够平衡经济预算,以及施工进程。在Archicad中建筑师可以进行材质的设计和灯光的分析,虚拟物理效果。在建筑建造过程中,以及建筑完成以后,数字模型一直是协助手段。在物业管理上,由于数字建构强大的数据库功能,数字模型可以协同物业公司管理现有的建筑实体。比如人员可以在数字模型中控制停车,用电,水,人员空间分配等等(图二)。


 

NBBJ 用triforma 设计锐步世界总部 资料来源:[美] M.萨利赫.乌丁.建筑设计数字化

 

2.数字建构在自由形体塑造、大型工程项目中的应用

以Triforma为代表,Triforma由bentley公司开发,移植自高端工作站的建筑CAD模块,其NURBS自由造型模块和真实渲染模块,为建筑师提供了一个相当宽广的自由造型空间,使得建造有别与传统的建筑形态成为可能。这类数字建构模块,在建模技术核心方面相当先进,特别适合非标准件的设计和工程的进展,是造型师的理想工具。对于大型方案有明显的技术优势:由于其数字建构的理念,所以在自由造型的过程中,相互关联,修改容易,而这正是大型项目所必须要求的设计方法——把复杂问题条理化是这类建构模块的主要作用。

另外在自由模型的塑造过程以及在大型项目的进展中,数字建构需要智能的扩展模块,才有可能适应项目的进展。Triforma提供的 MDL模块,使得在大型项目中可以智能的扩展,为大型项目制定特定的专用的建筑模块。所有这些数字建构模块打开了新一代建筑师设计的新的设计方向,使得自由形体的建筑成为可能(图三、图四)。

 

图三 NBBJ用triforma设计锐步世界总部 图四:俄克拉何马城市政中心音乐厅 软件:triforma 图片来源: [美] M.萨利赫.乌丁. 建筑设计数字化

 

3.数字建构在尺寸驱动设计方面的应用

以Revit为代表,Revit开发上市的时间还比较短,现在已经被AutoDesk公司并购,该软件在设计上充分体现数字建构的概念,符合建筑师的思维习惯,另外在建筑设计方法上也有一定的突破,交互性的尺寸驱动设计[4]是其独特的一大模块适合建筑的拓扑设计,但是由于其存在的时间还比较短,到底尺寸驱动设计方法对建筑设计有多大的影响还有待观望。

4.其他

ADT,是AutoDesk公司在AutoCAD上开发的二次软件,,从AutoCAD平台发展而来,功能庞大复杂,其数字建构模块方面还在探索之中,是电子板向数字建构过渡的一种方式,对于引导传统的建筑师在设计上向数字建构方面发展很有启迪作用,但在整体架构上,数字建构的优势体现的不够明显。

天正5.0, 是国内第三方公司在AutoCAD是开发的二次软件,完成了从天正3.0的2d环境向3d环境的过渡,其目标也是数字建构理念。但是与ADT一样其数字建构模块方面也是比较薄弱。

 

数字建构技术虽然在建筑业中已经开始应用,但是主要还只是体现在一下方面:

 

4.1.  标准化、规模化方面的应用,由于这些方面建筑处理的问题简单一些,所以可以真实的虚拟建筑实体。

4.2.  大型项目上的应用,因为传统的建筑设计技术不能建构这样一些大型的项目,比如大型体育馆。

4.3.  在一些新生的建筑师力量中运用,因为新生代的建筑学习是伴随这计算机的发展而长大的,对计算机充满信心。

4.4.  另外在数字建构的实践中也发现了问题,主要是软硬件的水平跟不上,阻碍了数字建构的发展。在实践中,数字建构对建筑师的作用没有充分的发挥。


四 目前中国数字建构技术应用情况

数字技术首先改变的是建筑设计院和事务所的作业方式。在数字技术之前,代表建筑这一行业的符号是丁字尺三角板,而如今大家大量使用的是电脑,在国内用电脑绘制的透视图与动画,后者对于业务的争取大有帮助。逐渐形成一种风气,谁用的电脑多,谁就可以争取到较多的业务。但是更加重要意义上的运用数字技术——对数字建构技术的使用却还是很不够的。

阻力主要来自传统的惯性。数字建构带来的不不仅是技术的变革,也带来了运作模式的改变,因此适应它还有待时间。在国内的设计院中现在大量使用的是天正3.0等2D软件,天正5.0在也还是在推广之中,改变这一状态不是一朝一夕的事情。

以下是网站www.abbs.com.cn 的 CAD论坛中,对代表性的软件ArchiCAD ,Triforma, Revit ,ADT ,天正5.0在国内的市场预测:

1. ArchiCAD是一个用户稳步增长的设计软件,会有更多的实际项目用它来完成,不过就目前的情况来讲,还必须要配合其他软件如MAX ,ACAD,来完善其渲染效果。

2. Triforma 鉴于其强大的功能,配合MS[5]的其他工种软件。能够完成建筑设计到相关工种设计的全部流程。其用户也是在稳步增长阶段。

3. Revit 刚刚进入国内,但由于其明显的优势,不可低估其市场潜力。

4. ADT 在可以预见的未来,将是天正5.0的竞争对手,虽然功能比国内开发的要强,但是在方便性上,对于国内用户是远远不能和天正5.0相比。

 

可以肯定的是——在21世纪,数字建构必然要发挥其越来越强大的优势,带来建筑业的设计模式的改变,就像现代的飞机对人类生活模式的改变一样,其意义是巨大的。


 

 


 

参考文献

[1] [匈牙利] 加博尔.博亚尔. 程露 译. CAD在建筑领域. 世界建筑9906. 北京. 世界建筑出版社. 1999.6.18.  P72

[2] [美] M.萨利赫.乌丁. 张永刚 译. 建筑设计数字化. 北京. 中国建筑工业出版社. 2002.3


[1] 关系型数据库有许多表组成,表(table)是数据库的基础构件

[2] 可以认为‘虚拟建筑’是数字建构首次在建筑商业软件中的运用

[3] 20年的开发历史,使得Archicad在数字建构领域比较成熟

[4] 尺寸驱动设计是一种设计方法,在工业设计CAD软件中广泛的运用

[5] Bentley公司出品的Microstation系列软件


 

黄鑫 等1人赞过
2014.01.11
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