第一章 計算機在建設領域的應用

第一節 計算機與建設行業的歷史

一、計算機在建筑設計中的重要性

1．引言

隨著我國經濟的發展、社會的進步，計算機技術在我國的各行各業得到了廣泛應用，并給社會帶來了便利。這場以計算機技術為代表的新技術革命產生了很多新興產業，同時也促進了傳統產業的更新改造。作為國民經濟傳統四大支柱產業之一的建筑業，是從事建造各類房屋和興建各項土木工程的行業，而計算機模擬在建筑集成設計中業已得到了廣泛應用，并促進了建筑設計的不斷優化和整個建筑行業的規范和發展。

2．CAD技術

計算機輔助設計（CAD）是信息技術在工程設計領域的一種應用技術，而計算機輔助建筑設計（CAAD）則是CAD技術的一個分支，是信息技術在建筑設計領域的一種應用技術。

近年來，我國建筑結構的計算軟件與CAD制圖軟件取得了突飛猛進的發展，已經比較好地解決了平面和空間結構分析計算問題。絕大多數的分析計算程序都設有CAD接口使計算結果圖形化，將結構設計人員從繁重的結構計算中解脫出來。目前，國內已開發了建筑工程各專業的CAD制圖軟件，借助制圖軟件，設計人員可以輕松地完成施工設計。

CAD即計算機輔助設計與制圖，是指運用計算機系統輔助一項設計的建立、修改、分析或優化。CAD系統由硬件和軟件組成。硬件包括數據圖形輸入輸出設備以及有關的硬件平臺設備；軟件包括系統軟件、支撐軟件和專業應用軟件。CAD軟件是一個功能強大、易學易用，具有開放型結構的軟件，不僅便于用戶使用，而且系統本身可以不斷地擴充和完善，因而被廣泛地應用于計算機及設計工作中。

3．3D施工模擬

3D施工模擬可以不受時間、地點、時機及社會因素的限制。它的超現實功能，可以任意選擇所需要的視角，甚至物體的內部，可以更醒目地用動畫的方法模擬場景中人們應注意的地方。在建筑行業中，建筑設計投標動畫、房地產促銷動畫，多采用3D Max軟件制作，這將對施工動畫的使用產生很大的影響。事實上，現在已有眾多優秀施工動畫是由3D Max軟件制作的。

4．先進技術

計算機的不斷發展，其性能不斷地提高，帶動了建筑產業水平的提高，其中出現的多種先進技術被積極應用于建設工程中，如虛擬現實技術和協同設計技術等。

1）虛擬現實技術

虛擬現實技術又稱靈境技術，是近十幾年悄然興起的高新技術，它是一種可創建三維虛擬世界的計算機系統。這種由系統創建的虛擬環境，作用于用戶的視覺、聽覺、觸覺，使用戶產生身臨其境的感覺，用戶很自然地通過計算機進入這個環境并操縱系統中的對象進行交互，進而沉浸其中。虛擬現實技術作為一項實用技術，在建筑設計和城市規劃領域有著廣泛應用前景。

首先，虛擬技術能夠展示建筑物的整體信息。傳統階段的二維、三維的表達方式，只能傳遞建筑物部分屬性的信息，并且只能提供單一尺度的建筑物信息，而使用虛擬技術可以展示一棟活生生的虛擬建筑物，并且可以在里面漫游，體驗身臨其境之感。建筑設計不僅僅是設計者的事，住戶、管理部門都可起到輔助決策的作用，而虛擬現實技術在設計者和用戶之間起到一種溝通的橋梁作用。

其次，在過去的建筑設計過程中，一般都會對設計的建筑物提出不同的設計方案，對未來建筑物的形象作多種設想，在虛擬的建筑三維空間中，可以實時地切換不同的方案，在同一個觀察點或同一個觀察序列中感受不同建筑外觀，這樣有助于比較不同的建筑方案的特點與不足，以便進一步進行決策。事實上，利用虛擬現實技術不但能夠對不同方案進行比較，而且可以對某個特定的方案做修改，并實時地與修改前的方案進行分析比較。

2）協同設計技術

傳統的產品設計是在圖紙上以手工設計為主，設計周期長，設計成本高，質量還不能保證。而現今常用的CAD技術目前基本限于平面和單人作業。隨著并行工程的廣泛推行與計算機支持的協同工作（CSCW）領域研究的迅速發展，人們正在尋求將建設設計技術與CSCW技術結合起來的方法，以開發計算機支持的協同設計系統。到目前為止，協同設計主要應用在CAD/CAM/CAE集成化、遠程計算與設計、工作流管理與PDM、虛擬產品設計與可視化等方面。

5．計算機對建筑創作的積極影響

計算機可以幫助設計人員擔負計算、信息存儲和制圖等多項工作。在設計中可用計算機對不同方案進行大量的計算、分析和比較，以決定最優方案；各種設計信息都能存放在計算機的內存或外存里，并能快速地檢索和方便地修改；設計人員通常用草圖開始設計，將草圖變為工作圖的繁重工作可以交給計算機完成。正因如此，計算機輔助設計已經被廣泛應用到工程設計和產品設計中，在建筑設計行業更成為了必不可少的工具。

利用計算機輔助建筑設計是一種用來表現設計的媒介，掌握計算機的基本操作也是一種基本技能。它極大地豐富了表達的方式，提高了設計圖面效果，在設計的技術手段方面首先具備了參與國際競爭的能力。

隨著人們對建筑的要求越來越高，建筑設計的方式也必將由原來的粗放設計向集成化設計轉變，建筑設計的計算機模擬技術也將會受到越來越多的人的關注，這是一個必然的趨勢。但就目前的建筑市場來說，情況還不容樂觀，在各建筑設計團隊中，計算機信息模擬和性能模擬沒有完全融會到建筑設計之中。與此同時，我們應該看到其好的一面。近年來，建筑集成化設計和計算機模擬的相關基礎和理論已經取得了長足的發展，并將逐漸形成系統的學科，進而會建立一套完整的體系和規范化的框架。因此，計算機模擬在建筑集成設計中的應用前景是光明的，我們必須正確地走下去，把計算機技術完全融會貫通于建筑設計之中，使建筑設計不斷發展和完善，從而為人們設計出更人性化、更舒適的建筑產品，服務人類，并造福于人類。