第一章 計算機在建設領域的應用

第一節(jié) 計算機與建設行業(yè)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(jīng)濟的發(fā)展、社會的進步，計算機技術在我國的各行各業(yè)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(yè)，同時也促進了傳統(tǒng)產業(yè)的更新改造。作為國民經(jīng)濟傳統(tǒng)四大支柱產業(yè)之一的建筑業(yè)，是從事建造各類房屋和興建各項土木工程的行業(yè)，而計算機模擬在建筑集成設計中業(yè)已得到了廣泛應用，并促進了建筑設計的不斷優(yōu)化和整個建筑行業(yè)的規(guī)范和發(fā)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(fā)展，已經(jīng)比較好地解決了平面和空間結構分析計算問題。絕大多數(shù)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(fā)了建筑工程各專業(yè)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(tǒng)輔助一項設計的建立、修改、分析或優(yōu)化。CAD系統(tǒng)由硬件和軟件組成。硬件包括數(shù)據(jù)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(tǒng)軟件、支撐軟件和專業(yè)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(tǒng)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(xiàn)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(yè)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(xiàn)在已有眾多優(yōu)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(fā)展，其性能不斷地提高，帶動了建筑產業(yè)水平的提高，其中出現(xiàn)的多種先進技術被積極應用于建設工程中，如虛擬現(xiàn)實技術和協(xié)同設計技術等。

1）虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)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(chuàng)建三維虛擬世界的計算機系統(tǒng)。這種由系統(tǒng)創(chuàng)建的虛擬環(huán)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(huán)境并操縱系統(tǒng)中的對象進行交互，進而沉浸其中。虛擬現(xiàn)實技術作為一項實用技術，在建筑設計和城市規(guī)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(tǒng)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(xiàn)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(xiàn)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(xié)同設計技術

傳統(tǒng)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(xiàn)今常用的CAD技術目前基本限于平面和單人作業(yè)。隨著并行工程的廣泛推行與計算機支持的協(xié)同工作（CSCW）領域研究的迅速發(fā)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(fā)計算機支持的協(xié)同設計系統(tǒng)。到目前為止，協(xié)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(chuàng)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(yōu)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?yōu)楣ぷ鲌D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(jīng)被廣泛應用到工程設計和產品設計中，在建筑設計行業(yè)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(xiàn)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(jīng)取得了長足的發(fā)展，并將逐漸形成系統(tǒng)的學科，進而會建立一套完整的體系和規(guī)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(fā)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。