[科普中国]-计算机辅助建筑设计

计算机辅助建筑设计具有广泛的概念内涵，泛指运用计算机工具协助完成建筑设计的各种工作。

简述使用计算机帮助建筑设计师进行建筑设计工作，就叫计算机辅助建筑设计。应用最早也是应用最广泛的是制图。如建筑图纸生成系统就是一种已商品化的系统。它由一台计算机和一台绘图仪组成，可自动生成整套详细的建筑图纸，能绘制楼层的平面图、家具和设备的安放位置等组合图形。随着计算机外部设备和图形软件的发展，计算机不但可绘制图纸，而且可以在显示屏幕上直接输入或输出图形。也就是说，设计师可以利用光笔或数字化板之类的外围设备在显示屏幕上直接“画”设计图，输入计算机保存起来。或许在显示屏幕上显示出二维图形或三维图形，不仅可显示静止不动的图形，还能显示旋转的图形。因此设计师可在建筑设计阶段，部建造之前看到他所设计的建筑物，包括建筑物的外形和内部任何部位。图形可放大或缩小。三维图形经过旋转可从各个角度进行观察，设计师认为不满意的地方，可随时使用键盘或光笔修改设计方案。

在建筑设计方面，不仅是应用计算机辅助制图，而且在设计的各个环节上都使用计算机。如英国曼彻斯特建工学院推出的房屋设计语言，只要汇去费用和告知工艺图纸建筑要求，就能用传真电报把这项建筑的全部结构图纸和施工图纸交给用户。有的系统还可提供多种设计方案，供选择。1

任务计算机辅助建筑设计，顾名思义它只是辅助建筑师来完成设计工作，是有待于建筑师掌握的一种现代化的建筑设计方法。计算机能够替建筑师记忆大量的建筑设计资料，并可以根据不同工程项目的需要随时进行检索；可以替建筑师绘制大量的建筑表现图及施工图；可以对建筑设计方案进行多因素分析与比较，从而优化设计并快速交付施工图纸，避免了大量的重复工作，缩短了设计过程。开发CAAD技术的目的就在于把建筑师的创作才能和潜在的智力从传统设计方法的束缚中解放出来。

1．设计信息的存贮与检索

现代化的技术所带来的庞大信息量，使每个建筑设计者单凭他的手、眼、脑是远远掌握不了的。房屋建筑的发展，体量变得越来越大，功能变得越来越复杂。建筑师经常碰到容纳几百人、几千人甚至几万人的建筑物设计。由于建筑物的大型化、复杂化，就不得不去考虑比一般建筑在建造技术、使用标准、功能要求等方面更为特殊的性质。此外，科学技术的发展，使每年都会有成千上万种新材料、新技术、新设备出现，其中又有许多成果都可以用在建筑工业上。借助于电子计算机可以把这些广泛的资料、数据、信息存贮起来，建成建筑设计信息数据库，建筑设计人员可以根据需要随时调用这些信息。如果把存贮这些信息的多个计算机连接成计算机网络，那么很多设计部门和设计人员就能共同享用这些信息。

2．建筑设计的综合分析与方案比较

现代化建设的重要特征之一就是要使每个建设项目在付诸实现之前必须进行周密的计划，尤其是针对较大型的工程项目要作可‘行性研究，使有限的投资发挥出最大的作用和效益。若采用计算机辅助设计的方法，从经济分析的角度对该拟建项目进行分析，从而获得有科学根据、较为准确的投资预算，为投资者在最快的时间内提供了比较精确的依据，从而大大减少由于资金中途发生短缺而影响施工进度或者由于资金过剩而造成浪费现象。

3．计算机辅助绘图

现代化建筑日趋复杂的功能要求赋予建筑物千变万化的体型特征。各种曲线、曲面、折线、折面的运用，丰富的建筑立面表现形式，复杂的平面布置，使建筑师本来就已感到十分费力的绘图工作又增加了更重的负担，尤其是绘制建筑透视图，问题更为突出。计算机建筑辅助设计解决了这个问题。2

工作方式CAAD系统按其工作方式可以分为自动化设计和交互式设计两种方式。

一、自动化设计方式

在以自动化设计方式工作的CAAD系统中，一切都是按计算机内事先规定好的程式进行工作。除了必需的原始工程设计参数的输入外，系统并不需要设计人员进行干预，就能自动进行分析、计算、绘图等项工作，完成工程设计的全过程，直至获得最终设计成品为止。这类以计算机为中心的自动化设计系统，对那些以小逻辑设计为主要对象、能用明确的日标函数来定量描述的问题，是十分迅速和有效的。因此，广泛中用在诸如集成电路，精密机械零件等一些与不定因素无关的设计领域。

这种自动化设计系统的构成比较简单，主要由定型灼标准构件库，原始设计参数输入系统，能提供选择最传标准构件的检索系统和标准，定型化构配件的集合汇总组装成型系统等几部分组成。

尽管这类自动化设汁系统精确度高，容易得到最优解，但欠灵活，难以适应一切场午和满足使用者的特殊要求。它限制了建筑师才智的充分发挥，抑制了他们的创作热情和欲望，所设计出的作品也有千人一面之感，因此，并不受广大设计者的欢迎。

二、交互式设计方式

交互式CAAD系统的工作方式则要求在建筑师的不断干预下，以人机对话的交互作业方式来完成工程设计。这类CAAD系统很容易适应错综复杂的，多因素决策的情况，适应于那些设计对象暂时还难以抽象为精确的数学模型、不能用简单的目标函数来定量描述的工程设计问题。因此，需要建筑师在整个工作过程中不断地加以干预和指导，在工作站土分层描述设计对象，建立其教学模型(即项目数据库)，不断修改、完善和优化设计。交互式系统并不排除其中包含有几个较成熟的专门模块采用自动化设计方式。相反，两者的有机结合将使CAAD系统的应用提高到更高的层次上。大多数CAAD系统都是以这种工作方式工作的，它以建筑师为中心进行设计，适应建筑设计中相互关系复杂、定性问题多，定量问题少的特点。在模糊理论未得到普遍的实际应用之前，利用交互式CAAD系统去表达建筑师的创作意图，是解决建筑设计问题行之有效的方法。3

本词条内容贡献者为:

周敏 - 副教授 - 西南大学