数字化建筑设计模式与应用

【摘 要】随着科学技术的日新月异，建筑行业也处于蓬勃发展的态势。在现代社会中，数字化设计被广泛的应用于各行各业，本文着重对数字化设计在建筑行业中的应用以及设计模式进行探讨。随着城市化建设进程不断加快，城市中的各种建筑如雨后春笋般涌现出来，在现代的建筑工程中，建筑结构之所以能够呈现出各种各样的形态和具有不同的功能，是因为建筑工程在设计过程中，运用数字化设计对建筑的外形态和建筑功能进行了精心的设计。本文通过对数字化设计的深入理解，并对建筑工程中所运应用到的数字化设计进行了详细的探析，并针对这些设计模式提出了个人的看法，希望能够起到抛砖引玉的效果，从而达到共同提高的目的。

【关键词】数字化；建筑设计；应用

引言

在现代社会的生产过程中，数字化设计被广泛的应用到各行业各业中。随着社会的不断发展，建筑行业也呈现出高速发展的态势，在现代建筑工程中也在从各个方面应用到数字化技术。在建筑领域应用数字化技术最多的就是多媒体数字建模和建筑新型表皮等方面。本文通过对数字化建筑设计模式与应用的深入理解，并对现代建筑工程中应用较为广泛的数字化设计模式进行了分类，本文还通过实例对数字化设计模式与应用进行分析，进而找出了现代建筑形体结构和功能呈多样性的根本原因。

一、数字化简介

数字化就是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再以这些数字、数据建立起合理的数字化模型，把它们转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理，这就是数字化的基本过程。当今时代是信息化时代，而信息的数字化也越来越为研究人员所重视。早在40年代，香农证明了采样定理，即在一定条件下，用离散的序列可以完全代表一个连续函数。就实质而言，采样定理为数字化技术奠定了重要基础。

二、数字化建筑设计模式与应用

数字化作为一项新技术在现代建筑上得到了广泛的应用，例如多媒体数字建模、建筑新型表皮的应用、以及那些利用无处不在的商业广告、电子屏幕等装饰下的建筑，都在无时无刻的影响着现代建筑的各个方面，这些都可以称为是数字建筑。建筑外部形体及内部功能呈现纷繁变化的原因是由于在设计过程中运用了数字化设计中的衍生式设计、性能驱动式设计以及更高层次的一体化设计方法。这种方法能够较为直观地阐述现代建筑多样形体产生的过程，可以为建筑设计人员更好地实现设计效果。

1、衍生式设计

衍生式设计是一种基于传统算法或者说是基于传统规则的设计过程，这些传统规则可以由多种方法来定义。衍生式设计一般会产生两种结果：一种是规则丰富的几何建筑形体；另一种是自由流动的非几何建筑形体。

1.1规格几何式衍生

理论例子：在规则的正方形内输入一段编码，让这段编码按照一个随机的直线漫步，经过几次运算便生成了这种内部十分丰富的图案，将其作为一个整体的一个面，等待所有面都运算结束后，将他们拼贴到一起，就产生了这种很丰富的“带孔的盒子”，其结果就是规则丰富的几何形体。同样也是运用了这种衍生设计模式，使小型建筑在形体与造型上达到了完美平衡。

1.2自由流动式衍生

理论例子：在程序中输入预想的建筑特定形体，然后让这个形体按照规定的形体文法，例如旋转、缩放等方式将其原有的形态置换，产生新的形态，这种衍生方式被称为“置换理论”。最后形成像火焰跳动一样形体，象征着迪拜建筑的逐渐演变和创新成果。

2、性能驱动式设计

所谓性能驱动式设计就是以性能为出发点进行设计。它最初被应用于汽车、飞机制造等领域；它涉及社会、文化到技术、经济等诸多领域，力求确保建筑师的个人风格设计和社会的实效性、环境质量，以及建筑物本身的完整性相融合的一种数字设计方式。许多人都错误的把性能驱动式设计等同于可持续式设计或者“绿色设计”。其实这种观点是错误的。两者的区别在于：“可持续设计”关注的主要是建筑的“绿色环保”方面的性能，它致力于使建筑对环境的影响降低至最小；而性能驱动式设计则是令建筑本身成为一个小环境，自给自足，满足多方面的需求。以一间实验室的天花板作为该性能驱动的设计原本，在系统中输入一个标准天花板的参数，对它进行日照测试，通过对日照的参数进行调整，来分析该实验室天花板的可取目标点与缺欠目标点，当然影响室内的因素还有很多，如降水、风力等诸多条件，就需要输入相关参数进行再运算。另外它还充分利用了太阳能，自然光和自然通风，以非常低的能耗实现了十分舒适的室内环境；再如罗杰斯设计的德国泰晤士河谷大学学术资源中心借助了这种性能驱动式设计模式，经过多次气流分析，得到了这种流线形屋顶，以此达到了室内气流的最佳流动效果。以上两种就是目前在建筑设计领域中比较占主导地位数字设计模式。

3、一体化设计

一体化设计就是将衍生式设计与性能驱动式设计结合起来的一种新型设计模式，又被称作“衍生式多重性能驱动式设计”。从理论上讲，它是前两种设计模式的简单结合，但是从实际运算过程看，它的运算方法并不是前两种模式相加之和。

一体化设计包括了“造型与性能的一体化”和“多重建筑系统一体化”，“造型与性能的一体化”就是既满足造型要求又满足功能要求；“多重建筑系统一体化”简单的解释就是影响建筑的制约条件有许多，例如建筑所受的风力、光照、降水等多方面条件的影响，每一个制约条件都称为是一个系统，那么“一体化设计模式”就是设法解决多方面问题的一种设计方法。

理论上，（一体化大厦）假设一高层建筑，输入其主要数据，例如场地长度、宽度和建筑物的几何形态，包括它的高度、平面形状以及核心筒大小等。“达·芬奇塔”不仅能实现能源自给自足，而且还能将多余电力供给周围五栋相同规模建筑的用电。如果达芬奇塔建成，那么它将为数字化建筑的历史翻开一页新的篇章。

解析三种设计模式之后我们不难看出：衍生式设计注重的是建筑的形体设计；性能驱动式设计倾向于建筑的使用功能设计；而一体化设计更高一层次，它既注重建筑的形体同时又注重建筑的功能。

三、结论

在现代的工程建筑设计中，建筑的设计并非是建筑设计时一时的灵感，而是建筑设计师对用户的需求进行深入分析，并且根据用户的需求和一些其他相关因素进行综合考虑，然后进行精确的数据计算，从而使建筑的功能和形态能够满足用户的需求。数字化建筑设计的应用使建筑设计师们在进行建筑设计时的思维模式有了根本性的改变，在数字化建筑设计应用之前，建筑设计师们的创作思维通常是理性思维，而在数字化建筑设计过程中则转变成了更加自由化的混沌思维模式。但是，数字化设计设计虽然能够使建筑的功能更加完善和形态更加复杂，却使建筑少了一些人文底蕴和艺术气息，因此在现代建筑领域中，对建筑进行数字化设计时，建筑设计师必须提高自身的综合素质，让现代建筑富有时代气息的同时，还应该适当的加入一些人文气息。

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