前言：尋找寫作靈感？中文期刊網用心挑選的數字技術在現代建筑設計的應用，希望能為您的閱讀和創作帶來靈感，歡迎大家閱讀并分享。
引言
大數據時代，數字技術不僅為建筑創作提供了新的方法和表現手段，也為建筑的設計研究和實踐發展提供了新的技術支持。在建筑策劃的初期，將客觀信息數字化的轉譯并輸入到建筑構思中，幫助設計師最終完成建筑創作。從設計層面來看，數字技術不僅讓設計師的思維不再“局限”、更為發散、賦予建筑更多的可能性，最重要的是其還可以使用相關技術方法來推演空間形構，分析設計的合理性，并最終使設計更為優化；在施工方面，數字技術精準無誤地放樣建筑實體尺寸，使每一個“精密”的建筑構件在實施時準確無誤；在項目管理方面，其給予準確的數字支持，更有利于對建筑的實時檢測管理。在我國，部分學者已經對數字技術在建筑設計方面的應用進行了一定的探索，取得了一些成果。清華大學建筑學院、東南大學建筑學院、華南理工大學建筑學院等很多高校都設置了面向數字技術應用和研究的建筑學培養計劃和教學體系。并且，在部分建筑設計研究院和土木設計研究院中，數字技術輔助研究創作人員完成創作的應用也形成了較為完整的體系。文章以數字技術及數字技術工具作為具體研究對象，梳理其發展應用的重要時間節點，對PS（Photoshop）、CAAD、Rhino-Grasshopper三種應用較為普遍的數字技術工具和平臺進行了系統的分析，力圖挖掘其擬態生成的設計邏輯、數據優選，設計思維體系。
1數字技術概述
數字技術，也稱數字控制技術，是一項與電子計算機相伴相生的科學技術[1]。在設計領域，數字技術將抽象的復雜信息變成有邏輯、可編程的二維數字數據，并根據具體需求進行調整，最終達到整體化設計的目的。20世紀末，數字技術也逐漸被建筑設計師們廣泛地應用于建筑領域。根據對現有應用情況進行分析發現，數字技術在現代建筑設計中的應用，不僅可以為設計師分擔繁瑣計算、信息存儲和圖像制作等工作，還可以對不同方案進行大量的計算、分析和比較，最終實現對方案的優選。數字技術不僅用電腦代替了人工，解放了設計師的部分勞動，更重要的是其還縮短了設計周期，提高了設計質量，最大限度地實現了低錯誤率。有些數字技術和工具還能夠進行方案概念推演，生成實體模型。同時，借助數字技術對地形、風能、光照、受力等要素進行分析，建筑師還能夠對相應數據進行更好的把握和控制。由此不難看出，數字技術能夠對現代建筑設計起到有效的支撐和推動作用，其在建筑設計各個階段提供的有效幫助，不僅能將各個相關構件的設計信息進行整合，還能夠為設計、管理、施工提供科學的借鑒。誠然，數字技術在建筑領域的應用并不是一蹴而就的，經歷了一個從自身不斷完善到建筑設計應用的發展歷程。從1930年世界上第一臺計算機在美國誕生，到1983年Adobe公司成立，計算機從最初僅用于存儲資料發展到應用于設計領域。20世紀50年代，CAAD、CAM技術的出現，拉開了數字技術在建筑設計中應用的帷幕。2008年，舒馬赫①在《作為一種建筑風格的參數化主義——一位參數化主義者的宣言》一文中，又在數字技術的基礎上進一步提出了參數化主義的思想，力圖通過重組和更新數字技術的方式構建建筑參數化設計系統[2]。同時，其還將20世紀80年代復雜性科學中的特殊復雜性需求納入到系統中，至此，建筑策劃和設計進入到了參數化的階段。在之后的10年間，數字技術在建筑領域的應用從CAD到Rhino，再到CAM（ComputerAidedManufacturing），最終實現了多軟件技術平臺的協同合作，不僅完善了CAAD，更重要的是實現了CAAD與CAM的相互交互合作，計算機輔助建筑設計系統構建完成，該系統由蘇黎世聯邦理工學院建筑學院最早提出。2019年，在瑞士Riom開幕的3D打印混凝土裝置展覽中，分層擠壓打印技術的展示實現揭示了展示計算設計和數字創造在混凝土行業的應用進程，代表了世界3D打印技術領域和數字化設計領域取得的巨大突破（圖1）。這一歷程從側面揭示出數字技術在建筑設計中的應用深化和演繹。
2數字技術在現代建筑設計中的應用解析
不斷發展的數字技術正在為各個行業提供助益，這已經成為一個不爭的事實。在建筑領域，數字技術使現實理論數據得到了科學合理的邏輯展現，為建筑創作研究提供了更好的技術工具與手段。數字技術指導下的建筑設計，將數據、參數、屬性、功能、結構一一對應，基于數學領域的二維邏輯轉譯成建筑領域的三維建筑擬態生成，并最終完成數字化建筑設計創作。同時，基于數字技術的建筑還可以成為一種虛擬映射下的數字孿生——數字技術。從實際應用角度來看，數字建筑已經成為數字技術驅動的建筑行業發展方向。數字技術的應用經歷了從初期數據邏輯梳理、規劃、設計，再到后期實現提供技術支持，并最終在建筑創作中呈現新的創作思維和發展理念的應用階段。下面對主要的數字技術應用進行梳理和分析。
2.1PS（Photoshop）圖形圖像處理技術的應用解析
PS（Photoshop）軟件作為設計領域的技術基礎，其操作應用平臺在各領域都得到了應用。從二維平面到三維空間，從意向構成到擬態生成，從平面設計到工業設計、動漫設計，PS（Photoshop）已成為各個領域的設計師們必須掌握的軟件，其具備的圖形圖像處理技術更是在建筑領域發揮了強大的優勢。根據對部分建筑設計從業者和高校建筑專業學生的調研發現，絕大多數使用者認為PS（Photoshop）作為數字技術輔助工具有著強大的實操功能，其能夠實現多角度高精準的選區工具、色彩色域的調節把控、路徑圖層的協同，以構成精良品質的效果圖、設計圖。特別是絕大多數建筑設計的從業者認為，在建筑設計創作領域PS（Photoshop）作為主要虛擬擬態效果精準后期呈現的技術工具，為其創作服務的適用人群提供了高精準的意向參考。現階段，PS（Photoshop）作為圖形圖像處理技術的主要工具，其工作結果已經取代了傳統手繪表達的最終建筑施工圖、效果圖，以及可能需要的俯瞰圖、立面圖、剖面圖等。其對建筑及其建筑空間關系預期效果的展示更真實，并最終讓圖紙接近并走出紙面邊緣，生成為現實擬態[3]。
2.2CAAD技術的應用解析
CAAD（ComputerAidedArchitectureDesign）是一種計算機輔助建筑設計體系，主要幫助建筑師完成建筑的設計與實踐。在技術層面CAAD實現了分擔設計師繁瑣計算、信息存儲和圖像制作的工作；在設計層面CAAD實現了不同方案的分析、比較和推敲，并決定最優方案。CAAD不僅能夠解放設計師的部分勞動，用電腦代替人工，縮短設計周期，提高設計質量，還能夠盡可能地實現低錯誤率，為精準施工提供幫助。從技術工具的角度，CAAD分析可以分為2D-CAAD技術軟件和3D-CAAD技術軟件。2D-CAAD技術軟件主要完成平面布局、結構設計，3D-CAAD技術軟件以主要完成虛擬現實建造模型的設計。這里分別針對2D-CAAD數字技術軟件中的CAD、3D-CAAD數字技術軟件中的Rhino進行應用解析。CAD數字技術工具，輔助建筑師將復雜、耗力的創作過程優化，縮短創作時長，提高時間利用效率。在建筑策劃前期，建筑師利用CAD完成圖紙局部、細節、體框的繪制、修改，達到所期的圖面設置[4]。在方案實施過程中，CAD輔助建筑師同施工方進行更好的交流，使得建筑項目更快達到高精準的施工目的，主要體現在一些結構穿插關系相對復雜、建筑體態不規則的建筑施工時，CAD給予施工方提供精準的數據支持，將曲線、弧線等非幾何性質的建筑特殊部分進行高精準的數字化轉譯，解決施工難題，讓建筑創作的施工誤差降到最小，最終達到精準施工的目的。Rhino一方面是為了設計和建模而開發的3D模型技術軟件，其不僅可以創建、編輯、分析和轉換曲線、曲面和實體，不受復雜性、角度或大小的任何限制，還可以創造任何想象的形狀，并達到滿足建筑工程、分析和制造所需的精度；另一方面，作為當前設計領域最為強大的“軟件平臺”，Rhino還可以做到多插件的協同工作。在使用Rhino作為3D建模軟件設計創作時，對比Sketchup、3DMax等其他3D模型數字技術軟件，其優勢在于運算方式結構的不同。同樣繪制一條曲線，等分線每個軟件的運算方式皆有差異，通過實驗對比法，在Rhino中繪制一球體上的等分線時，圖像處理技術、軟件運算運行速度都要比Sketchup更快，并且最終球體上的曲線呈現方式更為圓滑，更符合視覺美學的需求，高精準、快速度地完成軟件內的操作。除了現有的2D-CAAD技術軟件和3D-CAAD技術軟件外，新數字技術工具的持續開發以及現有技術軟件的不斷升級，使CAAD以動態的形式持續發展和完善。
2.3Rhino-Grasshopper參數化技術的應用
前面提到，Rhino不僅是一個功能完善的三維建模工具，還是一個強大的“軟件平臺”。從二維的技術整合到三維組織建模實現，再到將高精度模型提供給其他三維軟件使用，Rhino幾乎都能夠組織完成。Grasshopper作為目前其最為強大的插件之一，在Rhino環境下幫助設計師實現建筑參數化建模。Rhino-Grasshopper不僅能夠便捷地生成建筑曲面和異形表皮，還能夠通過快捷的條件輸入生成符合場地條件和功能要求的建筑方案。但更重要的是，Rhino-Grasshopper作為一種設計思維和代碼設計手段，使建筑設計過程更易于調整和修改，使建筑創作更具獨創性。因此，有人又將應用Rhino-Grasshopper數字技術的設計稱為犀牛參數化設計，強調設計參數模塊在方案調整和論證中的作用。
2.3.1邏輯結構的建立
邏輯結構的建立是基于參數化的。參數化指在數字技術下的一種干預、一種邏輯的操控。在參數化的支配下，邏輯算法公式即為最初的參數支配。在完整的邏輯公式支配下，邏輯結構的本質可分為：邏輯架構中主體穩定部分、邏輯體系內重復變化的部分、干預影響其他部分衍生的組成部分[5]。處在同一個維度與邏輯運算體制下（強調客觀條件），其中的各個參數支配影響著整體，生成一個完整的邏輯結構，在這個邏輯運算的交互界面，參數的變化又影響邏輯結構內部的各個部分?；诩夹g工具Rhino-Grasshopper的邏輯構成，異化衍生出了定位不同的邏輯運算器群，可以分為：網架、變量、單元三大組成部分。網架是一種數字矩陣的集合，并包含不同維度的數據庫、數據屬性，是主體形態的基礎，也是所有單元的法則。變量是使變量數陣實現執行運算的過程，在網架結構中提取參數，自擬變量生成邏輯結構并輸送給單元，使其單元內數據結構變化生成模型。單元是模型生成的最基礎單位，依附網架部分進行變化，通過變量部分的數字干預衍生出豐富的單元結構。設計師在參數化技術工具Rhino-Grasshopper的協同協助下，基于邏輯結構下參數自變量的生成，對其數字模型擬態進行調整，達到結構內的優選。即為通過對空間因素和影響因素等相關自變量參數的調整，實現虛擬擬態優化。最終的設計結果也就從這種邏輯結構關系出發，制定出關聯的數據系統，通過輸入不同的條件來實現。較為復雜的邏輯結構往往將生成多個設計參數模塊。
2.3.2參數及其相關系數優化
既然應用Rhino-Grasshopper數字技術的建筑設計需要參數的調整來完成，那么參數及其相關系數的優化就變得尤為重要。在參數及其相關系數優化過程中，Graft樹形數據生成器及其生成數據法則是核心方法論和運算法則（圖2）。在Rhino-Grasshopper中，Graft樹形數據生成器及其生成數據法則結合數據面板可以得到數據內容、數據長度、數據內容、數據分組及路徑分組，通過數據的合并與排序完成數據運算（圖3）。一方面其相同的運算邏輯、不同的數據結構會導致運算結果輸出的不同，完成數據優選運算；另一方面在單元內部可以通過seed值等可變量數據條操控或可輸入數據面板的系數調整完成參數選優的過程。
2.3.3模型可視化表達與輸出
基于Rhino-Grasshopper的協同功能，對模型進行可視化的表達和輸出。在Grasshopper操作面板中，對虛擬的建筑模型進行調整（因為Grasshopper提供的模型需要數字虛擬模型進行Bake技術操作之后才能夠生成Rhino中的實體數字模型），具體操作是通過數據條拉棒、數字面板、曲線面板的參數調節，達到數字虛擬模型的優化，再經過Bake技術工具將虛擬擬態模型生成Rhino中的實體數字模型。在建筑創作過程中，僅生成Rhino中的實體數字模型往往是不夠的，還需要將其輸出為物質化的實體模型?，F階段，生成物質化實體模型的數字技術主要以3D打印快速成型技術為主。這是一種以數字模型文件為基礎，運用粉末狀金屬或塑料等可粘合材料，通過逐層打印的方式來構造物體的技術。利用這一技術輸出的3D實體模型能夠將建筑形態與室內空間的關系更直觀地展示出來，但要注意的是當輸出的模型較大時，需要借助大型的機械臂來完成。
3結語
數字技術的不斷發展已經顛覆了原有的建筑設計理論和方法體系，其從最初對建筑設計圖紙的表現，已經擴展到建筑創作思維和概念的創新方面。這既預示著建筑設計未來的發展方向，又引發學界廣泛的學術爭鳴。文章從對數字技術的解析和發展脈絡梳理入手，挖掘現階段在建筑設計領域應用較為普遍的數字技術，并對其應用過程中表現出的特征、優勢和關鍵點進行了深入分析，力圖為那些致力于數字化建筑設計學習的學生提供些許學習上的參考，為致力于數字建筑設計探索的人提供一些可供選擇的方法支撐。囿于篇幅，研究局限于建筑設計階段的數字技術應用，并未涉及與建筑項目管理方面的數字技術應用，希冀在今后的研究中對這一部分的研究進行單獨論述。
作者:張蕾 于博遠 單位:東南大學建筑學院 哈爾濱理工大學藝術學院 倫敦大學學院
