计算机辅助建筑设计(CAAD)的发展趋势--虚拟建筑(Virtual Building)设计将成为主流

型和简单的分析工作。

１．３三维建筑模型软件

从２０世纪８０年代中期至２０世纪９０年代，在ＣＡＡＤ辅助绘图取得人们承认和接受后，实现了向更高层次的飞跃，诞生了第二代ＣＡＡＤ软件——三维建筑模型软件。三维建筑模型软件的研制思路是让建筑师在计算机上借助于三维模型进行设计构思，把三维的建筑设计方案与二维的成图过程串联起来工作，以三维模型为核心控制全局，充分发挥计算机的特点和优势，进行工程设计…。

２ＣＡＡＤ技术应用现状分析

ＣＡＡＤ技术在２０世纪８０年代以后，有两个重要分支——２ＤＣＡＡＤ软件和３ＤＣＡＡＤ软件。

２．１２ＤＣＡＡＤ软件的应用现状

在计算机辅助建筑设计（ＣＡＡＤ）领域，近１０年来占据市场主导地位的是Ａｕｔｏｄｅｓｋ公司的ＡｕｔｏＣＡＤ软件。在今天中国的ＣＡＤ用户特别是初期ＣＡＤ用户中，二维绘图仍然占有相当大的比重。

２０世纪８０年代中期，以ＡｕｔｏＣＡＤ为代表的二维ＣＡＤ软件在应用之初，的确发挥了巨大作用，将建筑师从繁杂的手工绘图中解放出来，大大提高了绘图精度和工作效率。然而准确地说，ＡｕｔｏＣＡＤ是“计算机辅助绘图”软件，而不是“计算机辅助设计”软件。

国内大多数设计院、事务所都采用ＡｕｔｏＣＡＤ和３ｄｓｍａｘ／ｖｉｚ来共同完成建筑设计。ＡｕｔｏＣＡＤ为虽然在辅助绘图方面大大提高了工作效率，然而在设计修改时却非常痛苦。而３ｄｓｍａｘ／ｖｉ本来就是针对广告和动画业，既不具备精确性，又过分强调了效果真实。因此，国内的ＣＡＡＤ（计算机辅助建筑设计）走人了一个误区：在花费了大量金钱和时间来做建筑效果图的同时，既要面对设计收费低廉的窘迫处境，又无法顾及设计优化，忽略了建筑设计需要创造而不是简单的重复。

国内许多建筑设计院、事务所近年来都越来越感受到二维ＣＡＡＤ软件的不足：首先２Ｄ线条禁锢了空间的想象力和创造力，无法集中精力于设计本身；设计修改非常痛苦；效果图和设计图纸不一致；不能很好的跟客户交流等等。这些问题严重阻碍了我国建筑设计水平的整体提升。

２．２３ＤＣＡＡＤ软件的应用现状

在３ＤＣＡＡＤ软件领域，目前国际上尤其是欧美发达国家应用广泛，在软件功能、生产效率上具有２ＤＣＡＡＤ软件无法企及的优越性，真正的利用计算机实现了智能化的辅助“设计”。这一类软件系统使用单一的数据结构和唯一的公用数据库把系统集成起来，采用参数化技术、特征技术等，允许工程师在一个数据结构上动态地与其他部门不同专业的工程师进行数据传输和交换，使真正的计算机辅助“设计”成为可能。

主流３ＤＣＡＡＤ软件在核心技术上，有一个共同特征是都采用了～种先进的参数化建模技术，业界通常称之为“虚拟建筑”或“建筑信息模型”（ＢｕｉｌｄｉｎｇＩｎ—ｆｏｒｍａｔｉｏｎＭｏｄｅｌ，ＢＩＭ）。以“虚拟建筑”来表述这一技术。

３虚拟建筑设计方法

虚拟建筑是一种全新的设计方法，它以３Ｄ建筑模型作为设计的核心，和用其他计算机软件如３ｄｍａｘ／ｖｉｚ等建立的简单的３Ｄ模型不同的是，“虚拟建筑”模型中包含了大量建筑材料和建筑构造、工艺等信息，包含了建造一个建筑所需要的所有组成部分。它是一个包含了建筑所有信息的综合数据库，这个数据库不仅可以用于建筑设计，还可以用于结构设计、设备管理、工程量统计、成本计算、物业管理等，可以在整个建筑业中发挥作用，管理建筑生命周期的全部信息。

３．１虚拟建筑设计方法的特点和优势

“虚拟建筑”以多视角的智能建筑构件为基础，提供了一个完全的３Ｄ环境。在虚拟建筑中，所有的建筑构件都是参数化的智能物体，是包含了特殊的建筑构件属性如尺寸、材质、性能、造价等综合信息的智能化三维物体。

如图１所示，在“虚拟建筑”设计中，与建筑相关的所有人员都在同一个３Ｄ模型上工作。建筑师、房地产开发商可以轻易的获得准确的房间尺寸和面积、任何角度的透视，甚至在建筑物中进行虚拟参观。室内设计师可以在同一个“虚拟建筑”模型下工作。施工公司将３Ｄ施工模型和时间、成本整合起来，创建直观的５Ｄ施工过程演示，自动进行准确的工程量统计和造价计算。施工完成之后，管理人员可以通过详细的材料列表和直观的３Ｄ平面分区，来跟踪管理建筑的设备资产，全部工作都在同一个数据平台上进行。

图１“虚拟建筑”设计的特点

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具体来说，“虚拟建筑”设计的优势主要体现：（１）

建筑师完全集中精力于设计本身。在“虚拟建筑”中

做设计，设计师可以随时看到设计的效果。在设计的

任何阶段，都可以绕着建筑旋转，观察各个角度的设计

效果；或者深入建筑内部，身临其境的感受建筑内部的

空间效果。并且，还可以把建筑放在场地环境中，评价

建筑与环境是否融洽，考察建筑与周围环境之间的相

互影响。“虚拟建筑”设计方法将设计师从图纸中解图２结构设计

放出来。（２）图纸文本成为设计过程的副产品。在

２Ｄ环境下，每一张图纸都是一个单独的“迷你项目”，

先从平面开始绘制，然后画立面、剖面，再按照项目进

展更改所有的图纸。永无休止的修改、再修改成为建

筑师繁重冗长工作的一个重要原因，占用了建筑师大

量宝贵的时间和精力。而“虚拟建筑”技术戏剧性的

改变了这种工作方式。在“虚拟建筑”设计中，模型而

不是图纸成为设计过程的核心，所有的图纸都直接从图３热卫陛能分析

模型中生成，图纸成为设计的副产品。利用虚拟建筑

模型，建筑师可以根据自己的需要在任何时候生成任

意视图——平面图、立面图、剖面图、３Ｄ视图，以及材

质描述、面积计算等等。每一个视图都是同一个数据

库中的数据从不同角度的表现而已。在任意视图中的

修改都会立即在其他视图中得到自动更新，图纸随着

设计的进展和修改而实时更新。虚拟建筑的巨大优势

在于有效的文件生成与管理，使得建筑师可以集中精图４管道冲突检验

力进行设计。自动更新上百张图纸，就意味着在生产

率上获得了极大的提高旧Ｊ。（３）高级分析能力。２Ｄ

ＣＡＤ绘制的图纸永远无法进行智能化的分析和模拟，

只有包含了所有建筑信息的“虚拟建筑”才可以轻而

易举的将数据导人相关的分析模拟软件，从而获得准

确的数据分析成果，例如绿色建筑分析、能量分析、防

火安全分析、规范检验、管道冲突检验等。把各种复杂

的分析和模拟过程交给计算机来完成，不仅仅保证了

数据的准确性，也把建筑师从冗长的计算中解放出来，图５防火安全检验

实现了真正的计算机辅助“设计”。

图２～图６是通过ＡｒｃｈｉＣＡＤ软件的“虚拟建筑”

模型，直接导入相关软件中，自动得到结构设计、热工

性能分析、管道冲突检验、防火安全检验和能量分析的

结果。

“虚拟建筑”设计方法的强大优势，不仅在于充分

利用计算机的高速性和智能性，大大提高建筑设计的

质量，还保证图纸的准确性，减少错误，从而提高了工

作效率。同时，“虚拟建筑”在整个建筑生命周期中都图６建筑能量分析

可以发挥巨大的作用，最大程度的节约了行业资源，提３．２虚拟建筑设计方法成为ＣＡＡＤ主流的可行性分高整个建筑行业的生产效率。图７为使用２ＤＣＡＤ方析——以ＮＣＳ和ＩＦＣ数据标准为基础

法和“虚拟建筑”设计方法的工作量比较示意图。ＮＣＳ即美国国家ＣＡＤ标准（ＴｈｅＮａｔｉｏｎａｌＣＡＤ

图７工作量分布比较

Ｓｔａｎｄａｒｄ），是美国ＡＩＡ（美国建筑师协会）、ＣＳＩ（美国施工标准学会）和ＮＩＢＳ（美国国家建筑科学研究院）合作的产物。ＮＣＳ代表了建筑师、工程师、施工专家的共同意见，制定了一种通用标准，详细规定了在以图纸为中心的数据传输中，建筑设计数据如何分类，业主和设计师、施工方如何协调工作。

ＮＣＳ是一个建筑设计电子数据标准的体系，包括ＣＡＤ图层、图纸的组织、制图表格和进度表、制图标准、术语和缩写语、图形符号、注释、规范、布图等多种通用标准。经过多年的研究，ＮＣＳ已经发展成为一种正式的２ＤＣＡＤ标准。

ＩＦＣ（ＩｎｄｕｓｔｒｙＦｏｕｎｄ砒ｉｏｎＣｌａｓｓｅｓ）标准是由国际协同工作联盟ＩＡＩ（ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＡｌｌｉａｎｃｅｆｏｒＩｎｔｅｒｏｐｅｒａ．ｂｉｌｉｔｙ）制定的国际建筑业工程数据交换标准，并且是唯一一个得到ＩＳＯ（国际标准化组织）认可的建筑信息标准。ＩＦＣ的目标是将ＣＡＤ以及非ＣＡＤ软件中在整个业界不断共享的信息应用到建筑生命周期中。

ＩＦＣ的原理是通过一定格式的数据信息，详细表述在一个建造的物体里（既包括真实的物体，如门、墙、扇；也包括抽象的概念，如空间、组织、信息交换、过程等）各种“事件”是如何发生的，将这些信息通过电子的形式表现出来。这就需要有一个特定数据结构支持的电子模型，能在多种软件中分享数据。由ＮＣＳ（美国国家ＣＡＤ标准）表达的２Ｄ图形是这个电子模型信息的一个子集。３ｏ

通过ＩＦＣ标准，建筑设计得到的“虚拟建筑”模型可以用于结构工程、ＨＶＡＣ、电力设备、管道消防、电梯系统、评估等各个专业。例如结构设计软件ＴｅｋｌａＳｔｒｕｃｔｕｒｅ、能量分析软件ＥｎｅｒｇｙＰｌｕｓ、模型检查软件Ｓｏ．１ｉｂｒｉ、评估软件Ｔｉｍｂｅｄｉｎｅ，ｓＰｒｅｃｉｓｉｏｎＥｓｔｉｍａｔｉｎｇ等，都可以通过ＩＦＣ文件格式工作。

在综合的以模型为基础的软件中，ＮＣＳ和ＩＦＣ分别代表“虚拟建筑”中的图形数据和模型数据，属于同一个设计过程。没有这些标准，“虚拟建筑”就不能成为一个通用的广泛的技术。在我国，２００４年“建筑业信息化关键技术研究”项目已经完成可行性论证工

图８ＩＦＣ数据交换

作，列入“十五”国家科技攻关计划作为重点项目组织实施。其中一个重要课题即为“基于国际标准ＩＦＣ的建筑设计及施工管理系统研究”Ｈｊ。

正是由于有了ＮＣＳ和ＩＦＣ两种数据标准为基础，虚拟建筑设计方法才有了强大的生命力和适应性。加上自身强大的功能和优势，虚拟建筑设计方法必将成为计算机辅助建筑设计（ＣＡＡＤ）的主流。

４小结与展望

在建筑领域中，１３新月异的计算机技术和信息技术不仅给设计的精度和深度带来了更高的要求，也提供了更加先进的工具和方法。在我国，随着计算机软硬件技术的迅猛发展，随着国内外建筑设计业越来越多的交流，国内许多建筑师、设计院已经越来越体会到２ＤＣＡＡＤ软件的不足，对３ＤＣＡＡＤ软件有了更多的认识和了解。如何充分利用发达的硬件技术，顺应ＣＡＡＤ（计算机辅助建筑设计）领域的发展趋势，采用国际上最先进的技术手段和软件工具，提升我国的建筑设计水平，推动整个建筑业生产力的提高，从而提高社会经济效益，已成为一个亟待解决的问题。

总的来说，３ＤＣＡＡＤ软件的应用是必然趋势。在３ＤＣＡＡＤ技术中，“虚拟建筑”设计方法是目前最先进、最成熟的计算机辅助建筑设计技术。“虚拟建筑”设计方法将成为计算机辅助建筑设计（ＣＡＡＤ）的主流，它解放了建筑师的创造力和想象力，带来了思维方式的转变！相信不久的将来，“虚拟建筑”设计方法将在我国建筑设计实践中得到日益广泛的应用！

参考文献：

［１］源清，肖文．ＣＡＤ技术发展历程概览［Ｊ］．计算机辅助设计与制造，１９９８，（１）：３—６．

［２］虚拟建筑［ＥＢ／ＯＬ］．ｗｗｗ．ａｒｃｈｉｅａｄ．ＣＩＩ（ＩｎｔｅｒｎｅｔＲｅ—ｓｏｕｒｃｅ）．

［３］ＤｉａｎｎｅＤａｖｉｓ，ＢＩＭ（ＢｕｉｌｄｉｎｇＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＭｏｄｅｌｉｎｇ）Ｕｐｄａｔｅ［ＥＢ／ＯＬ）．ＷＷＷ．ａｉａ．ｏｒｇ，ＡＩＡＡｒｔｉｃｌｅ，Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒ２００３（Ｉｎ－

ｔｅｍｅｔＲｅｓｏｕｒｃｅ）．

［４］“十五”国家科技攻关计划建筑业信息化关键技术研究

可行性报告［Ｒ］．建设部科技司，２００４．

计算机辅助建筑设计(CAAD)的发展趋势--虚拟建筑(Virtual

Building)设计将成为主流

作者：曾旭东， 赵昂， ZENG Xu-dong， ZHAO Ang

作者单位：重庆大学,建筑城规学院,重庆,400045

刊名：

重庆建筑大学学报

英文刊名：JOURNAL OF CHONGQING JIANZHU UNIVERSITY

年，卷(期)：2006,28(1)

被引用次数：6次

参考文献(4条)

1."十五"国家科技攻关计划建筑业信息化关键技术研究可行性报告 2004

2.Dianne Davis BIM (Building Information Modeling) Update 2003

3.虚拟建筑

4.源清;肖文CAD技术发展历程概览 1998(01)

引证文献(6条)

1.田峰使用BIM方法发展三维规划管理系统势在必行[期刊论文]-上海城市规划 2010(4)

2.贾宁.邢黎峰园林计算机辅助设计教学探讨[期刊论文]-现代农业科技 2010(8)

3.王文.马学强.刘弘分形几何在计算机辅助玻璃幕墙概念设计中的应用[期刊论文]-山东大学学报（理学版）2008(11)

4.安勇强.张谆谈信息技术对建筑业生产方式的影响[期刊论文]-科技信息 2008(19)

5.曾旭东.赵昂基于BIM技术的建筑节能设计应用研究[期刊论文]-重庆建筑大学学报 2006(2)

6.赵昂BIM技术在计算机辅助建筑设计中的应用初探[学位论文]硕士 2006

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/8d278626.html,/Periodical_cqjzdxxb200601006.aspx