淺談數字化時代對建筑設計的阻礙

17/17數字化時代對建筑設計的阻礙摘要：數字化時代為建筑設計帶來了前所未有的新技術。本文以技術手段為切入點，通過虛擬現實技術、智能科技、數據庫以及計算機網絡三個方面來闡釋數字化技術對建筑設計進展及其行為的阻礙，對建筑形式及空間結構的改變，對人們工作和生活的方式的改變等。數字化技術只是建筑設計的手段，建筑設計不應該陷入“工具主義”的泥潭，形式之外，建筑內涵才是更為重要的因素。

關鍵詞：數字化時代；虛擬現實；智能建筑；網絡

人類社會差不多步入數字化的時代，電子技術和數字化媒體的興起與普及阻礙著人類社會的方方面面。而20世紀末數字化技術的進展和成就構成了建筑及其設計現狀賴以存在的重要背景，推動了建筑在設計、建筑和治理等各方面的進展，并使其大為改觀。尼葛洛龐帝在《數字化生存》一書中，充分展示了數字化科技對我們生活、工作、教育和娛樂帶來的各種沖擊，由此，“數字化”一詞，儼然成為了信息時代最重要的象征?！皵底只夹g”是泛指將信息對象轉化成數字信號，通過電腦存儲、處理，由計算機網絡進行傳輸的諸多軟硬件技術。其中，虛擬現實技術、智能科技、大型數據庫系統以及計算機網絡關于建筑設計的初期構思、設計方案的優(yōu)化和施工治理等方面都發(fā)揮著巨大的作用。

1虛擬現實技術

1.1“虛擬現實”技術的產生與定義

早在20世紀50年代，電子技術還處于以真空電子管為基礎的時候，美國的MortonHeilig就成功地利用電影技術，通過“輪廓體驗”讓觀眾經歷了一次沿著麥哈頓的想象之旅，虛擬現實技術進入探究時期。直到20世紀80年代初，美國VRL公司的創(chuàng)始人JaronLanier正式提出了“virtualreality”——“虛擬現實”一詞。

虛擬現實技術是指以計算機技術為核心的現代高科技生成逼確實視、聽、觸覺等一體化的虛擬環(huán)境，用戶能夠借助各種專門的硬件設備（如空間位置跟蹤器、數據手套、力反饋設備等）與虛擬環(huán)境中的物體進行交互，從而產生身臨其境的感受和體驗。虛擬現實技術所虛擬的環(huán)境能夠是真實世界的再現，如真實建筑物的虛擬創(chuàng)建；也能夠是純粹構想的虛擬世界，如三維動畫中的建筑及環(huán)境。

1.2“虛擬現實”技術的特征

虛擬現實技術的特征要緊表現在三個方面：沉醉性（Immersion）、交互性（Interactivity）和想象性(Imagination)。虛擬現實的沉醉性是指使用戶感受到看起來完全置身于虛擬世界之中一樣，它來源于對虛擬世界的多感知性，這包括視覺感知、聽覺感知、觸覺感知、嗅覺感知、軀體感知等所有人在現實客觀世界中具有的感知功能。交互性是指虛擬現實系統強調人與虛擬世界之間進行自然的交互方式，并實時產生在真實世界中一樣的感知，由此觀看個人對環(huán)境的操縱和反饋及環(huán)境發(fā)生的相應變化。而想象性是指虛擬現實技術可依照設計者的想象進行設計與仿真，使人類突破時刻與空間，經歷或體驗世界上早已發(fā)生或尚未發(fā)生的事件；也可忽略客觀存在的困難和局限，完成難以完成的情況。

1.3“虛擬現實”技術在建筑領域中的應用

數字化技術日新月異，使得三維電子模型在建筑表現方面的運用差不多不再陌生。隨處可見的電腦渲染表現圖和多媒體動畫早已讓人們領會到數字化表現媒介的無窮魅力?，F在，超寫實的電腦透視效果在專門大程度上差不多取代了傳統水彩、油墨等創(chuàng)作的圖畫，大多數的設計單位更傾向于將數字化工具用于制作效果表現圖呈獻給客戶。不管是在設計概念分析和空間表達方面，數字化的虛擬表現確實展示了令人信服的結果。虛擬現實技術打破了專業(yè)化和非專業(yè)化之間的溝通障礙，是數字化的交流媒介，同時也為多學科、多專業(yè)信息的兼容帶來了交叉合作。

虛擬電子模型所表現的并不僅僅是幾何形狀構成的視覺因素，還拓展到三維空間以外的光照條件、材料質感、聲場音效、能源利用等方面。光影效果和材料質感極大地阻礙著空間的視覺沖擊力，通過對光線陰影運動的模擬，能夠觀看到一天內光環(huán)境的變化；場地音效的模擬能夠探究不同方位的聲音效果，從而發(fā)覺和解決設計中出現的聲響問題，也能夠依此來調節(jié)房間內部空間的尺度；通過對建筑物內部及其與其他建筑物之間的溫度、濕度和氣流變化狀況的仿真，考量熱傳導和自然通風中能源效率的應用，從而指導建筑中開放空間及房間比例的設計。例如，國家體育場——“鳥巢”（圖1-2）在設計中對熱舒適度和風舒適度進行研究時，就采納了流體力學（CFD）模擬手段進行模擬分析，對自然通風氣流組織進行評價，并依照結果提出對現有設計是否調整或調整建議（如調整吊頂分塊間隙寬度、通風口的數量位置等）。

作為設計與表現的媒介和工具，數字化虛擬技術不斷激發(fā)人們的想象力，使復雜的建筑形式及建筑成為現實，其結構形式及組織構件都依靠于計算機迅速而精準的運算能力。近些年我國在這方面的實例也有專門多，如扎哈·哈迪德的廣州歌劇院（圖3）、庫哈斯的央視辦公大樓、安德魯的國家大劇院（如圖4）、“鳥巢”、“水立方”等一系列的建筑設計創(chuàng)作，都與數字化技術息息相關，才使得建筑師的奇思妙想得以真正的實現。建筑師在建筑設計的實踐中，數字化的虛擬技術能夠關心建筑師將創(chuàng)作理念轉化為物理現實，通過建筑模型表現設計結果，變“不可能”為可能；也能夠成為建筑師建立設計概念的起點，在虛擬環(huán)境中生成概念，在模型推敲中進行創(chuàng)作與再創(chuàng)作。弗蘭克·蓋里是數字化建筑創(chuàng)作的典型代表，他設計的西班牙畢爾巴赫古根海姆博物館（圖5）就采納了這種技術，其全部設計建立在150萬個電腦模型基礎上，被視為是數字時代建筑的里程碑。在F·蓋里早期的項目中，數字化手段只是作為高級建模工具層面的應用，計算機只在他天馬行空的設計進展完備以后才介入?，F在計算機在設計過程模型時期就提早介入，作為設計思維層面的應用被納入整個設計過程，在初期就用CATIA軟件（在“鳥巢”設計中被采納，在我國建筑行業(yè)屬首例）撲捉出曲面形態(tài)，軟件往往帶給他意想不到的結果，F·蓋里及時對每個過程及其結果進行反饋、操縱、篩選與決策，逐步形成最后的建筑作品。2智能技術

2.1智能建筑的興起及定義

數字化對建筑的阻礙除了數字化虛擬空間與實體建筑的結合，還應包括數字化技術支持下建筑智能環(huán)境的制造。1984年，美國康涅狄格州的哈特福德市采納計算機技術對一幢舊金融大廈進行改造，對大樓內的空調、電梯、照明等設備進行監(jiān)控，并提供語音通信、電子郵件和情報資料等方面的信息化服務，建成了“都市廣場”——世界公認的第一座智能大廈。此后，智能建筑以一種嶄新的面貌和技術迅速在世界各地展開，領先的范例包括日本東芝總部大廈（1984）、日本電報電話雙塔樓（1986）、倫敦的Lloyds大廈（1994）、香港銀行總部大廈（1995）。據2004年的數據統計，我國大陸地區(qū)共有不低于4500幢智能大廈，這包括北京進展大廈、上海金茂大廈、深圳地王大廈、南京金鷹國際商城等。2008年奧運體育場館更是當今世界智能建筑的杰出代表。

美國智能建筑學會（AIBI）對“智能建筑”的定義是將結構、系統、服務、運營及其相互聯系全面綜合，并達到最佳組合，所獲得的高效率、高功能與高舒適的建筑。與這種抽象的描述相比，建筑的智能化系統更像是建筑的“神經系統”，它將數字化技術所特有的性能帶入僵硬的建筑中，對棲居其中的人作出合適的反應，不僅僅局限于傳統概念上的消防、保安、空調，以及照明系統，而是擴展到幾乎所有的部分，滿足人們各個方面不同的需求，提供人們更多的選擇。

2.2智能建筑的系統構成

智能建筑的智能環(huán)境無不以數字化信息技術為基礎，其要緊由三個方面的自動化構成，即建筑設備自動化系統BAS(BuildingAutomationSystem)、辦公自動化系統OAS(OfficeAutomationSystem)、通訊自動化系統CAS(CommunicationAutomationSystem)，每個系統中還有許多不同的子系統，由系統集成中心（SIC）利用綜合布線系統（PDS）進行連接和操縱，如表1所示。

2.3智能技術在建筑設計的阻礙

智能建筑的進展差不多并將接著呈現出多樣化的特征，從單幢大樓到成片的建筑廣場，大到摩天大廈，小到家庭住宅，從集中布局的樓宇到規(guī)劃分散的居民小區(qū)，均屬于智能建筑的范疇。建筑的智能環(huán)境不再局限于辦公類大廈，而是像公寓、酒店、商場、醫(yī)院、學校等建筑種類擴展。而成片開發(fā)的建筑智能廣場還擁有系統更大、結構更復雜的集成治理系統（IBMS）,能對智能廣場中所有的樓宇進行全面和綜合的治理。不僅大型的公共建筑擁有舒適、高效的智能環(huán)境，數字化的智能技術在家庭環(huán)境中也得到了更為人性化的進展，它能夠擴展到住宅內任何帶有電子開關的東西，除了包括水電、暖通、安全警戒、聲像聯絡、電話通訊、門窗構件等，還延伸至從動作和溫度感應到生物傳感器的諸多電子化設備。臺灣首座高科技總管、智能型住宅“似水年華”，就能夠通過玄關的系統操縱面板，依據當時的溫度或心情自動操縱室內的冷氣、燈光、窗簾，還能夠呼叫電梯；到洗浴室洗浴時，秀出個人芯片卡，浴室就會自動播放自己喜愛的影音節(jié)目，測量體重的精確值則能夠在鏡面上顯示，而非體重計。美國麻生理工曾經研究的“聰慧屋”住宅，在暴風雨來臨時能夠自我愛護和修復，建筑墻壁能夠自動過濾汽車鳴笛的噪聲，而接收鳥鳴和雨聲。

進入21世紀，智能建筑技術中的信息網絡技術、操縱網絡技術、智能卡技術、可視化技術、流淌辦公技術、家庭智能化技術、無線局域網技術、數據衛(wèi)星通訊技術、雙向電視傳輸技術等，都得到了更加廣泛而具體的進展和應用。但與此同時，智能環(huán)境中網絡化計算機和多媒體設備的普遍應用也為建筑師的設計工作增加了更大的復雜性。建筑師不但要了解計算機通信及多媒體環(huán)境的設計含義，更要在建筑設計的方案時期就考慮到自動化設備機房的布局，弱電豎井的配置，吊頂、架空地板需要的層高等，對整個空間做出打算和部署。無形的數字信息和網絡技術將會促進多元、層級的無線智能場所空間的形成，從而引起建筑布局從形式到內容的巨大變化。例如，通過智能技術在家可做的工作越來越多，家庭空間相應需要不斷地增多增大，甚或進展成為家庭辦公的SOHO形式。

在數字化信息技術的高速進展下，智能建筑比傳統建筑在能源效率方面具有無可比擬的優(yōu)勢。然而，智能建筑在關注效率和功能的同時，進展人居環(huán)境與生態(tài)環(huán)境的和諧才是最為核心的目標。數字化的智能技術只是一種途徑與方法，可持續(xù)進展的戰(zhàn)略對智能建筑的設計與內容提出了新的方向，即綠色建筑。數字化技術與材料資源和損耗有著緊密的關系，建筑設計應為操縱物質白費和能源消耗提供解決方案，查找和研究新的材料和結構系統以適應信息環(huán)境所應有的功能。因此，新興的生態(tài)學、生物工程學、生物電子學、仿生學、生物氣候學和新材料學等科學技術都會逐步滲透到建筑智能化的多學科多技術領域中，實現真正的建筑與人和自然的和諧進展?！靶虏牧?、新結構、新技術”的應用在2008奧運體育場館的設計和建筑中得到了充分的體現。

例如，我國國家游泳中心——“水立方”確實是響應了“綠色奧運”的理念，其設計綜合展示了人文、科技與綠色的結合。國家游泳中心自由的結構形式和ETFE氣泡外墻是整個建筑的亮點(圖6)。其結構設計的靈感來源與Kelvin的“泡沫理論”，將水泡的結構放大到建筑結構的尺度，這種結構模型普遍的存在于自然界，如細胞組織單元的差不多排列形式和水晶礦物結構等，但被用于建筑結構模型還屬首次。而ETFE（四氟乙烯）膜材料的應用就更加充分體現了綠色和科技的主題，這種材料的選用不僅大大減低了屋頂和外墻的重量，而且成本合理、熱學性能高、透光性強，具有良好的阻燃性和自熄性，其表面附著力及微小，對灰塵、污水的自潔性能遠遠大于玻璃，在北京的專門氣候下，無疑是最為理想的透明半透明材料。ETFE還在國家體育場-“鳥巢”的屋頂圍護結構中作為防雨層，在一個建筑中如此大面積的應用單層ETFE膜結構，在世界上也依舊首例。(圖7)

3數據庫系統和網絡技術對建筑設計的支持

3.1數據庫治理系統和網絡技術的組成

數據庫是按照數據結構來組織、存儲和治理數據的集合。而數據庫治理系統(databasemanagementsystem)則是一種操縱和治理數據庫的軟件應用程序，用于建立、使用和維護數據庫，簡稱DBMS。它對數據庫進行統一的治理和操縱，以保證數據庫的安全性和完整性。數據庫治理系統可分為廣泛的兩種類型：前臺工具和后臺工具。前臺工具是指用于與現有客戶或潛在客戶進行直接交流的系統，包括宣傳手冊、提案簡報、網絡站點等；后臺工具則包括制造和治理前臺使用的交流信息的系統工具，要緊確實是數據庫治理、單位內部的局域網絡等。

計算機網絡把分布在不同地點且具有獨立功能的多個計算機，通過通信設備和線路連接起來，在功能完善的網絡軟件運行下，實現網絡中資源的共享。計算機網絡分為局域網、廣域網和將局域網、廣域網通過一定協議組成的國際互聯網絡。

3.2數據庫治理系統和網絡技術在建筑設計中的應用

數據庫系統和網絡技術在“虛擬現實技術”以及“智能技術”中都起到至關重要的作用。在虛擬現實系統中，數據庫存放著整個虛擬世界中所有物體各個方面的信息和大量物體的模型。通過網絡，將位于不同物理位置的多個用戶或虛擬世界相聯結，形成分布式虛擬現實系統（DVR,DistributeVR），使不同用戶同時參與到一個虛擬空間，進行交互，共同體驗虛擬經歷，以達到協同工作的目的。在智能建筑中，網絡業(yè)務也差不多成為用戶最為經常的行為，從早期的通信（E-mail、BBS）到后來的資源共享、網上銀行服務、網上電視IP\IT、多媒體信息查詢、遠程醫(yī)療、遠程教學、視訊會議、視頻點播等。關于設計單位而言，不管是設計院依舊設計公司，都涉及內部人事治理和外部項目治理，以及介于兩者之間的資料信息治理，三者協同運作，缺一不可。這些任務都適于使用數據庫治理系統完成。數據庫中所關聯的信息儲存和操作能夠包括項目歷史、設計人員的個人資料、圖片資料庫以及商業(yè)洽談聯系的追蹤記錄等等。對設計人員來講，設計資料數據庫的建立為他們提供了方便、完備的設計背景，使他們不必再將額外的時刻過多地花費在前期預備時期，從而更快地進入角色。而設計單位的行銷也越來越依靠于計算機以確定市場客戶，通過網絡，公司可在預備介入某項設計競標的工作時，方便地獵取目標客戶的相關信息及該項目所涉及的內容進行背景研究。設計單位也能夠建立自己的網絡站點展示單位的要緊設計作品和正在開展的項目，甚至企業(yè)形象。而客戶能夠從任何地點找到涉及公司的信息，同設計者進行實時、在線的聯系。假如講數據庫治理系統是一個設計單位內部充分利用數字化手段，實現資源共享、優(yōu)化治理的系統，那么，網絡的介入則為那個系統提供了開放的行銷機會，使它真正融入到寬敞無邊的信息社會中。

設計單位局域網的建立為設計團體帶來了新型高效的合作方式，實時交流的合作加強了不同專業(yè)部門的同時協作。例如，設計人員和結構人員在不同時刻、不同地點對圖紙?zhí)岢龅男薷囊庖姸寄軌蛲降丶皶r反映在對方的電腦屏幕上，而非像傳統的流水作業(yè)必須一步一步，任何一項逆序反復的改動都會提高預算，降低效率。而廣域網和互聯網的普及，為更大范圍的設計合作和交流提供了更寬敞的平臺，使得建筑師能夠隨時關注當前的設計動態(tài)，并保持與業(yè)主、材料供應商等之間的良好溝通，甚至是與其他建筑師進行遠程合作。

另外值得一提的是，數字化技術的進展為設計者和使用者的角色融合提供了可能性。新興的虛擬網絡社區(qū)在更好地表達設計者意圖的同時，為公眾參與設計進展出一種新的方式——自助式設計。專業(yè)人員建立的案例樣板庫能夠讓客戶依照自己的需要在方案構思時期就參與決策，提出自己的方法和意見。這種參與于設計人員來講，有助于他們對建筑生命周期的深入參與和滲透把握，而于設計本身，它爭取了最大范圍的主動參與，將人文關懷、社會民主與公共立意給予了更多現實意義。

4對數字化時代的建筑設計的反思

數字化時代的新技術為建筑設計帶來了諸多新的可能，為建筑師在形式創(chuàng)新方面提供了更自由的選擇，使“復雜”不再成為令人望洋興嘆的畏途。在數字化技術阻礙下，建筑材料形態(tài)與特性的變化使得建筑形式“無所不能”，但在某種程度上，這種“無所不能”使設計陷入一種“數字化工具主義”的誤區(qū)，過分關注形式本身，為追求表面化的新形式而制造新形式，造成所謂的“數位皮層”與建筑脫節(jié)。如許多曲面古怪、造型夸張而設計簡陋的建筑以“數字化建筑”自居，注重單純、孤立、靜態(tài)的細部和材料的物質屬性，缺乏與技術體系、建構工藝、社會文化相互關聯的綜合性系統考慮。

另外，數字化信息時代的無限復制導致建筑本體價值的貶值，建筑意義的缺失以及地域文化藝術的缺失，獨一無二的“形象”向許多“類象”分解轉化，甚至看到一幢建筑就能夠明白它在設計過程中所采納的軟件。新的數字軟件通過簡便易行的復制手段和可調參數的靈活性，將復雜部件的大量使用大大簡化的同時，也不可幸免地在采納此類手段的設計對象身上打下了自己的烙印——所謂的“低強度美感”和“高資訊內涵”。我們應該認識到，新技術所帶來的可能性并不是帶來對“形式拓展”的趨之