计算机辅助设计在建筑结构设计中的多样应用

计算机辅助设计在建筑结构设计中的多样应用

陈琳

武汉轻工建筑设计有限公司  湖北武汉  430000

摘要：随着我国经济水平的不断提高，很多地区已开始建设各类全新的建筑项目，人们对建筑内部的整体设计和建筑功能提出了更多新的要求。在经济、文化、科技等众多因素合力的推动下，计算机技术已不再是一种单一状态下使用、以计算功能为核心的技术，而是在建筑空间设计、建筑结构设计、景观营造、道路工程施工等各种操作领域及应用场景中提供“辅助价值”的技术。以ChatGPT为例，其作为一种基于深度学习的自然语言处理技术，应用于建筑结构设计领域，可为建筑师、设计师和工程师提供智能化的设计建议，协助设计出更加符合人类需求的建筑；可为工程管理者提供智能化的建议和意见，例如通过预测材料需求和人力资源需求等，提高施工效率和质量；可提供智能化的安全措施，例如通过数据分析和机器学习等技术来识别风险和危险因素，提高建筑工程的安全性；可为维护人员提供智能化的维护方案，例如提供关于维修周期和维修材料等方面的建议。基于这一思路，诞生了许多专门应用于建筑工程领域的计算机技术理论、软件产品及实体设备，如BIM技术、CAD软件、三维数字动画平台、虚拟现实界面等，为建筑结构设计参数化发展提供了助力。但就计算机辅助设计在建筑结构设计中的多样应用而言，还有待进一步梳理。

关键词：计算机；辅助设计；结构设计

引言

建筑结构设计是工程项目施工建设的重要前提。建筑结构设计不仅需要考虑结构材料性能与承载力之间的关系，还需要确保建筑空间中的采光、通风等与工程实际环境相符合。概念设计作为建筑结构设计中的重要设计方法，其将设计概念作为建筑结构设计主线，贯穿整个建筑设计过程，可以更好地体现出设计人员的设计意图。当前关于建筑结构设计的研究较多，但针对概念设计的内容研究较少，因此，对建筑结构设计中应用的概念设计情况进行分析，对于促进建筑行业的发展具有重要意义。

1强调了计算机技术在建筑设计中的广泛应用

计算机技术可以改善以往的结构设计方法，使设计师更容易探索设计空间。究其原因，计算机技术可以在较短的时间进行精确的计算，根据设置的约束参数或算法，通过计算可以给出较好的结构形式，并提出更优化的设计解决方案。例如，云洞图书馆建筑采用CNC模板进行混凝土整体浇筑，局部异形复杂结构采用3D打印模板进行浇筑，这样可以解决曲面混凝土墙面施工的精度难题，同时也让建筑的楼板、墙体、天花、结构等浑然一体；由单层网壳、双层网壳、折梁结构等多种形式的钢结构组成的哈尔滨大剧院借助计算机辅助技术在混凝土结构上构建而成；卡塔尔AJ Janoub体育场的三角帆船的外壳的性能在被动式设计、计算机建模和风洞测试地运用下得到较大提升；灵感来源于当地标志性的鲟鱼形体的Atyrau Bridge，运用计算机技术，并且采用了计算机技术中常见的设计思路，将多个单元体进行了渐变映射，在满足场所功能的前提下，将科技的美感体现的淋漓尽致，将桥体的线条设计的舒展且柔美。

2在建筑结构设计中应用BIM技术的难点

BIM技术在现代建筑设计中得到了广泛应用，并在建筑设计方案的优化和升级中发挥了重要作用。BIM技术的应用主要是通过建立三维模型来完成工程项目的设计活动。在这一过程中，首先，要根据建筑的特点和各项具体参数来完成模型的构建。然后，利信息技术将建筑的各项参数输入信息处理系统。最后，由信息处理系统内的数据分析模块对相关数据进行分析并反馈，形成能够随时进行修改和变更的动态化工程设计图纸和工程项目的三维模型。在三维模型中，实现了设计图纸与工程项目结构分析活动之间的有机结合，为优化项目设计方案提供了依据。但是，BIM技术在实际应用过程中还存在一些问题。由于施工中所用的各种材料的性能差异较大，建筑结构横截面也有其特性，对项目整体的设计和结构都有一定的影响。在构建三维模型时，如果没有把握好建筑的特性，就会导致相关数据出现错误，从而使绘制出来的三维结构和设计方案存在一定的安全性问题。因此，为了解决这个问题，设计人员在设计时必须充分考虑到各种材料的特性来完成设计方案的制定，从而更好地提升项目整体设计的科学性。

3计算机辅助设计在建筑结构设计中的具体应用价值

该书提供的案例非常丰富，整体上可划分为室内案例与室外案例两种类型，室内案例如“床头柜绘制”“浴缸绘制”“窗户绘制”“会议桌绘制”等，外案例如“多层住宅设计”“楼梯间设计”“图书馆台阶设计”等，集中展示了计算机辅助技术的可视化、参数化、模拟等价值，为读者了解计算机辅助技术在建筑结构设计中的应用价值提供了文本参考。例如掌握好图层管理的具体操作，可更好地控制图形的颜色、样式、透明度等，继而有利于后续更加快速地选择和修改图形元素；学会标准化布局，可让建筑结构设计的绘图者在绘制过程中更轻松地编辑和修改图形，学会一致字体、颜色和单位的设置，可以其更容易地识别和修改图形；使用标注可以让建筑结构设计平面图或三维图的绘制者更轻松地添加和管理注释和标注，继而更快地完成绘图任务。再如，学会使用计算机辅助技术中的设计中心和资源浏览器，可让绘图者更加轻松地访问和使用外部资源，获取绘图所需要的相关元素；掌握计算机辅助技术中的脚本、宏等自动化工具，可实现自动化绘图，提高绘图效率。

3.1便于优化设计方案

应用BIM技术可高效完成设计方案的修改。在传统CAD模式下，若要对设计进行局部的修改，需要对多个图纸、多个专业，甚至整个设计方案进行大量重复性修改，修改工作量大，且效率低下。应用BIM技术进行设计修改的便利性主要体现在两个方面：一方面，利用BIM相关软件可对存储有几何、规格、物理、位置信息的建筑结构模型（或与其他专业模型），进行碰撞检测与合规（范）性分析，找出设计不合理之处，自动提示并纠正修改，大幅降低设计图纸的错误，使得设计方案更加合理，显著提升设计方案的质量。另一方面，BIM技术采用参数化的建模方式，信息模型中的对象是可识别且相互关联的，在利用BIM技术进行修改时，只需对BIM模型中对应错误或需要变动部分进行局部修改，简单的更新操作，即可完成全部更新修改，其对应的图纸、统计表格等数据与信息也可自动完成更新，极大地减少了重复性的更新与修改工作，效率大大提升。

3.2抗震设计优化

通常情况下，对于建筑结构的设计，应重点考虑结构抗力对建筑整体稳定性的影响。根据结构设计的要求，为提升抗力，需提高建筑的混凝土等级和配筋量，尽管这种方式能够满足建筑结构的质量要求，但对于建筑结构的抗震设计会产生较为显著的影响。通常情况下，设计人员需根据建筑初定的结构尺寸以及混凝土等级，计算建筑结构刚度，然后根据结果来计算地震力和配筋量。这样虽然能够提高建筑结构设计质量，但也增加了发生地震时可能对建筑结构产生影响的概率。

结语

《计算机辅助建筑设计》在一定程度上论证了“计算机技术+建筑结构设计”的应用可行性，阐明了计算机辅助技术在建筑结构设计中的具体应用与实际操作，具有一定实用价值，既适用于环境艺术、室内设计、建筑设计等专业人士，也可以作为建筑工程相关专业的教材。

参考文献

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[2]孙启.概念设计对建筑结构设计质量的作用分析[J].房地产世界，2022（1）：92-93.

[3]李宁.概念设计在建筑结构设计中的应用分析[J].工程技术研究，2021，6（15）：220-221.