《建筑與技術(shù)》第四講建筑設(shè)計媒介技術(shù)和模型

1、建筑設(shè)計媒介技術(shù)和模型建筑與技術(shù)第四講 建筑不同于繪畫和雕塑，后者更多地是藝術(shù)家自己完成的，而建筑的設(shè)計和建造不是個人能完成的。建筑作品是建筑師事先設(shè)計，制作 (施工) 隨后是由他人完成的。于是就有設(shè)計信息的表達(dá)和傳遞的問題。當(dāng)然建筑師也不能在創(chuàng)作過程中對作品有實物的感受和體驗，只能在頭腦中想象和在設(shè)計媒介中推敲。媒介 (medium / media)牛津字典: “表達(dá)的方法和手段” (by which something is expressed ) 表達(dá) (express) 通過語言、圖形、動作等方式使人理解某種感受、觀點等的行為。 ( something (to somebody) sh

2、ow or make known (a feeling, an opinion, etc.) by words, looks, actions, etc.) 建筑設(shè)計媒介（Architectural Design Media ADM ）: 語言、文字、圖形、符號、模型、技藝傳承 設(shè)計信息交流需要以“共同的知識背景”為前提。 美國著名的傳播學(xué)家拉斯韋爾提出了人與人之間信息傳遞的過程模式，并將信源，信宿，信息,媒介和效果作為信息傳遞過程的五大要素。后來 D.麥奎爾將這個過程做了以下表示：信源信息媒介信息信宿效果 信源發(fā)出的信息通過媒介傳送到信宿而能準(zhǔn)確地理解，取決于兩個因素：一是傳遞媒介，一是信源

3、和信宿的共同知識背景。語言與文字 語言是人類社會活動和信息交流的基礎(chǔ)，語言是有關(guān)聽覺感知的，是思維的符號和工具，而文字是標(biāo)記語言的視覺符號體系。語言和文字作為符號體系，通過約定俗成和習(xí)得而為群體使用。 語言和文字若形成“術(shù)語”，具有信息集成的特點，一個“術(shù)語”含有豐富的涵義，但對術(shù)語的涵義常常需要在一定的專業(yè)范圍內(nèi)加以“定義”，因而對“術(shù)語”的理解需要專業(yè)背景，需要通過學(xué)習(xí)來掌握。 文字媒介要借助書寫工具（后來發(fā)展為印刷術(shù)）和文字載體（泥版、紙草、竹簡、羊皮紙等，后來是紙）。men語言文字建筑工程設(shè)計文件編制深度規(guī)定建筑施工圖設(shè)計說明應(yīng)包括以下內(nèi)容（節(jié)選）：2、項目概況（名稱、地點、面積指標(biāo)、

4、設(shè)防等級等）；3、設(shè)計標(biāo)高（相對標(biāo)高與總圖絕對標(biāo)高的關(guān)系）；4、用料說明和室內(nèi)外裝修（可文字和圖注結(jié)合）；6、門窗表及門窗設(shè)計要求說明；（性能、用料、顏色等）7、幕墻工程及特殊的屋面工程的性能及制作要求；9、墻體及樓板預(yù)留孔洞需封堵時的封堵方式說明；10、其他表現(xiàn)原始埃及神廟的各種象形文字符號A.女神奈特祠堂 B.布托祠堂 C.上埃及祠堂 建筑中的術(shù)語媒介九脊頂即歇山頂，宋朝稱九脊殿、曹殿或廈兩頭造，清朝改今稱，又名九脊頂。為中國古建筑屋頂樣式之一，在規(guī)格上僅次于廡殿頂。歇山頂亦有傳入東亞其他地區(qū)，日本稱為入母屋造。一碼三箭直欞窗的一種，為明清宮殿的次要房屋（如庫、廚）常用，所用欞條為方形斷面

5、，同時在縱列的直欞的上、下部位各置3根橫條，故稱“一碼三箭”，也稱“一馬三槍”。 建筑術(shù)語的形成 從事建造工作的從業(yè)人員不斷增加，這些同行之間技術(shù)交流的需求也相應(yīng)大幅增加； 逐漸形成了以師徒關(guān)系聚集的作坊（這是建筑業(yè)由家庭、族群模式走向社會化的第一次重要發(fā)展），這種師徒關(guān)系使建筑設(shè)計和建造技藝傳承的信息表達(dá)需求也大幅增加。 因此，在原有語言、文字表達(dá)媒介基礎(chǔ)上以約定俗成的方式，形成了具有信息集成特征的建筑術(shù)語體系。建筑術(shù)語的影響 行業(yè)分工 具有高超建造技藝的“師父”成為集建筑設(shè)計、建造技術(shù)于一身的高級工匠大（主）匠，他們除了設(shè)計建筑外，還主要掌握建造工作的核心技術(shù)。 而“學(xué)徒”級的工匠逐漸的轉(zhuǎn)

6、變?yōu)閷ｉT從事特定工序的技術(shù)匠人。 大匠匠人古代建筑大匠的形像柳宗元在梓人傳中描述了梓人這樣一位“建筑大匠”： 委群材，會群工，或執(zhí)斧斤，或執(zhí)刀鋸，皆環(huán)立向之。梓人左持引，右執(zhí)杖，而中處焉。量棟宇之任，視木之能舉，揮其杖，曰“斧！”彼執(zhí)斧者奔而右；顧而指曰：“鋸！”彼執(zhí)鋸者趨而左。俄而，斤者斫，刀者削，皆視其色，俟其言，莫敢自斷者。其不勝任者，怒而退之，亦莫敢慍焉。畫宮于堵，盈尺而曲盡其制，計其毫厘而構(gòu)大廈，無進(jìn)退焉。既成，書于上棟曰：“某年、某月、某日、某建”。則其姓字也。凡執(zhí)用之工不在列。 法國作家司湯達(dá)（Stendhal）在其游歷意大利的筆記中，也為我們描繪了一些西方的“建筑大匠”形象：

7、我被介紹給幾個有幸從事于建筑的米蘭人士。我看到他們在腳手架上，好像指揮戰(zhàn)役的將軍一樣精神振奮。圖形與模型 圖形與模型具有多維性、整體性、形象性和直觀性的特征，圖形媒介本身是二維的，并可以對三維實體和空間進(jìn)行二維模擬表達(dá)。建筑模型媒介本身是三維的，可以對物體空間性直觀地加以展現(xiàn)。圖形與模型的直觀性容易達(dá)到受眾的普遍性和廣泛性。 圖形中的“符號”和“標(biāo)記”具有語言中“術(shù)語”的特點，其涵義也需要“定義”，理解也要求專業(yè)背景。 圖形媒介也要借助繪圖工具（繪圖筆、墨水、直尺、圓規(guī)等）和圖形載體（紙）。 在古巴比倫和埃及已有建筑圖，但是現(xiàn)有建筑的“記錄”還是事先的“設(shè)計”，還難以確定。公元前1410年 底

8、比斯 塞內(nèi)費爾墓中表現(xiàn)的花園景色 圖中右側(cè)為尼羅河或其運河；周圍設(shè)圍墻，面河開一大門；中央為大片葡萄園，周邊有四個規(guī)則的水池；樓房建筑位于左側(cè)。 刻劃在石板上的古羅馬的建筑平面圖，已有比例和方向，但是現(xiàn)狀的測繪圖，而非事先的設(shè)計圖。中國古代的城池圖，只是一種示意，但城墻的畫法已有視覺感。 中國漢代 畫像磚中描繪的庭院形象（左）及拓片（右） 畫像石中所見建筑，有廳堂，亭，樓，門樓，闕，橋等。其中泰半為極端程式化之圖案，然而階基，柱，枋，斗拱，欄桿，扶梯，門，窗，瓦飾等，亦均描畫無遺，且可略見當(dāng)時生活狀況。 其所予人對于當(dāng)時建筑之印象，實數(shù)明器及其它畫像石均忠實準(zhǔn)確也。選自梁思成全集 建筑中的模型

9、媒介2000B.C 古埃及 墓構(gòu)中出土的燒粘土房屋模型1410B.C 底比斯 104號墓出土的房屋模型甘肅武威出土的漢代陶樓明器 豫博出土的漢代明樓漢代陶樓明器 古代，建筑圖形是視覺感知的直接描繪，通常是已有建筑的“記錄”，作為后來建造的“仿本”。 而語言文字媒介，在傳遞建筑設(shè)計信息時，由于它是通過語言文字描述建筑，是“一維” (時間上) 的信息流，“信道”相對狹窄，對復(fù)雜的對象難以準(zhǔn)確描述，在傳遞過程中也易于缺失、誤讀和受到干擾。 為了改進(jìn)建筑信息表達(dá)的準(zhǔn)確性和便于記憶（這對不識字的工匠尤為重要），必然會總結(jié)形成一套定型化、術(shù)語化的標(biāo)準(zhǔn)體系和工藝范式體系作為建筑信息交流的平臺，才可能完成一定

10、規(guī)模的建筑設(shè)計和建造，這也就構(gòu)筑起中西方古典建筑中的總特點 模式化、傳承性和穩(wěn)定性。 古代建筑設(shè)計信息的傳遞，信源與信宿者的共同知識背景是“對象”。 宋營造法式西洋古典柱式（愛奧尼式） 清宮樣式雷的建筑圖 正因為古代設(shè)計媒介表達(dá)的粗糙性和傳遞的局限性，就要求建筑師具有“完人”特性和“匠人”特性，并形成建筑平面的簡單性與結(jié)構(gòu)構(gòu)造和技藝的復(fù)雜性、形式的模式化和持續(xù)性。宋營造法式圖1521 年古代建筑師的“完人”特性和“匠人”特性 “建筑師必須擅長文筆，熟悉繪圖，精通幾何學(xué)，深悉歷史，勤聽哲學(xué)，理解音樂，對于醫(yī)學(xué)亦非無知，通曉法律學(xué)家的論述，具有天文學(xué)的知識”。 維特魯威建筑十書（古羅馬） 最初，建

11、筑師直接在土地上畫出足尺輪廓草圖或在石頭上畫出側(cè)面輪廓圖來指導(dǎo)磚石工的工作,中世紀(jì)哥特教堂主要是由大匠 (master) 和工匠所形成的集體共同完成的,設(shè)計建造過程雖然有所分工，但建筑師沒有完全從建造活動中分離出來，建筑師往往精通建造的整個過程，這種密切的關(guān)系一直持續(xù)到文藝復(fù)興時期。圖形媒介的發(fā)展 對事物的認(rèn)知，圖形媒介比語言文字媒介更為形象、直接，而語言文字媒介比圖形媒介傳遞信息更加集約、便捷。但是，在古代，由于媒介介質(zhì)的昂貴和表達(dá)方法的稚嫩，圖形媒介的廣泛運用大大落后于語言文字媒介。 中世紀(jì)之后，建筑圖形媒介隨著中國造紙術(shù)的傳播和紙的大量運用，漸漸在實踐和理論中有了較大的發(fā)展。文藝復(fù)興時期

12、及之后的透視學(xué)、投影幾何、畫法幾何等方法的建立，更為圖形媒介的表達(dá)提供了有力手段。中世紀(jì)教堂的圖樣和現(xiàn)場的放樣透視學(xué)的產(chǎn)生 工業(yè)革命后，工程制圖規(guī)則的建立和藍(lán)圖復(fù)制技術(shù)的發(fā)明，進(jìn)一步推進(jìn)了設(shè)計建造過程中建筑制圖的大量運用。這時，共同的知識背景從“對象”變?yōu)椤耙?guī)則”（建立在投影幾何和畫法幾何基礎(chǔ)上的工程制圖規(guī)則）。 大一建筑設(shè)計作業(yè)建筑工程圖設(shè)計和建造的分工，建筑師與工程師的分工 麻省理工學(xué)院MIT建筑與規(guī)劃學(xué)院院長威廉米切爾 ( J. Mitchell) 提出一個答案就在問題中的問題： “到底是設(shè)計和建造分工以及社會需要促使建筑繪圖技術(shù)的發(fā)展，還是建筑繪圖技術(shù)的發(fā)展導(dǎo)致設(shè)計與建造分離?” 近代

13、：投影幾何和透視畫法，制圖標(biāo)準(zhǔn)和工程圖紙，圖紙復(fù)制 (藍(lán)圖) 技術(shù)，設(shè)計信息表達(dá)的精確性和傳遞的方便性，共同的知識背景是“規(guī)則”，建筑師和工程師的分工,設(shè)計和施工的分工，多種專業(yè)人員的合作和配合。 建筑形式的復(fù)雜化和多樣化。建筑形式的復(fù)雜化和多樣化。 建立在投影幾何基礎(chǔ)上以紙為介質(zhì)的二維工程圖紙，難以表達(dá)復(fù)雜的不規(guī)則的三維空間和形狀，且手工制圖效率低。 傳統(tǒng)建筑在簡單平面上有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和構(gòu)件，三維空間被實體的構(gòu)件占據(jù)后留下的“負(fù)型”空間形狀當(dāng)然也很復(fù)雜，這都是用工程圖法難以表達(dá)的。數(shù)字媒介 數(shù)字媒介是利用計算機(jī)對語言、圖形、模型等傳統(tǒng)媒介進(jìn)行數(shù)字化的表達(dá)方式，數(shù)字媒介在建筑設(shè)計建造過程中的

14、運用，稱之為建筑數(shù)字媒介。 在廣泛采用 CAAD 和其他數(shù)字媒介技術(shù)下，建筑數(shù)字媒介不僅完全達(dá)到和超越了傳統(tǒng)圖形和模型媒介對建筑空間及形式的表達(dá)能力和表達(dá)精度，而且第四代，第五代計算機(jī)正力圖使自己具有識別問題，理解問題,解決問題的能力。 最初計算機(jī)的目的只是為了計算， 1950 年誕生了第一臺計算機(jī)圖形顯示器， 1958 年，美國 CALCOMP 公司發(fā)展了滾筒式繪圖儀， GERBER 公司發(fā)展了平板繪圖儀； 50 年代末期，麻州理工學(xué)院第一次使用了具有反饋功能的圖像管顯示器，操作者可以用光筆在屏幕上指出被確定的目標(biāo)； 1962年MIT的伊萬 薩瑟蘭在計算機(jī)上實現(xiàn)了圖形的繪制。 此后，圖形的輸

15、入和輸出技術(shù)和設(shè)備有了很大的發(fā)展。光筆、操縱桿、軌跡球、鍵盤、鼠標(biāo)、數(shù)字化儀等定位、拾取裝置成為交互式計算機(jī)圖形必不可少的輸入設(shè)備，顯示器和打印機(jī)等成為計算機(jī)圖形的輸出必要設(shè)備。 DigibotIII 掃描儀 CAAD （計算機(jī)輔助建筑設(shè)計）的發(fā)展 從 20 世紀(jì) 50 年代末開始，隨著計算機(jī)小型化,集成化和運算能力的提高，在CAD基礎(chǔ)上二次開發(fā)的 CAAD也漸有發(fā)展，但終因其圖形能力有限和系統(tǒng)設(shè)備及維護(hù)費用昂貴而不能普及。 80 年代初，異軍突起的PC個人計算機(jī)對計算機(jī)的普及極具意義。此后，許多公司開發(fā)了處理二維,三維圖形的CAD，并得到有關(guān)圖形設(shè)計行業(yè)的認(rèn)同， AutoCAD 對操作系統(tǒng)的

16、一些低版本就是這時期CAD代表。直到 80 年代中期， CAAD 才真正成為建筑師的一種設(shè)計工具。 90年代，隨著計算機(jī)硬件水平的節(jié)節(jié)攀高，CAD版本的不斷升級，CAAD也更加適合于建筑設(shè)計過程對圖形表達(dá)的要求，設(shè)計人員最終甩掉了圖板。CAAD發(fā)展迅猛, 工程圖繪制已取消了圖板。計算機(jī)圖形的發(fā)展大致可分為四個階段：(1)二維圖形階段 CAD早期的圖形都是二維的其功能是繪制并顯示基本的平面圖形，如直線，圓弧,二次曲線等等，并可對二維圖形進(jìn)行圖形變換及裁剪等操作。(2)三維線框圖階段 CAD早期描述三維物體一般用頂點，邊界線及面來表達(dá)三維物體其數(shù)據(jù)量小,繪圖效率高，但不能進(jìn)行復(fù)雜的形體幾何運算。(

17、3)三維立體造型及一般曲面構(gòu)造階段 利用結(jié)構(gòu)立體幾何及拓?fù)湫畔順?gòu)造，描述三維物體，使CAD對三維物體的設(shè)計表達(dá)更加真實，建構(gòu)后的三維物體可以通過布爾運算來得到更為復(fù)雜的實體，并可以通過光線跟蹤技術(shù)顯示成為具有灰度和陰影的二維圖形,圖像。 計算機(jī)對常規(guī)曲面的描述，通過直線、曲線沿一定路徑的平移或旋轉(zhuǎn)而獲得，對復(fù)雜曲線曲面的描述常常簡化為折線和三角平面而進(jìn)行。(4)復(fù)雜曲線曲面階段 將微分幾何學(xué)運用到計算機(jī)中，拓展了對曲線曲面的描述方法目前， NURBS 技術(shù)是計算機(jī)曲線曲面設(shè)計和數(shù)據(jù)格式的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在 NURBS 技術(shù)中，少量控制點就能對復(fù)雜的曲線曲面進(jìn)行描述，通過對少量控制點的操作就能完成對

18、復(fù)雜的曲線曲面的編輯。這樣的表面造型能力，在傳統(tǒng)圖形媒介下是難以想象和完成的。計算機(jī)具有復(fù)雜三維空間和形體的造型和表達(dá)能力。美國建筑師蓋里設(shè)計的西班牙比爾巴鄂的古根漢姆美術(shù)館建筑表現(xiàn)從計算機(jī)渲染圖、三維動畫，到虛擬現(xiàn)實 到20世紀(jì)末，各類數(shù)字化的設(shè)計信息基本上仍然只是傳統(tǒng)圖紙媒介成果的電子對應(yīng)物，設(shè)計人員仍然按照以往的建筑制圖規(guī)范和規(guī)則，以屏幕代替圖板和紙，用鍵盤和鼠標(biāo)代替繪圖筆，繪制著和以往并沒有什么差別的設(shè)計圖各個設(shè)計階段，出于各種要求與目的生成設(shè)計數(shù)字信息仍然是割裂的（如平，立，剖面圖形與材料、做法的文字和數(shù)據(jù)并沒有鏈接），簡單地服務(wù)于單一對象和工程階段（如給業(yè)主看的渲染圖、動畫，各專業(yè)

19、設(shè)計間的信息交互，交給施工單位的工程圖紙等）。不難發(fā)現(xiàn)，計算機(jī)，數(shù)據(jù)庫和網(wǎng)絡(luò)等數(shù)字化媒介所特有的高效性、交互性、集成性、海量存儲、遠(yuǎn)程傳輸?shù)人哂械木薮鬂摿Γ€遠(yuǎn)未充分發(fā)揮，建筑設(shè)計信息系統(tǒng)尚未發(fā)生與計算機(jī)和信息技術(shù)相匹配的根本性變革。計算機(jī)集成建筑系統(tǒng)（ Computer Integrated Building System CIBS）的構(gòu)想 秦佑國 建筑學(xué)報 2003年 在建筑領(lǐng)域，總體上數(shù)字化技術(shù)對建筑的設(shè)計、建造和管理的滲透和影響所應(yīng)該和將要發(fā)生的根本性和整體性變化，尚未得到系統(tǒng)的研究。如果以建筑信息及其載體為主線，將建筑設(shè)計、建筑施工建造、建筑產(chǎn)品制造、建筑運營管理貫穿起來，做一個整

20、體性系統(tǒng)性（而不是分散割裂的）歷史回顧和現(xiàn)狀分析就會發(fā)現(xiàn)存在的亟待解決的問題。四個子系統(tǒng)： 計算機(jī)集成建筑信息系統(tǒng) CIBIS Computer Integrated Building Information System 計算機(jī)集成建筑建造系統(tǒng) CIBCS Computer Integrated Building Construction System 計算機(jī)集成建筑制造系統(tǒng) CIBMS Computer Integrated Building Manufacture System 計算機(jī)集成建筑管理系統(tǒng) CIBAS Computer Integrated Building Administration System 虛擬建造 建筑師利用計算機(jī)模擬的三維建筑材料、部件去搭建所設(shè)計的建筑。在模擬建造的同時，計算機(jī)可以按要求輸出建筑的虛擬場景(動態(tài)及靜態(tài)效果)，及建筑的平、立、剖面等工程圖紙。并且，在建筑搭建完成后，能對建筑所用的材料做一個統(tǒng)計及造價估算，等等。 計算機(jī)建筑造型的兩種途徑 傳統(tǒng)建筑在簡單平面上有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)構(gòu)造和構(gòu)件，三維空間被實體的構(gòu)件占據(jù)后留下的“負(fù)型”空間形狀很是復(fù)雜。若用計算機(jī)來表達(dá)和生成傳統(tǒng)建筑造型，往往可走“搭建”的途徑，和傳