《建筑与技术》第四讲建筑设计媒介技术和模型

1、建筑设计媒介技术和模型建筑与技术第四讲 建筑不同于绘画和雕塑，后者更多地是艺术家自己完成的，而建筑的设计和建造不是个人能完成的。建筑作品是建筑师事先设计，制作 (施工) 随后是由他人完成的。于是就有设计信息的表达和传递的问题。当然建筑师也不能在创作过程中对作品有实物的感受和体验，只能在头脑中想象和在设计媒介中推敲。媒介 (medium / media)牛津字典: “表达的方法和手段” (by which something is expressed ) 表达 (express) 通过语言、图形、动作等方式使人理解某种感受、观点等的行为。 ( something (to somebody) sh

2、ow or make known (a feeling, an opinion, etc.) by words, looks, actions, etc.) 建筑设计媒介（Architectural Design Media ADM ）: 语言、文字、图形、符号、模型、技艺传承 设计信息交流需要以“共同的知识背景”为前提。 美国著名的传播学家拉斯韦尔提出了人与人之间信息传递的过程模式，并将信源，信宿，信息,媒介和效果作为信息传递过程的五大要素。后来 D.麦奎尔将这个过程做了以下表示：信源信息媒介信息信宿效果 信源发出的信息通过媒介传送到信宿而能准确地理解，取决于两个因素：一是传递媒介，一是信源

3、和信宿的共同知识背景。语言与文字 语言是人类社会活动和信息交流的基础，语言是有关听觉感知的，是思维的符号和工具，而文字是标记语言的视觉符号体系。语言和文字作为符号体系，通过约定俗成和习得而为群体使用。 语言和文字若形成“术语”，具有信息集成的特点，一个“术语”含有丰富的涵义，但对术语的涵义常常需要在一定的专业范围内加以“定义”，因而对“术语”的理解需要专业背景，需要通过学习来掌握。 文字媒介要借助书写工具（后来发展为印刷术）和文字载体（泥版、纸草、竹简、羊皮纸等，后来是纸）。men语言文字建筑工程设计文件编制深度规定建筑施工图设计说明应包括以下内容（节选）：2、项目概况（名称、地点、面积指标、

4、设防等级等）；3、设计标高（相对标高与总图绝对标高的关系）；4、用料说明和室内外装修（可文字和图注结合）；6、门窗表及门窗设计要求说明；（性能、用料、颜色等）7、幕墙工程及特殊的屋面工程的性能及制作要求；9、墙体及楼板预留孔洞需封堵时的封堵方式说明；10、其他表现原始埃及神庙的各种象形文字符号A.女神奈特祠堂 B.布托祠堂 C.上埃及祠堂 建筑中的术语媒介九脊顶即歇山顶，宋朝称九脊殿、曹殿或厦两头造，清朝改今称，又名九脊顶。为中国古建筑屋顶样式之一，在规格上仅次于庑殿顶。歇山顶亦有传入东亚其他地区，日本称为入母屋造。一码三箭直棂窗的一种，为明清宫殿的次要房屋（如库、厨）常用，所用棂条为方形断面

5、，同时在纵列的直棂的上、下部位各置3根横条，故称“一码三箭”，也称“一马三枪”。 建筑术语的形成 从事建造工作的从业人员不断增加，这些同行之间技术交流的需求也相应大幅增加； 逐渐形成了以师徒关系聚集的作坊（这是建筑业由家庭、族群模式走向社会化的第一次重要发展），这种师徒关系使建筑设计和建造技艺传承的信息表达需求也大幅增加。 因此，在原有语言、文字表达媒介基础上以约定俗成的方式，形成了具有信息集成特征的建筑术语体系。建筑术语的影响 行业分工 具有高超建造技艺的“师父”成为集建筑设计、建造技术于一身的高级工匠大（主）匠，他们除了设计建筑外，还主要掌握建造工作的核心技术。 而“学徒”级的工匠逐渐的转

6、变为专门从事特定工序的技术匠人。 大匠匠人古代建筑大匠的形像柳宗元在梓人传中描述了梓人这样一位“建筑大匠”： 委群材，会群工，或执斧斤，或执刀锯，皆环立向之。梓人左持引，右执杖，而中处焉。量栋宇之任，视木之能举，挥其杖，曰“斧！”彼执斧者奔而右；顾而指曰：“锯！”彼执锯者趋而左。俄而，斤者斫，刀者削，皆视其色，俟其言，莫敢自断者。其不胜任者，怒而退之，亦莫敢愠焉。画宫于堵，盈尺而曲尽其制，计其毫厘而构大厦，无进退焉。既成，书于上栋曰：“某年、某月、某日、某建”。则其姓字也。凡执用之工不在列。 法国作家司汤达（Stendhal）在其游历意大利的笔记中，也为我们描绘了一些西方的“建筑大匠”形象：

7、我被介绍给几个有幸从事于建筑的米兰人士。我看到他们在脚手架上，好像指挥战役的将军一样精神振奋。图形与模型 图形与模型具有多维性、整体性、形象性和直观性的特征，图形媒介本身是二维的，并可以对三维实体和空间进行二维模拟表达。建筑模型媒介本身是三维的，可以对物体空间性直观地加以展现。图形与模型的直观性容易达到受众的普遍性和广泛性。 图形中的“符号”和“标记”具有语言中“术语”的特点，其涵义也需要“定义”，理解也要求专业背景。 图形媒介也要借助绘图工具（绘图笔、墨水、直尺、圆规等）和图形载体（纸）。 在古巴比伦和埃及已有建筑图，但是现有建筑的“记录”还是事先的“设计”，还难以确定。公元前1410年 底

8、比斯 塞内费尔墓中表现的花园景色 图中右侧为尼罗河或其运河；周围设围墙，面河开一大门；中央为大片葡萄园，周边有四个规则的水池；楼房建筑位于左侧。 刻划在石板上的古罗马的建筑平面图，已有比例和方向，但是现状的测绘图，而非事先的设计图。中国古代的城池图，只是一种示意，但城墙的画法已有视觉感。 中国汉代 画像砖中描绘的庭院形象（左）及拓片（右） 画像石中所见建筑，有厅堂，亭，楼，门楼，阙，桥等。其中泰半为极端程式化之图案，然而阶基，柱，枋，斗拱，栏杆，扶梯，门，窗，瓦饰等，亦均描画无遗，且可略见当时生活状况。 其所予人对于当时建筑之印象，实数明器及其它画像石均忠实准确也。选自梁思成全集 建筑中的模型

9、媒介2000B.C 古埃及 墓构中出土的烧粘土房屋模型1410B.C 底比斯 104号墓出土的房屋模型甘肃武威出土的汉代陶楼明器 豫博出土的汉代明楼汉代陶楼明器 古代，建筑图形是视觉感知的直接描绘，通常是已有建筑的“记录”，作为后来建造的“仿本”。 而语言文字媒介，在传递建筑设计信息时，由于它是通过语言文字描述建筑，是“一维” (时间上) 的信息流，“信道”相对狭窄，对复杂的对象难以准确描述，在传递过程中也易于缺失、误读和受到干扰。 为了改进建筑信息表达的准确性和便于记忆（这对不识字的工匠尤为重要），必然会总结形成一套定型化、术语化的标准体系和工艺范式体系作为建筑信息交流的平台，才可能完成一定

10、规模的建筑设计和建造，这也就构筑起中西方古典建筑中的总特点 模式化、传承性和稳定性。 古代建筑设计信息的传递，信源与信宿者的共同知识背景是“对象”。 宋营造法式西洋古典柱式（爱奥尼式） 清宫样式雷的建筑图 正因为古代设计媒介表达的粗糙性和传递的局限性，就要求建筑师具有“完人”特性和“匠人”特性，并形成建筑平面的简单性与结构构造和技艺的复杂性、形式的模式化和持续性。宋营造法式图1521 年古代建筑师的“完人”特性和“匠人”特性 “建筑师必须擅长文笔，熟悉绘图，精通几何学，深悉历史，勤听哲学，理解音乐，对于医学亦非无知，通晓法律学家的论述，具有天文学的知识”。 维特鲁威建筑十书（古罗马） 最初，建

11、筑师直接在土地上画出足尺轮廓草图或在石头上画出侧面轮廓图来指导砖石工的工作,中世纪哥特教堂主要是由大匠 (master) 和工匠所形成的集体共同完成的,设计建造过程虽然有所分工，但建筑师没有完全从建造活动中分离出来，建筑师往往精通建造的整个过程，这种密切的关系一直持续到文艺复兴时期。图形媒介的发展 对事物的认知，图形媒介比语言文字媒介更为形象、直接，而语言文字媒介比图形媒介传递信息更加集约、便捷。但是，在古代，由于媒介介质的昂贵和表达方法的稚嫩，图形媒介的广泛运用大大落后于语言文字媒介。 中世纪之后，建筑图形媒介随着中国造纸术的传播和纸的大量运用，渐渐在实践和理论中有了较大的发展。文艺复兴时期

12、及之后的透视学、投影几何、画法几何等方法的建立，更为图形媒介的表达提供了有力手段。中世纪教堂的图样和现场的放样透视学的产生 工业革命后，工程制图规则的建立和蓝图复制技术的发明，进一步推进了设计建造过程中建筑制图的大量运用。这时，共同的知识背景从“对象”变为“规则”（建立在投影几何和画法几何基础上的工程制图规则）。 大一建筑设计作业建筑工程图设计和建造的分工，建筑师与工程师的分工 麻省理工学院MIT建筑与规划学院院长威廉米切尔 ( J. Mitchell) 提出一个答案就在问题中的问题： “到底是设计和建造分工以及社会需要促使建筑绘图技术的发展，还是建筑绘图技术的发展导致设计与建造分离?” 近代

13、：投影几何和透视画法，制图标准和工程图纸，图纸复制 (蓝图) 技术，设计信息表达的精确性和传递的方便性，共同的知识背景是“规则”，建筑师和工程师的分工,设计和施工的分工，多种专业人员的合作和配合。 建筑形式的复杂化和多样化。建筑形式的复杂化和多样化。 建立在投影几何基础上以纸为介质的二维工程图纸，难以表达复杂的不规则的三维空间和形状，且手工制图效率低。 传统建筑在简单平面上有复杂的结构构造和构件，三维空间被实体的构件占据后留下的“负型”空间形状当然也很复杂，这都是用工程图法难以表达的。数字媒介 数字媒介是利用计算机对语言、图形、模型等传统媒介进行数字化的表达方式，数字媒介在建筑设计建造过程中的

14、运用，称之为建筑数字媒介。 在广泛采用 CAAD 和其他数字媒介技术下，建筑数字媒介不仅完全达到和超越了传统图形和模型媒介对建筑空间及形式的表达能力和表达精度，而且第四代，第五代计算机正力图使自己具有识别问题，理解问题,解决问题的能力。 最初计算机的目的只是为了计算， 1950 年诞生了第一台计算机图形显示器， 1958 年，美国 CALCOMP 公司发展了滚筒式绘图仪， GERBER 公司发展了平板绘图仪； 50 年代末期，麻州理工学院第一次使用了具有反馈功能的图像管显示器，操作者可以用光笔在屏幕上指出被确定的目标； 1962年MIT的伊万 萨瑟兰在计算机上实现了图形的绘制。 此后，图形的输

15、入和输出技术和设备有了很大的发展。光笔、操纵杆、轨迹球、键盘、鼠标、数字化仪等定位、拾取装置成为交互式计算机图形必不可少的输入设备，显示器和打印机等成为计算机图形的输出必要设备。 DigibotIII 扫描仪 CAAD （计算机辅助建筑设计）的发展 从 20 世纪 50 年代末开始，随着计算机小型化,集成化和运算能力的提高，在CAD基础上二次开发的 CAAD也渐有发展，但终因其图形能力有限和系统设备及维护费用昂贵而不能普及。 80 年代初，异军突起的PC个人计算机对计算机的普及极具意义。此后，许多公司开发了处理二维,三维图形的CAD，并得到有关图形设计行业的认同， AutoCAD 对操作系统的

16、一些低版本就是这时期CAD代表。直到 80 年代中期， CAAD 才真正成为建筑师的一种设计工具。 90年代，随着计算机硬件水平的节节攀高，CAD版本的不断升级，CAAD也更加适合于建筑设计过程对图形表达的要求，设计人员最终甩掉了图板。CAAD发展迅猛, 工程图绘制已取消了图板。计算机图形的发展大致可分为四个阶段：(1)二维图形阶段 CAD早期的图形都是二维的其功能是绘制并显示基本的平面图形，如直线，圆弧,二次曲线等等，并可对二维图形进行图形变换及裁剪等操作。(2)三维线框图阶段 CAD早期描述三维物体一般用顶点，边界线及面来表达三维物体其数据量小,绘图效率高，但不能进行复杂的形体几何运算。(

17、3)三维立体造型及一般曲面构造阶段 利用结构立体几何及拓扑信息来构造，描述三维物体，使CAD对三维物体的设计表达更加真实，建构后的三维物体可以通过布尔运算来得到更为复杂的实体，并可以通过光线跟踪技术显示成为具有灰度和阴影的二维图形,图像。 计算机对常规曲面的描述，通过直线、曲线沿一定路径的平移或旋转而获得，对复杂曲线曲面的描述常常简化为折线和三角平面而进行。(4)复杂曲线曲面阶段 将微分几何学运用到计算机中，拓展了对曲线曲面的描述方法目前， NURBS 技术是计算机曲线曲面设计和数据格式的工业标准，在 NURBS 技术中，少量控制点就能对复杂的曲线曲面进行描述，通过对少量控制点的操作就能完成对

18、复杂的曲线曲面的编辑。这样的表面造型能力，在传统图形媒介下是难以想象和完成的。计算机具有复杂三维空间和形体的造型和表达能力。美国建筑师盖里设计的西班牙比尔巴鄂的古根汉姆美术馆建筑表现从计算机渲染图、三维动画，到虚拟现实 到20世纪末，各类数字化的设计信息基本上仍然只是传统图纸媒介成果的电子对应物，设计人员仍然按照以往的建筑制图规范和规则，以屏幕代替图板和纸，用键盘和鼠标代替绘图笔，绘制着和以往并没有什么差别的设计图各个设计阶段，出于各种要求与目的生成设计数字信息仍然是割裂的（如平，立，剖面图形与材料、做法的文字和数据并没有链接），简单地服务于单一对象和工程阶段（如给业主看的渲染图、动画，各专业

19、设计间的信息交互，交给施工单位的工程图纸等）。不难发现，计算机，数据库和网络等数字化媒介所特有的高效性、交互性、集成性、海量存储、远程传输等所具有的巨大潜力，还远未充分发挥，建筑设计信息系统尚未发生与计算机和信息技术相匹配的根本性变革。计算机集成建筑系统（ Computer Integrated Building System CIBS）的构想 秦佑国 建筑学报 2003年 在建筑领域，总体上数字化技术对建筑的设计、建造和管理的渗透和影响所应该和将要发生的根本性和整体性变化，尚未得到系统的研究。如果以建筑信息及其载体为主线，将建筑设计、建筑施工建造、建筑产品制造、建筑运营管理贯穿起来，做一个整

20、体性系统性（而不是分散割裂的）历史回顾和现状分析就会发现存在的亟待解决的问题。四个子系统： 计算机集成建筑信息系统 CIBIS Computer Integrated Building Information System 计算机集成建筑建造系统 CIBCS Computer Integrated Building Construction System 计算机集成建筑制造系统 CIBMS Computer Integrated Building Manufacture System 计算机集成建筑管理系统 CIBAS Computer Integrated Building Administration System 虚拟建造 建筑师利用计算机模拟的三维建筑材料、部件去搭建所设计的建筑。在模拟建造的同时，计算机可以按要求输出建筑的虚拟场景(动态及静态效果)，及建筑的平、立、剖面等工程图纸。并且，在建筑搭建完成后，能对建筑所用的材料做一个统计及造价估算，等等。 计算机建筑造型的两种途径 传统建筑在简单平面上有复杂的结构构造和构件，三维空间被实体的构件占据后留下的“负型”空间形状很是复杂。若用计算机来表达和生成传统建筑造型，往往可走“搭建”的途径，和传