CAAD方法复习提纲答案

CAAD方法复习提纲第一讲绪论0.1计算机辅助建筑设计包含的主要内容（几几射三剑信虚数数）——四大主要内容：参数化设计、建筑信息模型（BIM）、结构分析、数据关联与共享（Link）——计算机相关技术／计算机辅助建筑设计ComputerAidedArchitecturalDesign计算机辅助制图ComputerAidedArchitecturalDrawing设计与建模的软件环境DesignandModelingTools参数化与生成式设计ParametricandGenerativeDesign建筑性能模拟、检验与优化Simulation,Test,Optimization信息集成与协同设计BuildingInformationModel虚拟建成环境VisualReality数字化加工与建造DigitalFabricationandConstruction数字控制的建成环境BuildingAutomation,IntelligentBuilding——具体：—参数化设计：建立可以用参数驱动的几何关联模型，方便设计的调整与修改/使用场地条件、功能需求等作为输入条件，构建参数化模型，生成设计例如基于生成机制的城市空间形态研究、基于涌现算法的城市形态生成研究、基于空间句法的城市空间活力研究建筑的新范式（数字化设计的新语境）、无处不在的运算（高度精确、高度的关联）、高度灵活的适应性（非线性设计调节机制）;举例：rhino／Grasshopper（包括从数据、条件、参数输入，到数据、公式、脚本驱动，到数据、模型输出、到共享分析反馈、最后到模型确立和系统选定）－建筑信息模型（BIM）－结构分析、能源分析、光污染分析等－数据关联与分享：比如参数化、信息模型、设计文档三者之间就可以相通的软件链接（参数和BIM运用DXFSAT，参数化和设计文档用excel，设计文档和信息模型用pdf，参数化和信息模型用IFC、Excel和能源分析、结构分析链接）CAAD特点（三人虚图建数）——参数化设计——人工智能方法人工智能ArtificialIntelligence，研究、开发用于模拟、延伸和扩展人的智能的理论、方法、技术及应用系统的一门新的技术科学。是计算机科学的一个分支，它企图了解智能的实质，并生产出一种新的能以人类智能相似的方式作出反应的智能机器包括遗传算法、多代理系统、人工神经元网络等可以利用计算机辅助人流模拟研究，数字虚拟与物质世界的连接——虚拟显示技术VirtualReality利用电脑模拟产生一个三度空间的虚拟世界，提供使用者关于视觉、听觉、触觉等感官的模拟——图像处理——建筑信息模型数字化的建筑3D几何模型，模型中包含建筑构建的所有信息，除了几何外同时具有建筑或工程的数据——数控加工与建造使用数字化模型中的数据直接控制数控设备加工建筑构件（激光切割机、数控机床、三维打印机）0.2CAAD未来的发展方向——计算能力的飞速发展－硬件：摩尔定律－软件－互联网－云计算——人与计算机更密切的合作与融合－知识获取、生活方式、信息传播、经济、社会0.3摩尔定律——当价格不变时，集成电路上可容纳的晶体管数目，约每隔18个月就会增加一倍，性能也将提升一倍。换言之，每一美元所能买到的电脑性能耐，将每隔18个月翻一番以上。这一定律揭示了信息技术进步的速度第二讲计算机图形学1.1坐标系——空间直角坐标系：空间任何一点都可以用三个坐标（x,y,z）表示空间直角坐标系有两种：右手系和左手系——球坐标系——柱坐标系——世界坐标和局部坐标系几何场景：定义在一个世界坐标系中，有许多物体组成物体的几何描述与空间坐标系密切相关：对于相同的几何物体，在不同的坐标系中会有不同的表示形式/选择空间坐标系，使得几何物体的表示最简单，该坐标系称为局部坐标系1.2体素、八叉树——体素（Voxel，volumetricpixel/volumetricPictureElement）：用小立方体集合（数组）表示立体。数据结构简单，但存储数据量大——八叉树：用大小不同的立方体集合表示——首先求出立体形状的包围盒（立方体）；沿长宽高三方向二等分，得到8个立方体；判断每个立方体在形状内部、外部还是交于形状边界；对于交于形状边界的情况，进一步进行8等分，反复进行，知道分的小立方体小于某设定值1.3CSG原体的集合运算——CGS树：将简单的原体通过一系列几何操作组合起来——原体：立方体、球、圆柱、圆锥等——几何操作：布尔运算：并、交、差、补等；几何变换：平移、旋转、放缩、剪切等——原体：空间形体的数学表示f(x,y,x)=0，它以曲面f(x,y,z)=0为边界（半空间）。原体可表示为：例——集合运算：和、差、积运算等体素造型的集合运算和树状运算结构1.4边界表示边界表示：立体形状是用顶点、棱、面及连接信息表示的——点、棱、面及连接信息点：由坐标（x,y,z）确定——几何信息棱：曲线、直线的数学公式和由哪个端点构成的连接信息面：由数学公式及面和棱之间的连接信息表示边界表示的两种常用方法：多边形表示和自由曲线（曲面）表示——三角形网格表示的半边结构——自由曲线、曲面的参数表示一般将不能用简单曲面表示的那些光滑曲面称为自由曲面，如：汽车表面、山脉丘陵等（1）参数表示：直线：圆：平面：圆柱：任意曲线的一般形式：任意曲面的一般形式：（2）曲线段和曲面片：对于复杂的参数曲线、曲面，常采用把多个参数曲线、曲面连接在一起，生成整个曲线、曲面连接在一起，生成整个曲线、曲面。每一条曲线称为曲线段、每一曲面称为曲面片——由控制点生成曲线（曲面）的一般表达式，以及权函数需满足的条件第三讲参数化设计方法3.1参数化设计方法的不同定义——通过特定的计算机编程设计工具去应对设计过程中的一系列设计变量，这样的设计能够对形态，功能以及环境变量保持敏感［PatrikSchumacher］——建筑的外部影响及内部要求可以看作一个复杂系统，众多外部及内在因素的综合作用决定设计结果。我们可以把各种影响因素看成参变量Parameter，并在对场地及建筑性能Performance研究的基础上，找到联结各个参变量的规则，进而建立参数模型Parametricmodel，运用计算机技术生成建筑体量、空间、或结构，且可以通过改变参变量的数值，获得多解性及动态性的设计方案。［徐卫国］3.2参数化设计的关键环节——考虑外部因素（场地地形、规划要求、周边环境、气候条件、日照等）和内部因素（功能组织、交通流线、采光通风、安全疏财、结构体系等），建立参数化模型，在生成多解的建筑设计雏形后进行修正完善，最后得到设计结果——关键环节：－设计需求信息的数字化：对周边环境特征和人的活动行为数据的收集整理和数字化，作为计算机内形态生成的基础－设计参数关系的确立：找到影响涉及的某些主要因素表现出来的行为或现象，并用某些关系或规则来模拟这些行为或现象的特征，这样就有了基本的设计参数关系－计算机中参数化模型的确立：用计算机语言描述参数关系，形成模型。在对模型属于一定的参数信息后就得到了设计雏形－设计雏形的进化：从某些主要因素得到的设计雏形一般只解决了复杂系统的主要矛盾。要在其他因素的作用下进化从而发生形态优化变形，最终发展成令人满意的设计结果－最终设计形体的参数化结构系统及构造逻辑：深化生形步骤中的内在逻辑，或结构应力分析和构造研究，或者向自然生物结构学习等途径，完成不规则非线性体的结构系统及构造逻辑设计－设计成果的测试与反馈：终极目标是获得最高程度满足使用要求的设计结果。通过模拟软件等对设计结果进行测试，反馈到以上各个环节，以使结果更趋完善3.3参数化设计的特点——参数化过程设计的起点在于对人及环境的尊重——设计策略在于通过判断和取舍对过程的控制决定设计结果——设计过程遵循前后连续的因果逻辑关系以获得与设计起点相对应的设计结果——结构逻辑及构造逻辑的研究保证了设计结果的可实施性3.4常用参数化设计工具的特点——Rhinoceros：基于NURBS的专业三维绘图建模软件——grasshopper：Rhinoceros中的一中图形化、模块化的编程工具——RhinoScript：编写环境为Monkey，是一种简单的计算机编程语言，提供与Rhinoceros的工具相对应的众多Method，以计算机程序的方式，调用Rhinoceros中的三维建模功能——progressing：opensourceprogramminglanguageandenvironmentforpeoplewhowanttocreateimages,animations,andinteractions.Initiallydevelopedtoserveasasoftwaresketchbookandtoteachfundamentalsofcomputerprogrammingwithinavisualcontext.Italsohasevolvedintoatoolforgeneratingfinishedprofessionalwork.第五讲BIM与协同设计5.1BIM的定义(AIA专业版)及深层理解——定义：百度：BIM是以建筑工程项目的各项相关信息数据作为模型的基础，进行建筑模型的建立，它具有可视化、协调性、模拟性、优化性和可出图性五大特点维基百科定义：BIM是以三位数字技术为基础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据模型，是对该工程项目相关信息的详尽表达AIA专业版：BIM是以三维模型为载体的项目信息数据库（数字化的建筑三维几何模型）欧特克Autodesk定义：建筑信息模型是指建筑物在设计和建造过程中，创建和使用的被程序系统自动管理的参数化信息。这些数字信息能够使各种文件，自动的具有彼此温和一致的特性——深层理解：－核心内容：1.即是一种工具和方法，更重要的是一种思想和理论2.既是表达的结果和形式，更重要的是表达的过程和体系3.归根结底是信息，是信息的载体和系统，使创建、管理和使用信息的过程4.是从根本上变革建筑行业运作模式的深层动因——深层定位BIM是全面数字化、高度集成化、深层系统化的建筑全生命周期信息创建、管理和使用模式，它将从根本上变革已有的设计表达范式和行业运作模式5.2BIM的主要优点——3D与2D的比较——集成高效：用较短时间就可以使用BIM软件达到与之前设计工具一样的生产力水平。使用后，超过一般的受调查者表示，获得高于50%的生产力提升，20%表示生产力获得100%提升——直观可视：所见即所得，模型三维的立体实物图形可视，同时项目设计、建造、运营等整个建设过程可视——协同设计：利用虚拟3D工程资料库，传递各方面的信息（设计意图、项目信息、建造信息、设施管理数据信息），实现多方面共同设计——缺陷预查：建造模型后可以进行日照模拟、流体力学模拟、自然通风系统模拟、热环境模拟，包括对可能的灾害进行模拟（比如碰撞模拟），对建筑的运行进行实体预测。同时还可以模拟施工进度，对建筑的施工进行控制，并对建筑的成本进行控制——智能运维——完整交互：用共享建筑模型的方式代替过去多方之间相互传递资料的模式5.3BIM的核心建模软件及其特点——AutodeskRevit——BentleySystem——ArchiCAD——DigitalProject/CATIA民用建筑主要用AutodeskRevit，ArchiCAD工厂设计和基础设施主要用Bentley单专业建筑事务所选择ArchiCad、Revit、Bentley都可以项目完全异形、预算比较充裕的可以选择DigitalProject或CATIA相应难度：复杂程度低、规模小：小型常规项目复杂程度低、规模大：archicad复杂程度高、规模小：Revit复杂程度高、规模大：CATIA5.4BIM实践现状与问题——BIM实践现状--主要设计机构中三种BIM模式：设计师自身掌握BIM技术，设计人员可以自己完成从方案到施工图的协调设计；BIM工程师+设计师：一部分设计师掌握了BIM建模技术，针对复杂形体有专业的BIM团队进行辅助设计；BIM技术中