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中文摘要摘 要计算机辅助设计（CAD）近十年来在我国建筑设计领域的应用日益普遍，越 来越多的设计单位和企业采川这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条 件。除了从国外引进CAD软件，国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足 本土，开发自己的CAD软件，投放市场，景象喜人。而CAD技术在经历了从二 维平面绘图到三维产品建模，然后到三维线框造型、曲面造型以及实体造型技术之 后，参数化技术、变量化技术和特征造型技术已成为当今CAD的主流技术。传统的应川于建筑设计上的CAD技术川基于坐标的同一等级的几何元素去创 建图像实体，实际上模型的都是一些单一的2D图形，虽然随着软件的发展，通过 图形实体的组合可以表现一些设计元素了，但它们仍然是基于坐标的几何实体，在 生成图纸时也只是从模型中提取坐标而后生成单一的2D图形。而且模型与图纸的 联系很少，几乎不可能实现图纸与模型的同步。同时在设计过程中不可避免要反复 修改，于是更改这些单调的图形不仅很枯燥而且容易出错。这样的设计系统不支持 初步设计的过程，设计周期长、费用高，存在大量的重复劳动，严重影响设计效 率，无法适应市场的发展需求。这种情况下，参数化设计方法应运而生。参数化设计是指通过改动图形某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对图形中 相关部分的改动，从而实现尺寸对图形的驱动，其中进行驱动所需的几何信息和拓 扑信息由计算机自动提取。参数化设计则可以避免传统CAD技术的先天不足，通 过改动模型中一个或一组参数，自动完成模型中相关部分的改动，从而实现参数对 模型的驱动。而这个驱动的过程则是根据计算机提供的各元素之间的约束关系来实 现的。因此，在古建筑设计中建筑师对于那些有标准化建造法的古建筑进行参数化 设计。参数化设计自出现以来在机械上的应川较为广泛，慢慢渗透到各行各业。目前 国外已经开始应川这项技术建筑设计领域中来，而且是否能实现参数化已经成为评 价CAD系统优劣的一项 重要指标了。然而我国对参数化技术川于建筑设计的研 究还不是很成熟，与国外相比，我国在此课题的科研进展还有很大的差距。因此，本课题亟待做一些系统的研究。关键词：参数化设计，古建筑设计，GDL技术I英文摘要ABSTRACTThe computer-aided design(CAD)is common applied increasingly in architectural design domain of China recent ten years,more and more design department and enterprise use this technology to enhance the rated capacity,product quality and improve the work condition.It is gratifying that in addition to introduce CAD software overseas,some domestic scientific research institutions,universities and software company develop and launch own CAD software base the native place.Parameter technology,variable technology and characteristic modeling technology have become the mainstream technology nowadays going through the process of two-dimensional surface,three dimensional product modeling,three dimensional line frame modeling,parameter technology,variable technology and characteristic modeling technology.Traditional application of CAD technique in architecture design founds the image based on the coordinates which is identical rank geometry element,the model is single 2D graph in fact.With the development of software,some design element could be displayed by the graph entity combination,but they are based on the coordinates geometry entity,the blueprint is made from single 2D graph coming from coordinates in model.The relation of model and blueprint are not tight,that is impossible to realize the synchronization in blueprint and model.Meanwhile,repeated modification is inevitable in the design process,bringing on monotony and mistake.The design system does not support the process of preliminary design.It leads to long period design,high expense,and repeated work,which affects the rated capacity seriously.In the situation that traditional application of CAD technique is unable to adapt the market development demand,the method of parametrization design emerges as the times require.With the modification of graph sizes in one part or several part,the parametrization design completes the modification that is connected the part in graph automatically,and realizes the domination size to the graph,the geometry information and analysis information are picked up by the computer automatically.The parametrization design could avoid the congenital deficiency in traditional CAD technology.With the modification in model parameter single one or a group,it completes the modification which is connected in the model automatically,thus realizes the domination parameter to model.The process of domination is realized by the restrain between various elements in computer.Therefore,parametrization design is suit to the ancient building design with ill重庆大学硕士学位论文standardized construction method.The parametrization design is widespread on the machinery application since it appeared,and it penetrates to various trades and occupations slowly.At present it has been applied in this technology architectural design overseas.And it is an important target evaluating the CAD system.However,the research on the appliance of parametrization technology in architectural design is not very mature,our country progresses in this topic scientific research has disparity comparing to foreign countries.Therefore,the problem needs to make system research urgently.Keywords:The parametrization design,Ancient building designs,The GDL technologyIV插图目录捐!图目录（论文插图表总计 张）1绪论图1.1古根哈姆艺术博物馆.5图1.2 体验音乐博物馆鸟瞰.6图1.3 体验音乐博物馆入口外观.6图1.4 瑞士再保险公司.7图L5高层顶部与底部的几何形体的组合研究.7图L6高层建筑基本形体的选择与三维空间变化的研究.82参数化设计与建筑设计图2.1 帕蒂农神庙中的黄金分割示意图.17图2.2希腊柱式.18图2.3 东方明珠电视塔.18图2.4 用TOPDOWN对古希腊柱式的设计.20图2.5站棚桁架剖面图.21图2.6 滑铁卢国际终点站.21图2.7圣家堂的园花窗及其施工现场.22图2.8圣家堂翼部花窗参数化模型.22图2.9瑞士再保险公司参数模型的分析.23图2.10信息在建筑全过程的传递.24图2.11建筑信息模型中的数据结构.25图2.12建筑信息模型中的数值交换模式.26图2.13三种技术支持建筑信息模型的效果.273参数化设计与古建保护图3.1佛光寺大殿构建分解图.32图3.2 柱头收分示意图.33图3.3三类斗拱示意图.34图3.4 柱头科主要构建示意图.34图表3.1 清式才分表.35图表3.2步架的举高于建筑的大小和楝条之间的关系.35图3.5 才与足才示意图.35图3.6 坐斗与斗口示意图.35VII重庆大学硕士学位论文图3.7 清式建筑举架.36图3.8符合IFC标准的建筑设计与其它专业的问题.39图3.9 GDL技术的开发与应用模式.39图3.10 GDL编辑对话框示意图.43图3.11图形界面的物体属性编辑对话框.444以中国清代官式建筑大木作为例的实践图表4.1 平身科斗拱主要构建尺寸.49图表4.2平身科斗拱主要尺寸表.49图表4.3 角科斗拱主要尺寸表.50图4.1斗拱的参数设置界面.51图4.2调用一个模块的平身科与柱头科坐斗尺寸比较.53图4.3 GDL对象生成的角科斗拱模型.53图4.4 GDL对象生成的平身科斗拱模型.53图4.5 GDL对象生成的柱头科斗拱模型.53图4.6图形交互式界面.54图4.7图形交互式参数选择界面.55图4.8斗拱等级的选择与自定义尺寸.55图表4.4柱类构建主要尺寸.56图4.9 柱收分的实现.56图4.10檐柱中参数的设置.57图4.11檐柱侧角三位模型俯视图.58图4.12 檐柱侧角平面图.59图4.13 柱础示意图.59图4.14梁架的参数设置.60图表4.5梁类主要构件的尺寸表.61图表4.6瓜柱类主要构件的尺寸表.61图4.15 梁架部分构件.61图4.16 箍头防GDL物体.61图表4.7 材类构件尺寸表.62图表4.8桁楝类构件尺寸表.62图4.17 额楂GDL物体.62图4.18 穿插防GDL物体.62图4.19 桁模防GDL物体.63图4.20 雀替防GDL物体式.63VIII插图目录图4.21 边柱与侧柱GDL侧角.64图4.22 面宽与进深的参数化.64图4.23 铺作层示意图.65图4.24 庞殿推山.65图4.25虎殿推山模型举架示意.65图4.26 整体大木作模型.66图4.27 GDL斗拱参数化模型自动生成的柱头科、平身科斗拱剖面图.66图4.28 GDL对象自动生成的角科斗拱立、剖面图.67图4.29 箍头禅.68图4.30模拟平身科斗拱的组装过程.69IX1绪论1绪论1.1计算机辅助设计（CAD）的发展历程计算机辅助设计（CAD）技术产生于本世纪50年代后期发达国家的航空和军事 工业中，随着计算机软硬件技术和计算机图形学技术的发展而迅速成长起来。之后 的三十年里，CAD技术和系统有了飞速的发展，已经迅速在众多领域得到巳益广 泛的应川。计算机辅助设计主要是川于研究如何用计算机硬、软件系统来帮助人们进行工 程和产品设计的方法和技术，使一门多学科综合应川的新技术，它是随着计算机及 其外围设备、图形设备以及软件技术的发展而发展的。在CAD技术的发展历程中 主要经历了以下几个时期。1）准备和诞生时期（20世纪50年代-60年代）20世纪50年代末，美国麻省理工学院在 WHIRLWIND计算机上开发了 SAGE战术防空系统，第一次使川了具有指挥功能和控制功能的阴极射线管CRT（Cathode Ray Tube）,操作者可以川光笔在屏幕上确定目标。它预示着交互式图形 生成技术的诞生，为CAD技术的发展作了必要的准备。2）蓬勃发展和进入应用时期（20世纪60年代）20世纪60年代初，美国麻省理工学院的博士生Ivan Sutherland研制出世界上 第一台利川光笔在显示器上选取定位图形元素的交互式图形系统SKETCHPADo 这个系统为交互式图形学和计算机辅助绘图技术奠定了基础。20世纪60年代中期 出现了商品化的CAD设备，CAD技术开始进入了发展和应川阶段。3）广泛应川时期（20世纪70年代）20世纪70年代推出了以小型机为平台的CAD系统。图形软件和CAD应川 支撑软件也不断充实提高。出现了面向中小企业的CAD商品化系统。机械行业中 大量中小企业开始采川计算机辅助绘图、设计、制造和分析技术。4）突飞猛进时期（20世纪80年代）20世纪80年代，大规模和超大规模集成电路、工作站和RISC（精简指令集 计算机）等的出现使CAD系统的性能大大提高了一步。再加上计算机网络的迅速 发展，工作站系统可以作为一个独立的单川户系统，到80年代中后期就成为计算机辅 助绘图、设计、制造、分析的主流系统。与此同时，图形软件更趋成熟，二维、三 维图形处理技术，真实感图形技术以及有限元分析，优化，模拟仿真，动态景观，科学计算可视化等方面都已进入实用阶段。包括CAD/CAE/CAM 一体化的综合软 件包使CAD技术又上了一个层次。重庆大学硕士学位论文5)日趋成熟的时期(20世纪90年代)进入90年代以来，随着个人计算机(PC)的飞速发展,以个人计算机为硬件平台的 计算机辅助绘图、设计、制造、分析系统迅速崛起，市场逐步扩大。到目前从总体 上讲,CAD技术的发展趋势是智能化、集成化和标准化。科学计算可视化、虚拟设 计、虚拟制造技术成为20世纪90年代CAD技术发展的新趋向。另外，因特网(Internet)的兴盛把世界上各种类型的计算机连接成一个有机的整体,实现全球范围 的资源共享、数据共享和设备共享。利用成熟的Internet技术建立企业内部网络(Intranet),从而将计算机辅助绘图、设计、分析、制造和管理系统密切地联系在一 起相互协作，已经在各种企业中迅速推广和普及。当CAD技术从二维平面绘图发展到三维产品建模，产生了三维线框造型、曲 面造型以及实体造型技术。如今基础造型技术中的参数化及变量化设计思想和特征 造型则成为目前CAD技术的主流技术。传统的CAD绘图软件都是用固定的尺寸值 定义几何元素，要进行图面修改只有删除原有的线条后重画，而新产品的设计不可 避免的要进行多次的修改，进行零件形状和尺寸的综合协调、优化，而且大多数设 计工作都是在原有设计基础上的改进。因此，新的CAD系统都增加了参数化和变 量化设计模块，使得产品的设计图可以随着某些结构尺寸的修改和使川环境的变化 而自动修改图形，这可以减少大量的重复劳动，减轻设计工作量。参数化设计一般是指设计对象的结构形状比较定型，可以用一组参数来约定尺 寸关系，参数的求解较简单，参数与设计对象的控制尺寸有显式对应关系，设计结 果的修改受尺寸驱动。生产中最常川的系列化标准件就是属于这一类型。变量化设计(Variational design)是指设计对象的修改需要更大的自由度，通过求 解一组约束方程来确定产品的尺寸和形状。约束方程可以是几何关系，也可以是工 程计算条件，设计结果的修改受到约束方程驱动。变量化设计允许尺寸欠约束的存 在，这样设计者便可以采用先形状后尺寸的设计方式，将满足设计要求的几何形状 放在第一位而暂不用考虑尺寸细节，设计过程相对宽松。变量化设计可以用于公差 分析、运动机构协调、设计优化、初步方案设计选型等，尤其在做概念设计时更显 得得心应手。特征造型是CAD建模方法的一个新里程碑，它是在CAD/CAM技术的发展和应 川达到一定的水平，要求进一步提高生产组织的集成化和自动化程度的历史进程中 孕育成长起来的。过去的CAD技术从二维绘图起步，经历了三维线框、曲面和实 体造型发展阶段，都是着眼于完善产品的几何描述能力，亦即只描述了产品的几何 信息；而特征造型则是着眼于更好地表达产品完整的功能和生产管理信息，为建立 产品的集成信息模型服务。特征(feature)在这里作为一个专业术语，兼有形状和功 能两种属性，它包括产品的特定几何形状、拓扑关系、典型功能、绘图表示方法、21绪论制造技术和公差要求。特征造型技术使得产品的设计工作在更高的层次上进行，设 计人员的操作对象不再是原始的线条和体素，而是产品的功能要素。特征的引川直 接体现了设计意图，使得建立的产品模型更容易为人理解和组织生产，为开发新一 代的基于统一产品信息模型的CAD/CAPP/CAM集成系统创造了前提。计算机辅助建筑设计(Computer Aided Architecture Design,简称 CAAD)是 CAD在建筑方面的应川，它为建筑设计带来了一场真正的革命。随着CAAD软件 从最初的二维通川绘图软件发展到如今的三维建筑模型软件，CAAD技术已开始 被广为采用，不仅提高了设计质量，缩短工程周期，还可以节约2%至5%的建设 投资，而近几年来我国每年的基本建设投资都有几千亿元之多，如果全国大小近万 个工程设计单位都采川CAAD技术，则可以大大提高基本建设的投资效益。建筑 业中CAD软件技术的发展大致可分为如下三个时期。1)伟大的尝试二维通用绘图系统20世纪60年代末至70年代初，还没有为建筑设计服务的专门的CAD软件。他们所具有的基本特征只是通用的图形处理能力，而且主要是二维图形绘制及标注 尺寸和符号等功能，可川于以图形表达设计意图的较广泛的领域。2)真正的起步-二维建筑绘图系统进入20世纪70年代，计算机硬件性能和计算机图形学有了很大的发展。建 筑设计人员与软件设计人员密切配合，促使专业的计算机辅助建筑设计软件诞生，这可以称为第一代CAAD软件。值得指出的是，美国的通川绘图软件AutoCAD在 建筑设计领域一直得到广泛的应用。3)长足的飞跃-三维建筑模型软件从20世纪80年代中期至20世纪90年代，在CAAD辅助绘图取得人们承认 和接受后，诞生了第二代CAAD软件-三维建筑模型软件。三维建筑模型软件的 研制思路是让建筑师在计算机上借助于三维模型进行设计构思，把三维的建筑设计 方案与二维的成图过程审联起来工作，以三维模型为核心控制全局，充分发挥计算 机的特点和优势，进行工程设计。近十年来，我国计算机辅助设计技术应川越来越普遍，越来越多的设计单位和 企业采用这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条件。目前，我国从国外 引进多种CAD软件，国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足国内，开发 自己的CAD软件，投放市场，我国的CAD技术应川呈现出一片欣欣向荣的景 象。1.2参数化设计的发展历程与建筑应用静态的几何造型系统不能适应产品开发的动态过程。产品设计要经历概念设 3重庆大学硕士学位论文计，草图设计，详细设计等多个过程，在这些过程中，产品造型要被反复地修改。采川这样的几何造型系统就会引起大量的重复劳动，不利于设计过程的迅速进行。一般来说，经常被修改的是一些尺寸，而几何元素间的拓扑关系很少被改动，参数 化设计方法为解决这样的问题提供一个很好的途径！参数化设计是指通过改动图形某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对图形中 相关部分的改动，从而实现尺寸对图形的驱动，其中进行驱动所需的几何信息和拓 扑信息由计算机自动提取。参数化技术是实现参数化设计的重要技术，它指对于结 构形状比较定型的描述对象，用一组参数来约定其拓扑关系。由于参数化设计的结 果受到尺寸驱动，所以也称为参数化尺寸驱动。参数化设计极大地改善了图形的修 改手段，提高了设计的柔性，在概念设计、实体造型、仿真、优化设计等领域发挥 着越来越大的作川，体现出很高的应川价值。由于参数化技术发展很快，一旦工程 设计能以参数化方式进行，设计人员不用再关心设计的具体过程，只需集中精力去 做创作。根据参数化设计方法在不同时期的主要特点，我们可以将它分为以下几个研究 阶段：1)60-70年代中的萌芽期这一阶段以Sutherland为代表，他在Sketehpad(1963)系统中提出利用约束作 为辅助手段进行零件的生成，但没有用约束定义和修改几何模型，对模型的修改只 是个单向过程，一旦模型生成后约束不能反过来限制模型。2)70年代末一 80年代初的开创时期提出一些参数化设计的基本思想和理论，并逐渐成了不同的参数化方法。以 Hillyard提出变量几何和几何约束思想，并由Gossard及其研究小组进一步发展完 善了这一方法为标志。3)80年代中期至90年代初的发展时期这一时期的一个重要特征是将AI技术引入参数化设计中，人们分别将几何推 理、神经网络等人工智能方法应川到设计中去，同时，将参数化技术应川到实体造 型形成特征造型技术，以B.Aldefeld,Suzuki,A.Verroust提出的基于专家系统方法为 主要代表。4)90年代中期至今基于知识的参数化理论逐渐完善，参数化方法在实践中得到广泛应川，在航 大工业、船舶制造等领域的发展尤为突出，促进的计算机辅助机械设计的发展。这 一阶段以、Jae Yeol Lee提出的利川图表示的基于知识的几何推理法和Xiao-Shan Gao提出的约束传播法为主要代表。国内近年来对参数化的研究也显示出较高的热情，相继开发出一些具有较高技41绪论术水平的商品化软件，在几何约束的表示和求解方面，提出了各种新方法和思路。如浙江大学谭建荣教授等针对现有在线参数化方法的不足提出模型建立和求解相分 离的离线参数化方法，基本思路是根据工程制图规则和尺寸与图形的本质联系，自 动建立起尺寸与图形的约束关系，并探讨了工程图约束信息自组织原理和方法。清 华大学张国伟等提出了一种基于自由度分析的约束传播算法，求解二维参数化设计 中所建立的几何约束模型。华中理工大学兰箭给出基于图形数据图的参数化方法，利川实体的定义信息求得实体的拓扑信息，而拓扑信息和尺寸信息共同决定了图形 的轮廓特征和尺寸大小，由拓扑约束和尺寸约束来描述图形。除了以上，北京航空 航天大学的PNA-DA、NDA系统，清华大学和华中科技大学共同研制的CADMIS 等都在三维造型方面实现了参数化特征造型、曲面造型等。等等大量新思路涌现表 明了参数化的强大发展前景，但我国对参数化的研究大多是基于二维图形的，与国 外基于三维模型的参数化设计存在一定差距。图1.1新古根哈姆艺术博物馆在探索自由形体建筑的道路上，建筑师们做了大量的探索。有些建筑师甚至借 助其它设计领域的模型软件寻找解决方案。当然那些软件系统如果应用到建筑设计 中则因为它们自身的局限性，不能适应在建筑构造、系列的工作流程、以及沟通交 流的需要。很多软件不能处理建筑中繁琐的3D细节构造。建筑师盖里就是从波音获得的灵感，利川CATIA(computer aided three-dimensional interactive applications)这个用于辅助航天设计的工具创造了他在欧洲的 第一个代表作新古根海姆艺术博物馆。CATIA是在法国的航天工业中最先发展起 来的，后被美国的波音公司-西雅图除微软外的另一个主导经济力量所广泛采川。盖里的事务所中采用CAD和CAM两项技术是其他事务所无可匹敌的。他将设计 分为方案设计和施工设计两个层次。他们的进行设计流程是：首先，经过建筑环 境、功能和空间分析，制作出一系列手工模型，进行多方面的评估。然后，将优化 5重庆大学硕士学位论文筛选后的手工模型通过三维数字化扫描仪转化为计算机中三维点状信息。接下来，将计算机中的三围点状信息整理为三维建筑表皮信息。然后，将计算机中三位建筑 表皮信息输入到三维数控铳床，制作出实体模型。最后，在正对该实体模型进行评 估、修改、再扫描到计算机中进行分析修改.如此循环往复。总之，设计过程在 实体模型和数值化模型中交互发展，所涉及的信息在真实的物质信息和数字信息中 不断的交互更替，直到得出设计师满意的结果。如此在三维界面上做出的形式空间 复杂的建筑方案，到施工图阶段再返回传统的二维制图模式是无法想象的。实际 上，盖里在后来的一系列项目中，在CATIA的统一平台上，建筑、结构、机械、通讯等所有专业的施工图都为三维的图形和数据信息，并彼此有机地连接在一起，确保各系统在建筑空间中得紧密协调和精确定位。例如在设计西雅图的“体验音乐”博物馆(Experience Music Project)的设计过程中，CATIA软件在建筑中的应用被进 一步发展了。盖里专门雇用了波音公司的航空工程师为他负责体验音乐博物馆的设 计中的电脑应用。他将最新的CATIA软件与一种近似于手艺人的设计操作结合起 来；他首先通过实物模型来研究建筑形式，盖里总共做了不下50个手工草模；然 后再通过电脑将模型数字化为电子图像文件。换言之，现代技术在这里仅仅是一种 转译工具。但是如果没有这些技术，“体验音乐”博物馆恐怕永远也盖不起来。建筑 中几乎没有哪两个构件是相同的，而据盖里称，无论设计还是建造都经事先精确定 位，无猜测。没有最新科技的支持，这是难以想像的。而福斯特在做项目中采川的方法是寻求一个几乎每个人都用的到的软件 Excelo项目的几何数据与Excel电子表格沟通，然后描述一种生成几何形体的方图1.2体验音乐博物馆鸟瞰图Figl.2 the airscape of experience musicmuseum图1.3体验音乐博物馆入口外观Figi.3 the entrance appearance of experience museum 资料来源：资料来源：61绪论法,转交给专业人员完成，然后由特设计组审查结果。Swiss Re项目正是这种模式 下产生的一个交互式模型，由建造师创造物理模型，然后专业人员创造数字模型，然后反复在物理模型和数字模型中修正，直到所有的几何形体完全吻合。瑞士再保险公司(Swiss Re)开创了参数化设 计时代的一个典型例子。它综合常见的各种办公室 布置方式，通过参数化设计，优化其布置方案，在 功能设计的优化中更体现出美感。Francis Aish,这个航空工程师通过培训，现在是福斯特事务所的 一名助理，他描述这种参数化过程为“2.5D”,因为 七个正切的弧线形成的轮廓应川到可组合的几何体 并且同圆面相关联。这些都是建筑参数化的有益探索。Bentley公 司的自定义物体(Custom Objects)工具可以实现 川户自定义物体。它是一种特殊的用来让用户定义 和完全掌握软件规则的建筑程序，它是通过图形或 者基于代码的交互作用和说明。而且有完整的贝塞图L 4瑞士再保险公司Fi g:I nsur ance company i n Swi t zer I and 资料来源：ht t p:/f ar 尔曲线工具以适应比现有的建筑模型更复杂的几何形状。图L 5高层顶部与底部的几何形体的组合研究资料来源：Sang Min Park Talding Form Generation by Parametric Design Process7重庆大学硕士学位论文图1.6高层建筑基本体型的选择与三维空间变化的研究资料来源：San Park,Tall Building Form Generation by Parametric Design Process2004年，Sang Min Park等人在对高层建筑的形态的探索过程中也运用了参数 化设计。他们实现了通过顶部与底部的形状、控制点的数量和位置、层高、空间变 化曲线等参数的改变生成各种形态的高层建筑，而且也可以通过电子表格对高层建 筑的相关指标进行控制。这是参数化设计对概念设计时对创新性的激发的应川。国内对参数化技术在建筑设计领域的研究还处于初期，目前基本上是建立绘图 上的参数化。只是对基于坐标的CAD系统加以开发，使更易于编辑，修改，但是 创建的不是真三维参数化模型。如基于AutoCAD的二次开发，而由于AutoCAD 平台本身并不是参数化设计，因此并不能实现真正的参数化设计。1.3研究意义及研究内容建筑业是我国国民经济的支柱产业，而它长期以来属于一个劳动密集、粗放经 营的行业。我国“九五”期间，全社会固定投资总额138736亿元，其中由建筑业直 接完成的建筑安装工程总额87104亿元，占投资总额的62.8%。可见建筑业的发展 对国民经济的影响甚大，而且我国加入WTO以后，面临建筑市场的全球化竞争，提高我国建筑业竞争力的问题迫在眉睫，因此充分利川21世纪新的技术资源，加速我国建筑业的发展，是摆在我们面前的一项十分紧迫的任务。否则，建筑业将严 重影响整个国民经济和社会信息化的发展。事实上，随着信息时代的到来与发展，制造业、农业、金融业等行业早已利用信息技术的新方法提高了生产效率和竞争 力，而建筑业在利川信息技术方面却进展缓慢。十年前，信息技术已经在汽车业、航空业、电子业和消费品制造业开始应川，从而使它们由传统的基于图纸的设计流 程转化为基于信息模型的设计流程，在整个流程中，通过模型所携带的数据进行工 81绪论程分析、明细表生成、成本估算、生产计划、产品供应链集成，以及最后在工厂实 现由计算机控制的制造。而且许多发达国家都早已在建筑业信息化方面进行深入的 研究开发与工程实践，并大大提高了建筑业的生产效率，节省了建筑成本。计算机辅助设计（CAD）近十年来在我国建筑设计领域的应用巳益普遍，越 来越多的设计单位和企业采川这一技术来提高设计效率、产品质量和改善劳动条 件。除了从国外引进CAD软件，国内的一些科研机构、高校和软件公司也都立足 本土，开发自己的CAD软件，投放市场，景象喜人。而CAD技术在经历了从二 维平面绘图到三维产品建模，然后到三维线框造型、曲面造型以及实体造型技术之 后，参数化技术、变量化技术和特征造型技术已成为当今CAD的主流技术。传统的应川于建筑设计上的CAD技术用基于坐标的同一等级的几何元素去创 建图像实体，实际上模型的都是一些单一的2D图形，虽然随着软件的发展，通过 图形实体的组合可以表现一些设计元素了，但它们仍然是基于坐标的几何实体，在 生成图纸时也只是从模型中提取坐标而后生成单一的2D图形。而且模型与图纸的 联系很少，几乎不可能实现图纸与模型的同步。同时在设计过程中不可避免要反复 修改，于是更改这些单调的图形不仅很枯燥而且容易出错。这样的设计系统不支持 初步设计的过程，设计周期长、费用高，存在大量的重复劳动，严重影响设计效 率，无法适应市场的发展需求。这种情况下，参数化设计方法应运而生。目前国外已经开始应用这项技术建筑设计领域中来，而且是否能实现参数化已 经成为评价CAD系统优劣的一项重要指标了，然而，它用于现代建筑设计似乎还 有很长的一段路要走，因为现代建筑的规律性不是很强，古建筑则不同，它经过悠 久历史的沉淀，形成了一套模数化极强的营造法则，将参数化应川到古建筑保护中 可行性很强。而且古建筑作为古代文明的载体，为今天研究封建社会、政治、文 化、军事、科技、民风等各方面提供了弥足珍贵的资料。我们在建设大量的现代建 筑的同时也要注意对文物古迹的保护，使现代建筑与古建筑协调发展。只有将这些 古典风貌的建筑完好的保存下来，才能延续一个城市的历史，形成城市的特色。虽然建筑保护的课题涉及面很广，无论政府的文物部门还是考古学家和文史专 家，抑或是媒体都对古建保护的课题有他们自己的角度和看法。然而与古建筑本身 息息相关的正是建筑师，古建筑能否得到专业的修缮和维护，往往取决于他们。维 修说来容易，做起来困难重重。由于古代施工工艺和现代大不相同，而且一般古建 筑年代久远，可借鉴的图纸资料匮乏。通常组织相关人员对古建筑进行测绘，采用 这种传统的方法采集到的数据通常以古建筑的平而、立而、剖而图纸表示出来，只 是平面线条和相关的文字说明，无法给人以直观的感觉。如果川三维参数化设计，不仅对古建筑有直观的印象，更重要的是其中包含的信息可以从不同的角度去运川 和理解。如设计、施工、材料与工程量统计等将很容易的从设计图中提取。因此，9重庆大学硕士学位论文本课题亟待做一些系统的研究。对国际上参数化设计的发展过程与趋势进行综合分析，对参数化设计的理论以 及最新的计算机辅助设计的研究热点进行研究，剖析国际上利川参数化设计的成功 实例，归纳总结符合我国国情的可行方法。选川GDL参数化技术研究中国古建筑 大木的参数化设计，检验所总结的方法的可行性，以及对现代建筑设计的意义。102参数化设计与建筑设计2参数化设计与建筑设计2.1 计算机三维(3D)模型目前普遍使用的三维软件采川的技术有多边形网面(ploygonal meshs)、实体 模型(solid models)参数化表面(parametric surfaces)模型(如 nurbs 技术)等，目前普遍使川的造型技术是多边形网面技术，还开发了相应的程序接口。如川“3DFACE”或类似的命令可以创建比较复杂的三维模型，用多段线命令指定线的宽 度和厚度，用“RULESUFEREVSURF，TABSURF”等分别创造直纹网格曲面、平 移网格曲面和旋转网格曲面等。很多三维建筑模型是在平面图上直接通过指定高度 拉伸而成的，虽然它也可以川来为建筑师推敲体型方案提供视觉上的表现，但这种 模型仍然只能称其为2.5维模型。实体模型的应用也比较广，而且发展很快，主要 是因为它创建的模型可以川来做布尔运算和切割，这样对于建筑师来说意味着创建 各种更复杂的体型。而NURB技术主要运川在自由形体的建模上，少数建筑师如 弗兰克盖里对自由表面的建筑感兴趣的使川了此技术，但总体来说川的不多。目 前，建筑设计时川一些商业软件制作的计算机三维模型已经非常精致，它与传统的 建筑师为了推敲建筑体型和建筑表现所做的模型不同，它除了能更完美的实现这些 功能，更重要
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