数字化语境下的建筑结构一体化设计分析

摘要：本文针对数字化语境的内涵以及建筑架构一体化的发展进程进行分析，探讨数字化时代下建筑师与结构工程师之间的合作的意义，利用数字化技术，建筑师和建筑结构工程师之间可以实现有效的信息互通，不仅帮助其了解复杂的抽象知识、更加了解双方的想法，也能够优化设计流程，保证建筑结构一体化谁家的合理性。然后通过列举实际案例，分析数字化语境下的建筑结构一体化设计方法，探讨目前我国利用数字化促进建筑结构一体化发展中存在的不足与挑战，从而为建筑行业的相关人员提供有价值的理论与数据支持，促进对建筑结构一体化的认知。

关键词：数字化语境；建筑结构一体化；设计方法

在建筑施工过程中，建筑的很多概念都未能受到广泛的重视，尤其是建筑结构的相关专业无法渗透在建筑设计阶段，导致现如今大部分的建筑类型处于雷同的状态，建筑行业的创新性、艺术性很难被体现出来。随着我国步入数字化时代，数字化工具的应用让建筑师与结构工程师之间的信息交流更加顺畅，从而实现了深度的合作与交互，树立了相同的建筑结构一体化设计的目标，提高了建筑结构的灵活性与创新性，其中逻辑交互与抽象概念的具体化是建筑结构一体化设计中关注的重点内容。建筑师与结构工程师的专业不同，因此对数字化、一体化的理解也存在差异，为了促进两者的深入合作，就要打破在概念、意识层面的壁垒，利用数字化技术深入分析建筑结构一体化的内涵，完善相关设计。

数字化的概念

数字化就是将信息、数据、内容或资源转换为数字形式的过程。数字化不仅仅是将模拟信号转换为二进制数据，还包括利用数字技术对业务流程、运营模式进行重塑与改造，从而实现更加高效、智能和创新的发展。

在建筑领域，数字化存在的误区为：（1）BIM属于数字化设计。BIM作为信息模型工具，包括系统信息、定位信息等，能够为工程设计和施工管理提供有力的数据支持。BIM模型的最关键的功能就是存储工程信息和描述工程信息，因此BIM技术不属于参数化建模工具和数字化设计工具。例如某项目的BIM信息化模型，虽然其中的内容有复杂的土建和机电管理等信息，但是与数字化设计的内涵有很大的差异。（2）参数化建模是数字化设计。如果按照这一理念，那么参数化建模工具是否属于数字化设计呢。答案不是绝对的，参数化建模工具并不是数字化设计的必要条件，常用的参数化建模工具例如Grasshopper、Dynamo等，都是帮助人员进行数字化设计的软件，因此参数化建模属于工具，数字化设计是一种理念，参数化建模工具可以对建筑进行描述[1]。（3）很多奇怪的建筑设计都是数字化设计的成果。很多人都会认为，很多造型奇特的建筑就是数字化设计的结果，比如盖里的古根海姆美术馆的建设过程，进行了画草图、手工建模分析、电脑辅助设计的设计流程，与数字化设计理念有非常大的区别。很多建筑作品的空间与几何都来源于设计师的想象，与设计师的个人艺术色彩有密切的关系，因此并不能直接将一些特殊或奇特结构的建筑冠以数字化设计。

案例分析

为了在数字化时代下对建筑结构一体化的设计有深入的了解与分析，则以某地区的机场建设项目举例，工程的建筑师和结构师则通过力学逻辑和数理逻辑作为支持，并且结合当地的建筑特色和文化作为创新的源泉，利用数字化平台进行深度的交流，在数字化的基础上制定了建筑结构一体化的设计方案。在工程设计的初期阶段，需要建筑师和结构工程师的一起参与，通过数字化平台以及相关工具协作制定建筑结构一体化的设计方案。首先，采用数字化工具对方案的力学、结构等进行评估，反馈设计的合理性，以达到结构与力学的有效结合。其次，评估后确定设计方案合理性后，则要通过BIM技术和数字化施工管理工具，促进工程施工的开展，确保设计方案的呈现，并且保证工程质量。结合实际案例进行数字化语境下建筑结构一体化的设计对策，分析数字化技术对保障结构一体化设计合理性的应用价值。

逻辑支持

在机场工程的设计中，采用了斐波那契数列的理念，也称为黄金分割数列，通项公式为：。常见的斐波那契水平包括23.6%、38.2%、50%、61.8%、100%等。该理念为文化与艺术的结合提供了逻辑支持，设计灵感来源于草原游牧民族的蒙古包结构，采用了其中的菱形网格作为设计要素，建筑师与结构师合作，在数字化平台Grasshopper for Rhino上利用数理逻辑为支持，创造了具有地域特色且保证结构稳定的屋面结构。

（1）数理逻辑的应用。菱形网格要素的融合中，采用了数理逻辑进行计算，考虑造型与力学的关系，将斐波那契数列融入到均匀的菱形网格中，从而构建了一个从西向东不断扩大的菱形网格结构，利用数学计算的方法不仅优化了外观，也保证了力学逻辑，保证了结构的稳定性。（2）设计美学与力学的结合。为了达到理想美学效果，并且也让结构力学表达的更加清楚，设计人员最终决定将屋顶的吊面设计成为半吊顶，让菱形网格的结构下弦杆外露，从而将屋面结构与室内设计融合在一起。利用数字化平台，建筑师与结构工程师共同明确了设计的理念，达成了深入的合作，实现了艺术与力学的结合[2]。

（二）深度交互

建筑师与结构工程师的合作是建筑结构一体化设计的关键，建筑项目需要达到理性与感性的平衡，那么就必须构建良好的沟通桥梁。在项目建设初期，建筑师结合当地文化，提出了屋面采用雕花马鞍的想法，马鞍为屋顶，雕花可在窗户上以满足采光的需求，并且实现了大跨度屋面的柱顶开窗。结构工程师在分析后，指出了其中的问题，从结构效率的方面来看这个方法不合理。通过建筑师与结构工程师的交流，激发了创造力和想象力，最终制定了拉索+摇摆柱的设计方法，这一设计模式不仅解决了柱顶刚性连接的限制，而且通过加强幕墙周围的刚性构柱，虽然屋架的刚度下降了，但整体的结构稳定性依然得到了保障。

通过摇摆柱的设计，实现了建筑师雕花马鞍的想法，不仅保证了采光，也提高了室内空间及美观性。整体设计出一种开阔、轻盈的空间环境，不会给人以压迫感。

（三）通过参数化设计平台进行膜天窗的设计

结构工程师与建筑师通过Grasshopper for Rhino平台将很多抽象的概念具体化，参数化工具的应用可以将抽象参数进行分析并且绘制出性能化曲线，这些帮助建筑师可以从形象思维理解结构，并且将建筑的结合形态、坡度以及结构位移、应力水平等整合在数字化平台上[3]。通过调整建筑结合形态，能够观察调整后的膜天窗的力学参数变化，通过细致的调整最终制定了膜天窗的建筑方法。最终确定了膜构成的锥形体量在30度角、12个分格的时候，力学与美观达到了协调，解决了天窗设计中存在的各种问题。

案例分析结果

步入数字化时代后，建筑结构一体化的设计利用数字化技术促进了建筑与结构之间的融合，形成了一种全新的设计方式，从而设计出了很多灵活性、创新性的建筑并且保证了其稳定性。通过在建筑结构一体化设计中应用数字化技术等，有利于更好的实现设计的目标，而且利用数字化平台也促进了建筑师与结构工程师之间的思想碰撞与思维交互，通过深度合作达成一致。

小结

总的来说，随着数字化技术在建筑领域的广泛应用，参数化设计已经越来越成熟，并且广泛用于建筑工程设计中。本次研究以建筑结构一体化作为着手点，通过案例分析探讨了数字化语境下如何开展良好的设计，对促进建筑行业在数字化时代下持续、健康的发展有重要意义。当然，在研究中我们也发现了很多不足，工程管理、工程技术等还有很多薄弱之处，而且数字化技术的应用也未能得到彻底的普及与渗透，因此未来还需要不断的促进建筑结构一体化设计的发展与实践，促进我国建筑领域的进步。

参考文献：

[1]刘明，熊森，卢哲，等.武汉光谷电竞馆建筑结构一体化设计与分析[J].建筑结构，2024，54（17）：29-35.

[2]张蕴龙，于博.基于参数化设计的建筑形态与结构一体化研究[J].中国建筑装饰装修，2024，（15）：80-82.

[3]丁洁民，张峥，尹武先，等.数字技术下的建筑与结构一体化设计[J].建筑技艺，2018，（07）：20-25.