形式工具與生成邏輯—建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用

康鈺

摘 ? ?要：隨著技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)已成為建筑設(shè)計(jì)不可或缺的工具，而參數(shù)化設(shè)計(jì)成為當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)的重要手段。參數(shù)化技術(shù)的加入，使得建筑設(shè)計(jì)不再受到傳統(tǒng)的造型與結(jié)構(gòu)的限制，幫助建筑師實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的無限可能。同時(shí)，該技術(shù)可以根據(jù)不同的性能需求，模擬優(yōu)化生成設(shè)計(jì)方案。本文論述建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念及內(nèi)涵，通過建筑設(shè)計(jì)中參數(shù)化技術(shù)的應(yīng)用案例，分析參數(shù)化設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的兩種應(yīng)用方式。

關(guān)鍵詞：建筑;參數(shù)化設(shè)計(jì);工具;邏輯

1 ?技術(shù)美的源泉-參數(shù)化設(shè)計(jì)

歷史建筑具有其獨(dú)特的文化色彩與原始韻味，在不斷發(fā)展的歷史長(zhǎng)河中，建筑隨著農(nóng)業(yè)時(shí)代、工業(yè)時(shí)代、智能化時(shí)代的更替呈現(xiàn)出獨(dú)特樣貌。當(dāng)下智能技術(shù)不斷進(jìn)步，影響著建筑的發(fā)展，使其從一人一磚一瓦的累積發(fā)展到可電腦模擬、機(jī)器制造。其中參數(shù)化設(shè)計(jì)作為一種方法，極大地影響著當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展。

在計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展下，參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用產(chǎn)生并逐步普及，它主要是指用數(shù)碼、電腦技術(shù)來輔助設(shè)計(jì)。這個(gè)技術(shù)的使用大概開始于20世紀(jì)90年代初期，最早可推至20世紀(jì)80年代晚期，現(xiàn)已成為探索新形式的前衛(wèi)設(shè)計(jì)的主要技術(shù)方法。通過參數(shù)化，在電腦的幾何體系中形成立體形象，應(yīng)用不同的數(shù)碼技術(shù)軟件和參數(shù)建模工具達(dá)到設(shè)計(jì)目的[1]。參數(shù)化設(shè)計(jì)包括生成設(shè)計(jì)、算法集合、關(guān)聯(lián)性模型等核心概念。

2 ?建筑的參數(shù)化設(shè)計(jì)應(yīng)用方式

參數(shù)化設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中成為一種設(shè)計(jì)方法，核心思想是把建筑設(shè)計(jì)全部要素都變成某個(gè)函數(shù)變量，通過改變函數(shù)，或者說改變算法，人們能夠獲得不同的建筑設(shè)計(jì)方案，成為一種理性思維推理過程[2]。在建筑設(shè)計(jì)中，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)師能夠在計(jì)算機(jī)中模擬建筑的狀態(tài)，不同建筑表皮的組合、建筑形態(tài)的轉(zhuǎn)變都能夠在計(jì)算機(jī)中優(yōu)化并得到優(yōu)選方案?，F(xiàn)代建筑與傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)相比，部分形體復(fù)雜、涉及到自由曲面等復(fù)雜元素，通過參數(shù)化方法，落實(shí)復(fù)雜化、具有技術(shù)美的建筑形式。參數(shù)化在建筑設(shè)計(jì)中有兩種應(yīng)用方式，一種是幫助自由形態(tài)的實(shí)現(xiàn)，一種是直接生成合理優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。

2.1 ?形態(tài)的實(shí)現(xiàn)工具--自由化的建筑設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì)本身是一種設(shè)計(jì)方法，也有人將它歸為一種設(shè)計(jì)風(fēng)格，將一系列運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)的建筑歸為參數(shù)化的設(shè)計(jì)風(fēng)格中[3]。在設(shè)計(jì)中通過參數(shù)化的手段，將建筑師筆下復(fù)雜或看似無規(guī)律變化的形態(tài)實(shí)際化，豐富建筑的表皮與整體形式。這種技術(shù)比較多地使用于形態(tài)不規(guī)則的建筑設(shè)計(jì)，以解構(gòu)主義類型的建筑設(shè)計(jì)為例，比如美國建筑師弗蘭克·蓋里、英國建筑師扎哈·哈迪德、荷蘭建筑師雷姆·庫哈斯的建筑設(shè)計(jì)就廣泛地使用參數(shù)化設(shè)計(jì)，如果沒有參數(shù)化技術(shù)，用傳統(tǒng)的作圖手段是很難將項(xiàng)目落為實(shí)地的。

蓋達(dá)爾·阿利耶夫文化中心是扎哈·哈迪德在阿塞拜疆的一個(gè)利用參數(shù)化技術(shù)設(shè)計(jì)的建筑作品。建筑與廣場(chǎng)的起伏，分叉，褶皺還有形態(tài)都讓其展現(xiàn)出熱情開放擁抱城市的姿態(tài)，利用參數(shù)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)并優(yōu)化曲線建筑的構(gòu)建。建筑設(shè)計(jì)模糊了傳統(tǒng)建筑與城市、廣場(chǎng)、地面之間的分化，整體流動(dòng)性的靈感展現(xiàn)創(chuàng)新與傳統(tǒng)的融合。在這個(gè)流體建筑項(xiàng)目中，建筑流體化形態(tài)通過參數(shù)化運(yùn)算與優(yōu)化而最終實(shí)現(xiàn)，使得建筑整體而有機(jī)的表皮和空間相互關(guān)聯(lián)。參數(shù)化技術(shù)幫助建筑形態(tài)的實(shí)現(xiàn)，成為設(shè)計(jì)師從草圖構(gòu)想到建筑方案落定直至建筑項(xiàng)目完成的運(yùn)算設(shè)計(jì)工具。

2.2 ?建筑生成邏輯-合理化的建筑設(shè)計(jì)

參數(shù)的運(yùn)用是一種新的建筑設(shè)計(jì)方法，運(yùn)用這種設(shè)計(jì)方法結(jié)合建筑使用者需求、地塊條件、建筑師的設(shè)計(jì)理念，碰撞出全新的設(shè)計(jì)理論參數(shù)化主義。建筑設(shè)計(jì)師在平臺(tái)將影響建筑設(shè)計(jì)的各種要素作為參數(shù)建立參數(shù)化模型，通過更改參數(shù)來優(yōu)化設(shè)計(jì)，并合理化建筑表皮、建筑整體形態(tài)，還可以實(shí)現(xiàn)模型信息的編輯與整合。設(shè)計(jì)者可直接通過Python等軟件，根據(jù)設(shè)計(jì)想法自行編程或開發(fā)運(yùn)算器，使得建筑根據(jù)現(xiàn)有信息自我生成，以實(shí)現(xiàn)特有的設(shè)計(jì)思路與形式。

建于天津?yàn)I海新區(qū)于家堡金融區(qū)的所有工程辦公中心，利用參數(shù)化幫助生成其智慧化建筑表皮，且極大縮短了設(shè)計(jì)施工時(shí)間，實(shí)現(xiàn)短時(shí)內(nèi)的最優(yōu)建筑方案。建筑各房間功能不同，按采光要求高低分為辦公、休息、大廳、庫房、電梯廳等功能空間。在設(shè)計(jì)中，通過一段腳本將立面的采光信息構(gòu)筑成為一個(gè)曲面，這個(gè)曲面上每一個(gè)點(diǎn)的高低對(duì)應(yīng)著該點(diǎn)采光率的高低，因此立面構(gòu)件應(yīng)滿足其所在位置的采光要求。外廊的外立面設(shè)計(jì)利用參數(shù)化生成以此為基礎(chǔ)，形成不同的開孔率以適應(yīng)內(nèi)部功能的不同要求，同時(shí)也生成為不同的景窗，使觀賞過程變得更加有趣。立面構(gòu)件被設(shè)計(jì)成一系列的以旋轉(zhuǎn)為邏輯改變采光率的幾何構(gòu)件，構(gòu)件間既有連續(xù)的拓?fù)涞葍r(jià)變化，又有連續(xù)的拓?fù)洳坏葍r(jià)變化，即由開放式的線性高采光率的景窗連續(xù)變化到封閉的四邊形及六邊形的低采光率景窗。設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了即使是極為簡(jiǎn)單的幾何關(guān)聯(lián)關(guān)系在對(duì)其特性進(jìn)行充分研究以后只經(jīng)過簡(jiǎn)單的羅列也可以產(chǎn)生豐富的幾何變換關(guān)系。將這個(gè)曲面通過另外一段腳本的運(yùn)算用于控制不同模塊的安裝排列。

最終立面方案為6種不同的模塊，六種連續(xù)變化的模塊代表六種不同的采光率，經(jīng)過腳本對(duì)控制曲面的計(jì)算，標(biāo)有不同模塊的排列位置的施工圖紙自動(dòng)生成。在使用中，不同功能決定不同的開窗方式，產(chǎn)生不同的內(nèi)部感受。不同采光需求對(duì)應(yīng)不同開孔率，使得建筑外立面形成功能性背景下的變換面貌。

3 ?形式-參數(shù)與參數(shù)-形式

參數(shù)化技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)中的兩種應(yīng)用方式，一種是通過設(shè)計(jì)師的思維形成建筑初稿，利用它實(shí)現(xiàn)建筑的模型與實(shí)現(xiàn)方案，是從“形式”到“參數(shù)”的一種應(yīng)用序列。在此序列中，參數(shù)化技術(shù)成為建筑師方案形式的實(shí)現(xiàn)工具，幫助建筑師實(shí)現(xiàn)異形曲面或無序列非線性等特點(diǎn)的建筑設(shè)計(jì)，在不同的場(chǎng)地條件下優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

另一種是通過將不同的建筑設(shè)計(jì)要素輸入，參數(shù)化生成設(shè)計(jì)概念，是從“參數(shù)”決定“形式”的設(shè)計(jì)途徑，是參數(shù)化的思維邏輯。通過場(chǎng)地要素、需求要素、功能要素等限制條件，主動(dòng)生成某幾種形式方案，再比選出最優(yōu)方案。這兩種應(yīng)用方式都使得現(xiàn)代建筑不再是“人”造“房子”這個(gè)簡(jiǎn)單的觀念，在參數(shù)化技術(shù)的介入下，經(jīng)數(shù)據(jù)分析完成的更加合理化的方案。

4 ?結(jié)束語

不論何種應(yīng)用方式，建筑在參數(shù)化設(shè)計(jì)的影響下成為多維設(shè)計(jì)。參數(shù)化技術(shù)在飛速發(fā)展，在建筑設(shè)計(jì)上已經(jīng)成為一個(gè)關(guān)鍵詞。很多人將“參數(shù)化”誤認(rèn)為一種外在的表現(xiàn)形式或風(fēng)格化特征。參數(shù)化設(shè)計(jì)更重要的是一種三維（四維）的設(shè)計(jì)思維方式，就如平面設(shè)計(jì)不等于Photoshop。參數(shù)化建筑外形擺脫了經(jīng)典阿基米德幾何構(gòu)成法則的束縛，將建筑設(shè)計(jì)方法模擬成一個(gè)有生命行為的自然之物的“生成”過程--以自身的遺傳基因作為內(nèi)在法則控制形態(tài)生成，同時(shí)受到各種外界條件的作用，二者促使生物進(jìn)行自我組織及自我調(diào)節(jié)，從而生成一個(gè)適應(yīng)生存的形體。參數(shù)化設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)思想上傳承了非線性的“涌現(xiàn)”觀念，將設(shè)計(jì)師與建筑的關(guān)系從過去自下而上地將形式強(qiáng)加給世界的“主體”與“客體”的角色關(guān)系轉(zhuǎn)化為自下而上地依世界生成形式的“主體”與“主體”之間的關(guān)系。

參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上可參與建筑全生命周期，除了對(duì)前期方案與施工的幫助，參數(shù)化的設(shè)計(jì)可提供參數(shù)關(guān)聯(lián)窗口交互操作機(jī)制及建模形式，在建模過程中被記錄，建成后可被回訪，提升了項(xiàng)目透明度。參數(shù)化在建筑后期的維護(hù)方面能提供數(shù)據(jù)信息、問題分析及解決途徑等。

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