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      參數(shù)化非線性公共建筑空間設(shè)計(jì)

      2021-08-12 07:07:20郭艷云黃宇申
      建材與裝飾 2021年23期
      關(guān)鍵詞:參變量動(dòng)線煙霧

      郭艷云,黃宇申

      (廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院,廣東 廣州 511483)

      1 參數(shù)化及非線性設(shè)計(jì)

      參數(shù)化設(shè)計(jì)就是參變量化設(shè)計(jì),也就是把設(shè)計(jì)參變量化。首先把影響建筑的主要因素作為參變量,然后通過(guò)規(guī)則系統(tǒng)(即算法)作為指令來(lái)改變其他參數(shù),當(dāng)在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言環(huán)境中輸入?yún)⒆兞繑?shù)據(jù)信息,同時(shí)執(zhí)行算法指令時(shí),就可實(shí)現(xiàn)生形目標(biāo),得到建筑方案雛形[1]?!胺蔷€性”即不是“線性”的,所謂線性,指兩個(gè)變量之間可用直角坐標(biāo)系中一段直線表示的一種關(guān)系[2]。

      2 建筑原型生成過(guò)程

      2.1 煙霧擴(kuò)散動(dòng)態(tài)過(guò)程

      項(xiàng)目位于廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院青山湖旁,設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于煙霧。首先對(duì)煙霧擴(kuò)散時(shí)間過(guò)程進(jìn)行拍攝,拍攝結(jié)果如圖1所示,記錄出不同時(shí)間點(diǎn)煙霧呈現(xiàn)的形態(tài)。可觀察煙霧在不同時(shí)間點(diǎn)呈現(xiàn)形態(tài)不一,且都有其內(nèi)在結(jié)構(gòu)形態(tài)。為進(jìn)一步了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況使用CINEMA4D來(lái)對(duì)某時(shí)間段的煙擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行模擬內(nèi)部粒子活動(dòng)過(guò)程,從擴(kuò)散動(dòng)態(tài)過(guò)程中可看出內(nèi)部有很清晰且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)支撐,而不是雜亂無(wú)章的走序,將根據(jù)模擬出來(lái)的煙霧粒子分布形態(tài),提取其中關(guān)鍵幀或某個(gè)形態(tài)用來(lái)深入分析。

      圖1 煙霧拍攝(圖片來(lái)源:網(wǎng)絡(luò))

      2.2 點(diǎn)云粒子分析

      在提煉出來(lái)的C4D模擬系統(tǒng)中的點(diǎn)云粒子系統(tǒng)分布顯示如圖2所示,不同時(shí)間段的粒子密集程度來(lái)觀察出集中點(diǎn)和分散點(diǎn),挑選3s和5.2s的時(shí)候這個(gè)型是相對(duì)最穩(wěn)定且分布也是最有層次的,將這兩個(gè)點(diǎn)云粒子圖作為建筑原型進(jìn)行進(jìn)一步拓展。

      圖2 點(diǎn)云粒子分析

      2.3 粒子系統(tǒng)找出建筑空間動(dòng)線

      對(duì)選取的T=2.55s和T=4.65s的粒子分析圖使用Grasshopper的最短路徑,得出基礎(chǔ)形態(tài)和空間走向的路徑線如圖3所示,然后提取空間主要?jiǎng)泳€為空間動(dòng)線及建筑形態(tài)走向,從得出的路徑線可以初步推算出空間的聚合及分隔。在原有的空間動(dòng)線的基礎(chǔ)上運(yùn)用Geomagic Studio逆向工程封面來(lái)找出建筑外殼形體,在這個(gè)過(guò)程中GS會(huì)根據(jù)之前的空間進(jìn)行優(yōu)化并得出建筑雛形,如圖4所示。

      圖3 建筑動(dòng)線

      圖4 建筑外殼形體

      3 技術(shù)路線

      根據(jù)建筑位置環(huán)境分析太陽(yáng)運(yùn)行軌跡并計(jì)算出1d內(nèi)的受光時(shí)長(zhǎng)及溫度,選址于廣州屬于南亞熱帶季風(fēng)性海洋氣候,夏季時(shí)段超過(guò)6個(gè)月。通過(guò)用Ghrasshopper設(shè)定好建筑地區(qū)位置計(jì)算得出建筑光照就9月9—15時(shí)的日照時(shí)長(zhǎng)及太陽(yáng)方位圖,從圖6中可得出最高氣溫可達(dá)到25.5℃,其最低溫度都保持在23.2℃以上。同時(shí)從建筑照射時(shí)長(zhǎng)圖可得最長(zhǎng)光照時(shí)長(zhǎng)為5~6h其面積均處于建筑受光面最高處,其次是3~4h受光時(shí)長(zhǎng)處于較分散區(qū)域面積多在最長(zhǎng)照射區(qū)域附近,其中從立面視圖可得出建筑最大照射時(shí)長(zhǎng)為0~2.4h的區(qū)域是最大的,如圖5所示。

      圖5 建筑區(qū)域溫度模擬

      對(duì)建筑表皮照射時(shí)長(zhǎng)圖中再進(jìn)一步通過(guò)計(jì)算建筑表面體積及體積中心并根據(jù)重心體積慣性力能數(shù)據(jù)分析出建筑表皮的部位的開(kāi)口形狀。同時(shí)還會(huì)根據(jù)建筑光照時(shí)長(zhǎng)來(lái)確定建筑表皮上開(kāi)口的疏密及大小間距,在藍(lán)色區(qū)域間距相對(duì)較大,保證充足的通風(fēng),在黃色區(qū)域光照照射時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)表皮都處于封閉狀態(tài)或少量開(kāi)口,這樣才能更好地避免建筑長(zhǎng)時(shí)間被日光照射,最終通過(guò)計(jì)算機(jī)生成的建筑表皮結(jié)果如圖6所示,在通過(guò)GH優(yōu)化表皮結(jié)構(gòu),最終得出建筑效果如圖7所示。

      圖6 建筑表面日照時(shí)長(zhǎng)分析

      圖7 建筑造型效果

      4 結(jié)語(yǔ)

      參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的規(guī)則系統(tǒng)及描述規(guī)則的語(yǔ)言、軟件參數(shù)模型、參變量,以及生成的形體都是顯形可見(jiàn)的,與建筑師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程相比,再也不是人腦黑箱生成的不可見(jiàn)過(guò)程,相反,它是邏輯化可控的科學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程。

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