基于參數(shù)化的建筑設(shè)計(jì)研究

1、<p>　　基于參數(shù)化的建筑設(shè)計(jì)研究</p><p>　　摘 要：近幾年，“參數(shù)化設(shè)計(jì)”在國內(nèi)建筑設(shè)計(jì)界被廣泛提及，它是一種利用計(jì)算機(jī)編程進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法。因其在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域產(chǎn)生的耀眼設(shè)計(jì)成果而受到許多建筑師的追捧與模仿。本文將對這種簡要介紹這種方法并對其特點(diǎn)進(jìn)行分析，同時簡要探討其在中國建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計(jì)；建筑設(shè)計(jì) </p&g

2、t;<p>　　中圖分類號： S611 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A </p><p><b>　　一、前言 </b></p><p>　　二十一世紀(jì)以來，科學(xué)技術(shù)有著日新月異的發(fā)展，同時各學(xué)科間也出現(xiàn)交叉發(fā)展的趨勢。在這樣的趨勢下，一些新興學(xué)科如信息工程、生物科學(xué)，環(huán)境科學(xué)等已經(jīng)深入滲透并影響到建筑領(lǐng)域的發(fā)展。其中，數(shù)字化技術(shù)對建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)生了尤為重要的影響。在建筑

3、設(shè)計(jì)領(lǐng)域，數(shù)字化技術(shù)的應(yīng)用從最早的電腦輔助，已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)如今參數(shù)化設(shè)計(jì)階段。參數(shù)化設(shè)計(jì)是一種模擬人工智能并基于算法的建筑設(shè)計(jì)方法，可以比較精確的解答復(fù)雜的建筑問題，這種特性適合于當(dāng)今時代變化迅速、因素復(fù)雜的設(shè)計(jì)環(huán)境，體現(xiàn)了現(xiàn)有時代精神以及社會需要和技術(shù)特征。因此，參數(shù)化設(shè)計(jì)可謂是又一次基于技術(shù)更新的設(shè)計(jì)革命。基于參數(shù)化的建筑設(shè)計(jì)研究正成為國內(nèi)建筑教育與實(shí)踐領(lǐng)域的熱門話題。 </p><p>　　二、參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)

4、簡介 </p><p>　　“參數(shù)化”的概念來源于關(guān)聯(lián)幾何學(xué)，于二十世紀(jì)六七十年代開始被引入到計(jì)算機(jī)科學(xué)中在發(fā)展相對成熟后被應(yīng)用到實(shí)際生產(chǎn)中，主要是應(yīng)用領(lǐng)域是制造業(yè)，例如輪船制造業(yè)、飛機(jī)制造業(yè)等等?！皡?shù)化設(shè)計(jì)”(Parametric Design) 是指對于結(jié)構(gòu)形狀比較定型的設(shè)計(jì)對象，設(shè)計(jì)者可以利用一組參數(shù)約定其拓?fù)潢P(guān)系從而通過參數(shù)的變化改變其整體圖形，這種方法可以大幅提高設(shè)計(jì)人員的效率，使其有更多的精力專注于

5、設(shè)計(jì)過程本身而非過程中繁瑣的反復(fù)。 </p><p>　　“參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)”作為一種建筑設(shè)計(jì)方法其核心思想，就是將建筑設(shè)計(jì)的所需用到的全要素都變成某個函數(shù)的變量，通過改變參變量的數(shù)值以夠獲得不同的建筑設(shè)計(jì)方案。簡單來講，可以將 “參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)”理解為一種借助計(jì)算機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)方案自動生成的方法。我們可以用公式這樣來表達(dá)： </p><p>　　A=F(m1,m2, ……，mn) <

6、/p><p>　　這是一個簡單的函數(shù)式:A 是建筑形式， 而m1到 mn是可以看做是對建筑形式產(chǎn)生影響的各種參變量，參變量既可以是可以是具體變量（如長度、曲率），也可以是抽象指標(biāo)（如容積率、密度），F(xiàn)則是由按照決定建筑生成規(guī)則所編輯出的算法。 </p><p>　　因此，我們可以這樣理解：參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)就是將建筑設(shè)計(jì)問題通過選擇參數(shù)建立程序的方法轉(zhuǎn)變?yōu)檫壿嬐评韱栴}。這種方法可以將建筑設(shè)計(jì)過程從

7、主觀想象轉(zhuǎn)換為理性的思維設(shè)計(jì)，它的重點(diǎn)不在于建筑形態(tài)的美學(xué)結(jié)果而在于思考推理的過程，可以使人對設(shè)計(jì)的規(guī)則產(chǎn)生重新認(rèn)識，并大幅提高運(yùn)算速度和運(yùn)算量，它將設(shè)計(jì)師的工作用實(shí)現(xiàn)從 “個性揮灑”到“有據(jù)可依”的轉(zhuǎn)變。 </p><p>　　三、參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)的流程與特點(diǎn) </p><p>　　目前，我國許多設(shè)計(jì)單位都將參數(shù)化設(shè)計(jì)運(yùn)用于實(shí)際設(shè)計(jì)中，也有很多學(xué)校將這種前衛(wèi)充滿時代感的設(shè)計(jì)理念運(yùn)用于教學(xué)中

8、，如清華大學(xué)、華南理工大學(xué)等，也取得了廣泛好評。對于參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)在實(shí)際中的運(yùn)用流程，清華大學(xué)的徐衛(wèi)國教授等學(xué)者基于長期的實(shí)踐與教學(xué)中對其進(jìn)行了總結(jié)，其具體過程如下： </p><p>　?。?）調(diào)查場地與整理設(shè)計(jì)條件：這一步是整個參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)的起點(diǎn)，在設(shè)計(jì)剛開始就要進(jìn)行。其目的是通過對設(shè)計(jì)場地進(jìn)行實(shí)地調(diào)研以獲取與設(shè)計(jì)相關(guān)的各種因素，在經(jīng)過進(jìn)一步匯總整理與分析，確立影響設(shè)計(jì)的主要因素，并將這個因素設(shè)為參數(shù)化模型

9、的輸入?yún)?shù)。 </p><p>　?。?）參數(shù)化模型的建立與建筑雛形的生成：在這一步，設(shè)計(jì)師基于對影響因素之間的關(guān)聯(lián)分析，建立出參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)的算法模型并生成建筑的初步形態(tài)。 </p><p>　?。?）根據(jù)次要因素對雛形進(jìn)行修正：通過上一步的主要因素確定建筑雛型后，需要對建筑雛形進(jìn)一步修正和完善，其主要依據(jù)就是次要因素。 這一步中，要注意根據(jù)專業(yè)的相關(guān)知識和規(guī)定對建筑的功能進(jìn)行適配。 &

10、lt;/p><p>　?。?）建筑形態(tài)的進(jìn)一步完善：在完成建筑形體的分析后，就該由與本次設(shè)計(jì)相關(guān)專業(yè)的人員根據(jù)建筑形態(tài)進(jìn)行結(jié)構(gòu)體系的配置，并對其構(gòu)造邏輯深入研究，完善建筑表皮系統(tǒng)。 </p><p>　　（5）對設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行性能檢驗(yàn)：在經(jīng)過上述各步驟后，就可以對設(shè)計(jì)成果進(jìn)行模擬測試以對其性能進(jìn)行檢驗(yàn)，這些檢驗(yàn)通常包括建筑聲光熱環(huán)境、人流組織、交通疏散等等。 </p><p&

11、gt;　　和以往任何一種建筑風(fēng)格與思潮不同，參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)不僅是建造技術(shù)的改變，更是設(shè)計(jì)思維的變革。這一點(diǎn)使其具有很多個性鮮明的特點(diǎn)。 </p><p>　　首先，參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)是一種基于過程的設(shè)計(jì)思想，所以運(yùn)用此方法時設(shè)計(jì)方案是連續(xù)動態(tài)發(fā)展中的一個瞬間的狀態(tài)而非傳統(tǒng)中作為結(jié)果而存在，設(shè)計(jì)師始終以動態(tài)、發(fā)展的眼光對待設(shè)計(jì)成果，有利于其思維的發(fā)散；其次，相對于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的“自上而下”的理念（建筑師先構(gòu)思出建筑方案

12、的大體形態(tài)，再進(jìn)一步考慮每個細(xì)節(jié)），參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)是一種“自下而上”的設(shè)計(jì)方法，即首先從需求出發(fā)，分析各個因素間的關(guān)系并建立規(guī)則，最后綜合各因素生成綜合作用形態(tài)；同時，它還是一種人機(jī)互動的設(shè)計(jì)模式，設(shè)計(jì)者分析設(shè)計(jì)條件與需求建立數(shù)字模型，用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算能力代替人腦的思維，通過計(jì)算機(jī)的語言描述設(shè)計(jì)過程進(jìn)而生成所需的建筑形態(tài)，實(shí)現(xiàn)真正意義上的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)；最后，參數(shù)化的靈活性其設(shè)計(jì)結(jié)果具有動態(tài)可控性，每當(dāng)設(shè)計(jì)的條件或設(shè)計(jì)想法改變的時候，

13、可以直接通過修改模型參數(shù)得到新的結(jié)果。 </p><p>　　四、關(guān)于參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)的反思 </p><p>　　毋庸置疑，參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)為建筑設(shè)計(jì)注入了新的血液和活力，對建筑設(shè)計(jì)師產(chǎn)生很大影響，這種設(shè)計(jì)方法的特性使其具有許多優(yōu)點(diǎn)，比如可以高效地創(chuàng)造多種方案從而大幅提高設(shè)計(jì)效率、其使用可以貫穿各個方案階段、在發(fā)散建筑師設(shè)計(jì)思路的同時使其思維更加縝密等等。但是，任何事情都是雙面的，對于參數(shù)化

14、建筑設(shè)計(jì)的反對聲也一直不絕于耳。反對者們認(rèn)為設(shè)計(jì)者的思維是永遠(yuǎn)無法被軟件程序所取代的，而參數(shù)化設(shè)計(jì)依賴于電腦和軟件，由于電腦所代表的數(shù)字世界和人腦代表的模擬世界無論如何也不會出現(xiàn)互相替代的情況，這種設(shè)計(jì)方法注定只能是作為一種強(qiáng)大的工具存在。舉一個簡單的例子，建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域會涉及到美學(xué)問題，而美學(xué)問題主要涉及傳統(tǒng)和個人的主觀感受，很難被“參數(shù)化”，故無法利用計(jì)算機(jī)解決這個問題。正如不是所有的建筑因素都能被參數(shù)化，電腦的“0”和“1”二進(jìn)制算

15、法遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法取代全人腦的主觀判斷。除此之外，人腦對設(shè)計(jì)結(jié)果的區(qū)分能力和對模糊性結(jié)果的界定也是計(jì)算機(jī)無法替代的。 </p><p>　　如果將國外同行的設(shè)計(jì)成果和國內(nèi)的成果相比較，可以很明顯發(fā)現(xiàn)國內(nèi)的參數(shù)化建筑設(shè)計(jì)還處于一種很低級的階段。國內(nèi)的建筑項(xiàng)目，絕大部分遵循 “形式追隨功能”的思路，在政府和開發(fā)商定好了容積率等技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，再滿足日照標(biāo)準(zhǔn)，然后才進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)，這時建筑方案只有很少的幾種可能性。就目前來看，中

16、國的整體經(jīng)濟(jì)環(huán)境客觀上還沒有提供給設(shè)計(jì)者太多完全使用參數(shù)化項(xiàng)目的設(shè)計(jì)機(jī)會。 </p><p><b>　　五、結(jié)語 </b></p><p>　　自2008年以來，國內(nèi)建筑教育與實(shí)踐領(lǐng)域?qū)?shù)化建筑設(shè)計(jì)的研究愈發(fā)熱烈，這種炙手可熱的設(shè)計(jì)手段似乎將成為未來建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的主導(dǎo)力量，但同時關(guān)于這個方向的分歧與爭執(zhí)亦十分激烈。參數(shù)化設(shè)計(jì)的根本目的是用新的軟件工程方法來延伸人的

17、思維，為我們提供更多可能的選擇。因此，對于目前中國的建筑師，應(yīng)該在加深對這個工具的理解，才能更好的利用它為自己乃至社會服務(wù)。當(dāng)然，要達(dá)到這樣的目標(biāo)更需要社會各行業(yè)多方通力合作。相信在未來，我國基于參數(shù)化的建筑設(shè)計(jì)研究會有新的突破。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]《數(shù)字建構(gòu)——青年建筑師作品》尼爾·林奇等，中國建