參數(shù)化 數(shù)字化時(shí)代的“道法自然”

千茜 袁俊峰 蔣華平 趙新周 陳君文 唐韻雅

參數(shù)化，在設(shè)計(jì)領(lǐng)域作為一種嶄新的手段，其本質(zhì)就是以數(shù)字化的方式詮釋設(shè)計(jì)目的，構(gòu)建設(shè)計(jì)邏輯，并最終解決設(shè)計(jì)問題，很明確的是在方法論范疇內(nèi)的技術(shù)革命。而我們知道方法論的進(jìn)步也必然推動(dòng)相應(yīng)世界觀的演進(jìn)，文章正是試圖通過筆者有限的參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)踐提出一個(gè)可供討論的世界觀：即參數(shù)化就是“數(shù)字化時(shí)代的道法自然”。之所以得出這樣的結(jié)論，首先要探討的當(dāng)然就是“自然”本身的哲學(xué)涵義

1 自然概念的歷史演進(jìn)

哲學(xué)上把未經(jīng)人類改造的自然稱為“第一自然”，把經(jīng)過人類改造的自然稱為“第二自然”。 第一自然和第二自然在馬克思主義認(rèn)識論中統(tǒng)稱為自然客體，自然客體是指自然界的事物和現(xiàn)象。而第三自然被認(rèn)為是“美學(xué)的自然，是人們按照美學(xué)的目的而建造的自然，是模仿第一或第二自然所建造的……”[1]。

中世紀(jì)之前，有機(jī)論認(rèn)為，自然如同女人一樣：或平和、仁慈、養(yǎng)育眾生，或暴力、災(zāi)害、不可理喻；故對自然采取的態(tài)度是尊重和膜拜。文藝復(fù)興之后，隨著工業(yè)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步，機(jī)械論應(yīng)運(yùn)而生，駕馭自然、對自然的征服和統(tǒng)治，成為統(tǒng)治世界的核心觀念，要將自然“置于限制、制作和塑造中，被技術(shù)和人手做成新東西，象人工制品所表現(xiàn)的那樣”[2]。而面對當(dāng)今自然資源被耗盡的危機(jī)，人們又重回前機(jī)械論世界的環(huán)境價(jià)值觀。保護(hù)自然、尊重自然，成為當(dāng)今世界的主題詞。

圖01 湖南鳳凰南華山國家森林公園生態(tài)敏感度評價(jià)圖

圖02 “歡樂的UU” 藝術(shù)平臺

圖03 青春大道—“踏浪橋”

從機(jī)械論——一種在近代科學(xué)發(fā)展中有著高度影響的自然哲學(xué)開始，一直把自然看作類似于一臺機(jī)器；同時(shí)，機(jī)械論的世界觀把自然的事物和過程看作是靜止的和孤立的，而不是變化的和普遍聯(lián)系的，忽略事物之間的關(guān)聯(lián)和聯(lián)系，這種對自然的認(rèn)識體現(xiàn)在迪卡爾的方法論中就是把事物分解成若干部分，抽象出最簡單的因素來，然后再歸納、總結(jié)。雖然這種方法幾百年來在特定范圍內(nèi)行之有效、但是它不能如實(shí)地說明事物的整體性，不能反映事物之間的聯(lián)系和相互作用，它只適應(yīng)認(rèn)識較為簡單的事物，而不勝任于對復(fù)雜問題的研究。直到20世紀(jì)出現(xiàn)系統(tǒng)論才發(fā)生變化。系統(tǒng)論認(rèn)為，整體性、關(guān)聯(lián)性，等級結(jié)構(gòu)性、動(dòng)態(tài)平衡性、時(shí)序性等是所有系統(tǒng)共同的基本特征。系統(tǒng)論的核心思想是系統(tǒng)的整體觀念，強(qiáng)調(diào)任何系統(tǒng)都是一個(gè)有機(jī)的整體，而不是各個(gè)部分的機(jī)械組合或簡單相加，系統(tǒng)的整體功能要遠(yuǎn)大于各要素在孤立狀態(tài)下的功能。系統(tǒng)論的基本思想方法，就是把所研究和處理的對象，當(dāng)作一個(gè)系統(tǒng)，分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，研究系統(tǒng)、要素、環(huán)境三者的相互關(guān)系和變動(dòng)的規(guī)律性，并優(yōu)化系統(tǒng)觀點(diǎn)看問題。系統(tǒng)論的出現(xiàn)，使人類的思維方式發(fā)生了深刻地變化。這種自然系統(tǒng)論的認(rèn)識實(shí)際上強(qiáng)調(diào)的就是事物與事物間的有機(jī)關(guān)聯(lián)性，而我們知道參數(shù)化在數(shù)學(xué)上解釋的就是數(shù)字與數(shù)字之間的內(nèi)在聯(lián)系，當(dāng)數(shù)字可以表達(dá)自然界事物的話，那么參數(shù)化表達(dá)的不就正是他們之間的內(nèi)在聯(lián)系么？因此在目前數(shù)字化時(shí)代的宏觀背景下，產(chǎn)生以參數(shù)化觀點(diǎn)去認(rèn)識自然的世界觀是歷史的必然，并且作用于人類社會的方方面面，而設(shè)計(jì)行業(yè)作為一個(gè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型較早的信息密集型行業(yè)自然也會受到更廣闊和深遠(yuǎn)的影響。

2 參數(shù)化：對自然規(guī)律的數(shù)字化尊重

文章借用了老子“道法自然”的傳統(tǒng)提法，但其中的“道”應(yīng)該理解成一個(gè)參數(shù)，在文章里它的值等于“參數(shù)化的方法”，而這種方法的價(jià)值準(zhǔn)繩應(yīng)該是“自然”，文章中另一個(gè)重要參數(shù)，在這里定義為世間萬事萬物的自然規(guī)律。

研究參數(shù)化為什么一定要研究自然，尊重自然規(guī)律，原因就是人的本質(zhì)是自然的，人對自然的向往是與生俱來的，如有一種叫“彩色印花混凝土”的材料曾風(fēng)行一時(shí)，通過簡單的模板印出模仿木材的花紋，但很快因?yàn)榧y樣單調(diào)機(jī)械而被淘汰。究其原因就是達(dá)不到自然界中“葉葉都相似、葉葉都不同”的自然美感而得不到人們的認(rèn)同。而現(xiàn)在眾多仿木人造建材廠家顯然已經(jīng)注意到這一點(diǎn)，通過在木紋樣式中增加3-5種自然的變化，特別是增加自然界中才有的、特殊的、不確定的變化，使產(chǎn)品的自然感真實(shí)感大為改觀，從而獲得人們的青睞?？梢妰H是形態(tài)上的自然特征已經(jīng)能體現(xiàn)出人類的基本審美需求是傾向自然的。而自然界的一切物質(zhì)要素的形態(tài)，如云彩、閃電、雪花、樹葉、水滴、細(xì)胞、星球……等，事實(shí)上都是具有一定內(nèi)在規(guī)律的分形形態(tài)。而參數(shù)化恰恰是能使分形學(xué)成果在現(xiàn)實(shí)中得以運(yùn)用的最基本手段之一。這樣的應(yīng)用其實(shí)在影視業(yè)上早已出現(xiàn)，如電影《阿凡達(dá)》中動(dòng)輒上百萬棵樹的超大尺度長景中，其中每棵樹的形態(tài)都是以參數(shù)化方法生成而各不相同，因此具有高度的真實(shí)感和強(qiáng)烈的震撼力。

圖04 不同建筑標(biāo)高的日照強(qiáng)度分析

圖05 “生態(tài)軸”剖面日照強(qiáng)度分析

圖06 植物生長曲線

圖07 建設(shè)難度

圖08 綠島概念

參數(shù)化設(shè)計(jì)并不僅僅體現(xiàn)在對設(shè)計(jì)成果在自然形態(tài)的數(shù)字化解讀和模擬上，也同樣體現(xiàn)在對設(shè)計(jì)和合理性的甄別和判斷上。目前地理信息系統(tǒng)（GIS）的廣泛運(yùn)用就是個(gè)很好的例子。GIS通過把場地的各種生態(tài)因子、人文因子進(jìn)行信息綜合處理和分析歸納，并選擇提煉設(shè)計(jì)參數(shù)直接影響設(shè)計(jì)結(jié)果。如在景觀旅游地的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，經(jīng)常會用GIS對場地進(jìn)行生態(tài)因子和自然要素的分析，以得出土地利用和生態(tài)保護(hù)分析評價(jià)，以便對場地進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃設(shè)計(jì)。在湖南鳳凰南華山國家森林公園項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師就通過對場地地質(zhì)、地形地貌、高程、植被、水文、光照、環(huán)境價(jià)值等多種因素的調(diào)研和分析，得出生態(tài)敏感度評價(jià)圖（圖01）和建設(shè)適宜性評價(jià)圖，以指導(dǎo)土地的開發(fā)利用和保護(hù)，并通過對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)來保障景觀旅游地的自然生態(tài)與景觀骨架的完整性和可持續(xù)性。類似的例子還有很多，但總的來說，我們認(rèn)為參數(shù)化的核心理念應(yīng)該是，尋找現(xiàn)實(shí)事物的內(nèi)在邏輯，依循自然世界的客觀規(guī)律，用數(shù)學(xué)的方法加以解釋并驗(yàn)證，最后指導(dǎo)人們的社會生產(chǎn)實(shí)踐并產(chǎn)生較傳統(tǒng)方法更符合人們當(dāng)代需求的各種效益。

圖09 概念效果圖

3 參數(shù)化設(shè)計(jì)的展望：從形式生態(tài)到功能生態(tài)

正如西班牙建筑師安東尼奧·高迪（Antonio Gaudi）的大量模仿自然的杰作背后隱含的是嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)理邏輯和科學(xué)的設(shè)計(jì)方法一樣，信息技術(shù)的發(fā)展已經(jīng)創(chuàng)造出一種新的“第三自然”——數(shù)字化的“自然”。

建筑或景觀的形態(tài)，經(jīng)過古典主義、現(xiàn)代主義、后現(xiàn)代主義的洗禮發(fā)展到今天，已呈現(xiàn)出生態(tài)化、數(shù)字化、多元化的發(fā)展格局。在現(xiàn)代設(shè)計(jì)中，形態(tài)（或表皮）已經(jīng)從結(jié)構(gòu)中解放出來，并擁有了相對獨(dú)立的形式語言。在參數(shù)化的作用下，形態(tài)呈現(xiàn)出圖形化、漸變式、動(dòng)態(tài)化等特點(diǎn)，即將參數(shù)化作用于形式，可以產(chǎn)生前所未有的、復(fù)雜多變的、或接近自然的形態(tài)。

在“大運(yùn)會火炬塔紀(jì)念廣場設(shè)計(jì)”項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師在火炬塔旁根據(jù)大運(yùn)會標(biāo)志“歡樂的UU”設(shè)計(jì)了一個(gè)景觀藝術(shù)組合，其中運(yùn)用參數(shù)化原理，通過編輯正弦函數(shù)來控制亞克力圓管的起伏高度、半徑、疏密程度等，甚至圓管截面也可以通過初始端數(shù)據(jù)來調(diào)節(jié)變動(dòng)。圓管內(nèi)用激光雕飾大運(yùn)金牌榜等信息，記錄大運(yùn)精彩歷程，并形成絢麗的夜景藝術(shù)平臺（圖02）。在大運(yùn)開幕式上，“青春大道”令人難忘，遺憾的是大運(yùn)會過后，“青春大道”作為臨時(shí)設(shè)施已被拆除，在“大運(yùn)火炬塔紀(jì)念廣場設(shè)計(jì)”項(xiàng)目中，設(shè)計(jì)師試圖用參數(shù)化再現(xiàn)和升華“青春大道”（圖03），設(shè)計(jì)景觀橋作為連接深圳灣體育中心、火炬塔和深圳灣三者之間的紐帶，橋的造型延續(xù)深圳標(biāo)志城雕“闖”的藝術(shù)形象，營造大氣而富有動(dòng)感的城市形象，橋兩翼用參數(shù)化設(shè)計(jì)金屬鋼架起伏變化，既可遮陽，應(yīng)對深圳亞熱帶炎熱氣候，又如同被巨人之手推開的浪花，寓意深圳不斷開拓之路，有戰(zhàn)勝任何困難的勇氣，共同豐富“而立深圳”城市新內(nèi)涵。

大多數(shù)設(shè)計(jì)師熱衷于將參數(shù)化作于形式，醉心于復(fù)雜而多變的“表皮設(shè)計(jì)”，并美其名曰“生態(tài)表皮”（在此筆者姑且稱之為“形式生態(tài)”）；然而更高境界是將參數(shù)化原理作用于功能，做到“功能生態(tài)”，才具有更積極的意義。這方面筆者也做了一些粗淺的嘗試。

在“深圳灣生態(tài)科技園景觀設(shè)計(jì)” 中，由于該項(xiàng)目由近20 棟高層和超高層建筑組成，如何使高塔林立下的中庭和“生態(tài)軸”空間形成林木繁茂的宜人花園，真正體現(xiàn)生態(tài)理念是項(xiàng)目的難點(diǎn)。經(jīng)過日照分析，得出在相對標(biāo)高20m高度之上才有較大的中庭面積，達(dá)到全年平均PAR>6MJ/m2/d的陽性植物生長標(biāo)準(zhǔn)， 而 0-20m高度的太陽輻射量則達(dá)不到6MJ /m2/d（圖04）；由于建筑物的相互遮擋作用，中庭和景觀平臺空間陽光輻射分布不勻，6MJ認(rèn)定的陽生植物光照條件呈現(xiàn)波狀形態(tài)（圖05），設(shè)計(jì)師試著沿這條植物生長的最低限度線種植陽生植物，使之成為一條綠帶，并命名為“反重力生態(tài)波” （圖06）。由于將底層抬高會受到技術(shù)、資金和空間使用上的限制（圖07），設(shè)計(jì)運(yùn)用了懸掛式種植方式，形成空中綠島的概念，一系列綠島串聯(lián)的序列就成為了另一個(gè)景觀——“綠島仙蹤”（圖08）。同時(shí)，建立光能量優(yōu)化分布系統(tǒng)，運(yùn)用特殊設(shè)計(jì)使陽光經(jīng)過幕墻遮陽板和綠島下緣進(jìn)行兩次反射，可以把陽光巧妙的從上層轉(zhuǎn)射到下層，從而為下層的植被供給能量。該裝置還與電腦數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，可以隨太陽角度變化自動(dòng)計(jì)算反射面轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，也可以控制綠島的上下高度，使綠島能夠隨著太陽輻射的變化而變化高度(圖09)。特別需要強(qiáng)調(diào)的是，該設(shè)計(jì)并不需要高難技術(shù)，通過太陽能驅(qū)動(dòng)的液壓裝置就可以實(shí)現(xiàn)，且所消耗的能源全部來自太陽能，真正實(shí)現(xiàn)能量自給自足的低碳理念。

4 參數(shù)化: 來自人腦，回歸自然

從各種意義上來說，參數(shù)化都是人類抽象思維產(chǎn)生的重要成果，但其作用的對象卻大多是人類看得見摸得著的有形人造事物。應(yīng)該說讓這些人造的事物無論看起來還是用起來都更加自然和諧似乎成了人類下意識的本能訴求，人類的智慧和自然的法則似乎在參數(shù)化這一命題上高度統(tǒng)一起來，而參數(shù)化是否能夠?qū)ⅰ半m由人作，宛自天開”的浪漫理想推到一個(gè)更高的境界，就讓我們拭目以待吧。

注釋：

所有圖片均來源于深圳市北林苑景觀及建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司

[1]王向榮,林箐.自然的含義[J].中國園林,2007,(1):6-17.

[2]楊通進(jìn),高予遠(yuǎn).現(xiàn)代文明的生態(tài)轉(zhuǎn)向[M].重慶:重慶出版社,2007:29.