建筑全生命周期：建造過(guò)程的生成式設(shè)計(jì)策略

（文）羅伯特?斯圖爾特-史密斯 英國(guó)AA建筑聯(lián)盟學(xué)院

郭馨＊ 深圳大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院

（圖）英國(guó)AA建筑聯(lián)盟學(xué)院- DRL設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)室

建筑全生命周期：建造過(guò)程的生成式設(shè)計(jì)策略

（文）羅伯特?斯圖爾特-史密斯 英國(guó)AA建筑聯(lián)盟學(xué)院

郭馨＊ 深圳大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院

（圖）英國(guó)AA建筑聯(lián)盟學(xué)院- DRL設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)室

Building Life-Cycle: A Generative Design Approach to Production

作為對(duì)遠(yuǎn)古和現(xiàn)代文明進(jìn)步的一種歷史傳承，建筑環(huán)境是人類(lèi)取得成功的關(guān)鍵所在，是人類(lèi)引以為豪或飽受煎熬的核心。設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量不但對(duì)建筑居住者的生活帶來(lái)直接影響，也對(duì)創(chuàng)造和維護(hù)這些建筑所需的全球資源產(chǎn)生影響。建筑消耗了全球40%的原材料、72%的電力和39%的全球總能源。這些數(shù)字可能會(huì)讓人對(duì)建筑行業(yè)的現(xiàn)狀產(chǎn)生擔(dān)憂，但它們也可以被定義為一個(gè)具有競(jìng)爭(zhēng)意義的指標(biāo)來(lái)不斷改善，即在改善生活和環(huán)境質(zhì)量的同時(shí)，提升資源利用的經(jīng)濟(jì)效益。從實(shí)用性角度看，建筑是一種消費(fèi)品。如果忽略了這一事實(shí)，則否定了建筑與其建造過(guò)程之間存在的一種更有創(chuàng)意的綜合協(xié)調(diào)關(guān)系；而承認(rèn)建筑是一種消費(fèi)品，則會(huì)促使我們?cè)诮ㄔ爝^(guò)程中進(jìn)行創(chuàng)新，從而為用戶帶來(lái)更大利益，為客戶創(chuàng)造更多利潤(rùn)，為建筑師帶來(lái)更多的設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)。建造過(guò)程的創(chuàng)新，使設(shè)計(jì)與建造之間的關(guān)系變得更加緊密、更有意義，同時(shí)讓建筑物在建筑環(huán)境和自然環(huán)境中起到更為積極的作用。

目前，對(duì)建筑行業(yè)環(huán)保效能的關(guān)注主要集中在建筑施工與建筑管理等方面，這就為深入研究探討建筑本質(zhì)的設(shè)計(jì)帶來(lái)了機(jī)會(huì)。AA建筑聯(lián)盟學(xué)院.DRL專(zhuān)業(yè)的羅伯特?斯圖爾特-史密斯工作室通過(guò)對(duì)建筑全生命周期的反思，探索設(shè)計(jì)的生成過(guò)程。該工作室對(duì)建筑物的建造、施工、裝配、使用和拆除等方面的因素進(jìn)行了探討，以期提出極具設(shè)計(jì)潛力的經(jīng)濟(jì)性方案。

生成式技術(shù)是一個(gè)充滿創(chuàng)造力的過(guò)程。這種創(chuàng)造過(guò)程已經(jīng)在藝術(shù)和設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用了不短的時(shí)間，但它們主要關(guān)注抽象的創(chuàng)意方法，以避免預(yù)判和復(fù)制新奇的作品。利用分析工程的軟件和計(jì)算機(jī)編程，使得超越業(yè)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的3D BIM軟件的定制設(shè)計(jì)方法成為可能，從而能在獨(dú)特的富有創(chuàng)意的設(shè)計(jì)過(guò)程中，解決建筑中經(jīng)常面臨的實(shí)際沖突和約束。獨(dú)出心裁超越新奇是因?yàn)樗鼘⒃O(shè)計(jì)的性能表現(xiàn)以及因果關(guān)聯(lián)都作為其固有的一種屬性埋藏在設(shè)計(jì)解決方案內(nèi)。

本文中所列舉的項(xiàng)目是倫敦AA建筑聯(lián)盟學(xué)院的建筑與城市規(guī)劃碩士課程-設(shè)計(jì)研究實(shí)驗(yàn)室（DRL）專(zhuān)業(yè)-的畢業(yè)設(shè)計(jì)成果，畢業(yè)設(shè)計(jì)課程為期12個(gè)月。該課程強(qiáng)調(diào)創(chuàng)新性設(shè)計(jì)研究，學(xué)生需要花大量時(shí)間對(duì)運(yùn)算化設(shè)計(jì)方法、預(yù)制工藝及推測(cè)性設(shè)計(jì)方案進(jìn)行學(xué)習(xí)研究。通過(guò)這一課程，學(xué)生可以學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)編程，使用工業(yè)機(jī)器人、激光切割機(jī)、計(jì)算機(jī)數(shù)控機(jī)床（CNC）、電子設(shè)備、機(jī)器人等數(shù)字制造設(shè)備，并進(jìn)行材料實(shí)驗(yàn)和制作工作原型。他們的研究成果為建筑業(yè)帶來(lái)了新的發(fā)展方向，并為建筑師提供了更多的技術(shù)資源。這些項(xiàng)目還讓學(xué)校與更多的行業(yè)和專(zhuān)家建立了重要的合作關(guān)系，提倡未來(lái)在建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域更注重跨學(xué)科合作，并由業(yè)內(nèi)專(zhuān)家提出意見(jiàn)，對(duì)這些推測(cè)性研究結(jié)果進(jìn)行論證。目前，參與合作的有結(jié)構(gòu)工程師、計(jì)算機(jī)專(zhuān)家、機(jī)器人專(zhuān)家、藝術(shù)家及眾多的制造和技術(shù)公司。

工作室通過(guò)不同的項(xiàng)目探討生成式的預(yù)制、具有時(shí)效性的物質(zhì)性，具有時(shí)效性的實(shí)用性，機(jī)器人學(xué)、現(xiàn)場(chǎng)機(jī)器人施工等方面的研究，發(fā)展形成具有創(chuàng)意的建筑建造方案。這一基于時(shí)間維度的工藝流程通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬和工作原型的物理模型來(lái)運(yùn)作。這些項(xiàng)目旨在最大程度減少材料的使用，減少建筑垃圾及運(yùn)輸需求，利用自然環(huán)保工藝，實(shí)現(xiàn)回收或再利用。而每一項(xiàng)目都包含了一種對(duì)建筑全生命周期的概念性回應(yīng)、一種裝配理念，以及一種運(yùn)算化設(shè)計(jì)方法。每一個(gè)項(xiàng)目都包括材料的各種組織方式，并且比目前行業(yè)涉及到的更為細(xì)化。這種細(xì)化程度讓這些項(xiàng)目具有多種實(shí)用性，以及獨(dú)特的設(shè)計(jì)特性。例如，SoftKill或SCL學(xué)生小組的項(xiàng)目使用了獨(dú)特的高分辨率多孔材料組織，大大減少了總體建筑材料用量，但與普通結(jié)構(gòu)相比仍能保持有效的結(jié)構(gòu)性能。這些性能通過(guò)與AKT2結(jié)構(gòu)工程公司的定期咨詢會(huì)議和合作，從概念上和技術(shù)上都得到了驗(yàn)證。

總體而言，該工作室的成果展示著一種設(shè)計(jì)的興趣點(diǎn)，即視覺(jué)上所表現(xiàn)出來(lái)的設(shè)計(jì)品質(zhì)是策略性的建造過(guò)程所具有的一個(gè)固有屬性。這些研究成果包括工作室從過(guò)去六年到現(xiàn)在的一些精選項(xiàng)目。讓人欣慰的是，那些較早期的項(xiàng)目至今并沒(méi)有失去其先鋒性，這也證明AA.DRL的研究工作保持著進(jìn)取性和相關(guān)性。工作室的早期工作從算法引導(dǎo)設(shè)計(jì)和材料成形方面探索創(chuàng)新。許多項(xiàng)目通過(guò)創(chuàng)造性地利用材料力學(xué)（如，表面張力）或材料階段性的性質(zhì)改變，避免了使用裝配模板，而是通過(guò)材料的自我成形對(duì)建筑各個(gè)部件進(jìn)行配置。這些問(wèn)題在項(xiàng)目描述中得以說(shuō)明。

該工作室近年來(lái)進(jìn)行了機(jī)器人技術(shù)研究，能利用設(shè)計(jì)算法對(duì)場(chǎng)外和現(xiàn)場(chǎng)施工場(chǎng)景所用材料和建造過(guò)程進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)算。最近幾個(gè)項(xiàng)目所展示的空中機(jī)器人研究表明，學(xué)術(shù)推測(cè)與產(chǎn)業(yè)實(shí)施之間的差距正在縮小，因?yàn)檫@項(xiàng)研究通過(guò)計(jì)算機(jī)編程直接在機(jī)器人硬件上進(jìn)行。在最近的幾個(gè)例子中，基于計(jì)算機(jī)的設(shè)計(jì)模擬與最終建造行為之間已經(jīng)沒(méi)有實(shí)質(zhì)差別，因兩者都依照相同的計(jì)算機(jī)代碼將設(shè)計(jì)和建造壓縮在一個(gè)建造過(guò)程中。機(jī)器人施工和制造技術(shù)的進(jìn)步，必然會(huì)讓建造過(guò)程更加自由，從而帶來(lái)更大的設(shè)計(jì)自由。

福特T型車(chē)的生產(chǎn)工藝讓汽車(chē)制造能夠通過(guò)量產(chǎn)取得巨大成功。今天，這種工藝升級(jí)為“大量定制”，實(shí)現(xiàn)了汽車(chē)制造的定制化，客戶可從各種不同產(chǎn)品中選擇內(nèi)飾等汽車(chē)部件。建筑生產(chǎn)所要求的靈活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于汽車(chē)制造的靈活性，因?yàn)槭聦?shí)上幾乎每一座建筑物的尺寸和形狀都是定制的。

直到近年來(lái)，建筑的大批量生產(chǎn)才通過(guò)不完善的“福特式”的框架得以實(shí)現(xiàn)，但建筑構(gòu)件仍局限于相同的形狀尺寸。這種方式在經(jīng)濟(jì)和設(shè)計(jì)上的不足使得建筑生產(chǎn)逐漸從“大規(guī)模生產(chǎn)”轉(zhuǎn)向“大規(guī)模定制”。

工業(yè)機(jī)械臂已經(jīng)在汽車(chē)制造領(lǐng)域應(yīng)用了幾十年，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)靈活性，而現(xiàn)在這種機(jī)械手臂也在國(guó)內(nèi)許多大學(xué)建筑系廣泛應(yīng)用。建筑行業(yè)大量定制服務(wù)方面的進(jìn)步，對(duì)建筑設(shè)計(jì)而言存在兩種可能的前景。它既可類(lèi)似于汽車(chē)行業(yè)，只用來(lái)對(duì)量產(chǎn)部件稍作變更，或者實(shí)現(xiàn)向定制化制造過(guò)程的根本性轉(zhuǎn)型，而建筑設(shè)計(jì)能夠?yàn)閯?chuàng)新生產(chǎn)過(guò)程制定戰(zhàn)略，從而產(chǎn)生設(shè)計(jì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

本期《世界建筑導(dǎo)報(bào)》中展示了AA.DRL羅伯特?斯圖爾特-史密斯工作室的研究成果，這些創(chuàng)新設(shè)計(jì)研究和探索不限制于行業(yè)的時(shí)間和具體實(shí)際限制，但同時(shí)盡可能貼近行業(yè)。雖然其中許多研究成果無(wú)法直接轉(zhuǎn)化并應(yīng)用到行業(yè)的實(shí)踐中去，但這些推測(cè)性設(shè)計(jì)方案以合乎邏輯和周全的方式，提出了具有環(huán)保和經(jīng)濟(jì)效益、伴隨著全面設(shè)計(jì)革新的備選的行業(yè)生產(chǎn)模式。這些研究成果提倡一種更為全面的建筑設(shè)計(jì)方法，對(duì)生產(chǎn)限制條件進(jìn)行研究，并采取創(chuàng)造性的應(yīng)對(duì)措施。從這個(gè)意義上說(shuō)，這些設(shè)計(jì)研究對(duì)未來(lái)建筑發(fā)展的一系列可能性進(jìn)行推測(cè)，創(chuàng)造性地結(jié)合了其生產(chǎn)過(guò)程，并認(rèn)識(shí)到這種結(jié)合也對(duì)設(shè)計(jì)方案本身實(shí)際有益。

＊通訊作者：郭馨 郵箱：xinguo@szu.edu.cn