探析非線性建筑的參數(shù)化設(shè)計

數(shù)字化技術(shù)的蓬勃發(fā)展使具有動態(tài)特性的非線性建筑設(shè)計逐漸走上主流設(shè)計的文化舞臺中心，而面對系統(tǒng)化的非線性建筑結(jié)構(gòu)時，以強(qiáng)調(diào)自上而下的設(shè)計理念為依托的參數(shù)建模設(shè)計方法正充斥著整個建筑學(xué)界。文章從非線性建筑參數(shù)化設(shè)計的基本涵義著手，描繪出在參數(shù)化設(shè)計視角下非線性建筑設(shè)計所具有的基本特征，同時概括其設(shè)計方法及操作過程，試圖勾勒出設(shè)計與建造相互交融的未來建筑生產(chǎn)模式。

從畢爾巴鄂古根海姆美術(shù)館到扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所設(shè)計的錯綜復(fù)雜的流線型造型，數(shù)字化氣息的模型和令人震撼的渲染圖在互聯(lián)網(wǎng)上開始蔓延到生活中并隨處可見。計算機(jī)數(shù)字化技術(shù)的引入，導(dǎo)致建筑單體與城市空間兩者之間的功能特性界限變得越來越模糊。建筑物的復(fù)雜性轉(zhuǎn)變是非線性建筑設(shè)計思想產(chǎn)生的前提條件，即強(qiáng)調(diào)影響因子之間參變量的相互作用，并在分析研究過程中讓建筑形態(tài)自然的浮現(xiàn)，將空間形態(tài)的“結(jié)果”轉(zhuǎn)化為“思維過程“。這種建筑設(shè)計邏輯的改變不僅能精確的控制設(shè)計過程中各種細(xì)小因素，同時又可偏離形式主義的誤區(qū)，使設(shè)計的最終整體結(jié)果具備高度智能化。

非線性建筑的“參數(shù)化設(shè)計”概述

作為抽象邏輯“參數(shù)”起源于數(shù)學(xué)，定義為函數(shù)“量”的一種特定屬性，它不是常數(shù)，一般可描述系統(tǒng)中各個部分的內(nèi)在秩序，參數(shù)一旦發(fā)生改變，就有可能大幅度地影響整個系統(tǒng)的運(yùn)行方式。將建筑視為一個非線性的動態(tài)系統(tǒng)，在這個復(fù)雜的系統(tǒng)之中就會存在很多參數(shù)，它們相互關(guān)聯(lián)并且最終可決定整個系統(tǒng)的性能。當(dāng)建筑師通過分析建立起參數(shù)化的關(guān)聯(lián)模式后，就可以通過系統(tǒng)的自身運(yùn)算來解決所面臨的疑難問題。

簡單來說，參數(shù)化設(shè)計是參數(shù)系統(tǒng)通過利用其相關(guān)運(yùn)算技術(shù)，高效且全方位編排或組織系統(tǒng)的一種設(shè)計策略。廣義的參數(shù)化設(shè)計是一種基于數(shù)字技術(shù)的設(shè)計方法，它伴隨計算機(jī)圖形技術(shù)的進(jìn)步而逐步在設(shè)計行業(yè)中發(fā)展起來。在工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域被應(yīng)用得極其廣泛，而在建筑設(shè)計之中才初現(xiàn)端倪，主要原因在于后者牽涉更多的相關(guān)學(xué)科專業(yè)，甚至囊括經(jīng)濟(jì)、政治等內(nèi)在制約因素，使其相關(guān)軟件在設(shè)計開發(fā)時需要解決更為復(fù)雜的技術(shù)難題?？傮w來說，國外對于非線性參數(shù)化設(shè)計的實(shí)踐探索明顯領(lǐng)先于國內(nèi)，并且已經(jīng)邁入了從實(shí)踐跨越到教育的延伸階段，其中頗具代表性的有Zaha Hardid Architects、AAEmtech、UN Studio等，相比之下，國內(nèi)建筑生產(chǎn)環(huán)境的硬件設(shè)施陳舊，設(shè)計思維束縛于傳統(tǒng)，導(dǎo)致建筑師自身表現(xiàn)出尷尬的矛盾性，即在更新設(shè)計技術(shù)的同時不得不進(jìn)行方程式的設(shè)計操作。

參數(shù)化設(shè)計及其技術(shù)平臺

參數(shù)化設(shè)計技術(shù)主要指的是計算機(jī)軟件技術(shù)和數(shù)字建造技術(shù)，它們是參數(shù)化設(shè)計得以存在的關(guān)鍵因素和核心工具。參數(shù)化設(shè)計軟件作為技術(shù)工具，不僅具備能夠建立參數(shù)關(guān)系模式的機(jī)制，同時還擁有模擬和構(gòu)造非線性動態(tài)的能力。使用者以交互的方式對參數(shù)進(jìn)行設(shè)定和修改，再通過軟件運(yùn)行自身所內(nèi)置的高級運(yùn)算技術(shù)來模擬現(xiàn)實(shí)世界。如Bently公司研發(fā)的Generative Components，針對Rhino專門開發(fā)的Grasshopper，它們都是以十分直觀的參數(shù)關(guān)系圖示來呈現(xiàn)參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制。計算機(jī)腳本技術(shù)能將設(shè)計師的思維直接轉(zhuǎn)譯成計算機(jī)程序代碼，從而實(shí)現(xiàn)參數(shù)化軟件在某些方面無法涉及的任務(wù)，最常使用的有Rhinoscript和Maya Embedded Language，設(shè)計師在編寫腳本時可能會耗費(fèi)大量的時間，一旦程序檢測出錯，則需花費(fèi)更多的精力來修改。

基于Autocad平臺開發(fā)的Revit，其中的信息模型就由無數(shù)個虛擬構(gòu)件拼裝而成，在進(jìn)行傳遞和共享數(shù)據(jù)時可有效地減少工程資訊的漏失。數(shù)字制造是通過信息的建模和處理來改進(jìn)制造工藝，在非線性建筑建造的過程中，數(shù)控機(jī)床技術(shù)的激光切割和彎曲技術(shù)被廣泛應(yīng)用，前者適用于平面切割或板材加工，后者則可控制材料的塑性變形。

參數(shù)化設(shè)計的基本邏輯

非線性建筑的參數(shù)化設(shè)計是各種矛盾的綜合體，在構(gòu)建參數(shù)建造模型時，需設(shè)定參數(shù)并尋找彼此作用的平衡點(diǎn)。功能組織是絕大多數(shù)建筑所要解決的首要問題，既可運(yùn)用軟件轉(zhuǎn)譯后顯示的功能組團(tuán)之間的距離遠(yuǎn)近來表現(xiàn)不同區(qū)域之間的吸引力或排斥力，也能先用陣形密度代表空間的功能屬性，再通過選定運(yùn)算法則得到空間動靜特征值進(jìn)而確定功能排布。建筑的形體受其外部環(huán)境以及內(nèi)部活動的雙重影響，因此，遵從結(jié)構(gòu)的多樣性，在自然系統(tǒng)中探尋與環(huán)境相適應(yīng)的形態(tài)并將其中某些能夠用于建筑生成的組織結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)譯為建筑形態(tài)的參數(shù)，這不僅能夠創(chuàng)造出頗具視覺藝術(shù)的建筑形式，還可以解決某些實(shí)際的建筑問題。

建筑結(jié)構(gòu)被稱之為“骨架”，是建筑形式表達(dá)的物質(zhì)基礎(chǔ)，參數(shù)化設(shè)計從幾何的角度輸入結(jié)構(gòu)規(guī)律與形式邏輯之間的參數(shù)值就能精確地生成建筑形式。建筑物理環(huán)境由聲、光和熱三部分構(gòu)成，這些參變量可通過數(shù)學(xué)或物理描述直接轉(zhuǎn)譯，動態(tài)的數(shù)值得以生成不同的非線性建筑方案。同時，將人的心理及行為需求作為設(shè)計的重要參數(shù)，再通過數(shù)字技術(shù)識別，能使無生命的建筑物轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂薪换ツ芰Φ母呒壗ㄖ螒B(tài)。

結(jié)語

在設(shè)計實(shí)施過程中，設(shè)計師的主觀傾向往往一直處于主導(dǎo)地位，而參數(shù)化設(shè)計打破了其主次關(guān)系，將客觀條件的限制置于首要位置，并在此基礎(chǔ)上不斷地優(yōu)化內(nèi)在因素從而生成設(shè)計方案。建筑物是由很多關(guān)聯(lián)因素共同影響生成，如何控制由這些參數(shù)整體形成的動態(tài)可調(diào)節(jié)系統(tǒng)，正是非線性建筑參數(shù)化設(shè)計的本質(zhì)內(nèi)涵。

（作者單位：湖南師范大學(xué)美術(shù)學(xué)院）

作者簡介：王瑋璜（1989-），男，湖南株洲人，湖南師范大學(xué)美術(shù)學(xué)院2013級研究生，研究方向：環(huán)境藝術(shù)設(shè)計。