建筑參數(shù)化設(shè)計的發(fā)展及應(yīng)用的研究

李文凱

（陜西省西北工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710129）

1 建筑參數(shù)化設(shè)計的概述

1.1 建筑參數(shù)化設(shè)計的概念。參數(shù)化設(shè)計，是建筑設(shè)計中一種常用的輔助設(shè)計方法。其主要原理是，在建筑設(shè)計中需要將重要因素變成某個函數(shù)的變量，通過改變某個因素，從而改變函數(shù)結(jié)果，使得人們能夠獲得不同的建筑設(shè)計方案。建筑參數(shù)化設(shè)計是建筑設(shè)計的輔助設(shè)計手段，其運用計算機(jī)和智能軟件構(gòu)建出一系列具有某種函數(shù)關(guān)系的模型，人們修改其中一個單位模型的參數(shù)，被此參數(shù)綁定的建筑要素會進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

1.2 建筑參數(shù)化設(shè)計早起發(fā)展及發(fā)展歷程。在人類歷史長河中，發(fā)生過三次有代表性的參數(shù)化革命。第一次是秦始皇時期的度量衡的確定，從此天下有了統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)。第二次是用宋朝時期用圖紙來進(jìn)行設(shè)計，從此建筑設(shè)計開始畫圖、標(biāo)尺寸、做模型。第三次是計算機(jī)軟件輔助下的參數(shù)化設(shè)計，這是一次極大的飛躍，對建筑設(shè)計產(chǎn)生了重大影響。正如上文所述，建筑參數(shù)化設(shè)計是計算機(jī)科技發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，對于這次飛躍，參數(shù)化技術(shù)的發(fā)展可分為三個小階段。20世界70年代末至80年代初，出現(xiàn)了最初的參數(shù)化理論和思想；20世紀(jì)80年代中期至90年代初，參數(shù)化設(shè)計中引入了計算機(jī)人工智能技術(shù)，這使得參數(shù)化設(shè)計變得更加專業(yè)化和精細(xì)化，能夠幫助設(shè)計師精確對設(shè)計對象進(jìn)行控制；20世紀(jì)90年代中期至今，研究人員開發(fā)了參數(shù)化設(shè)計軟件，如CATTA、CAD等，此后，參數(shù)化設(shè)計得到了快速發(fā)展和廣泛運用。

2 建筑參數(shù)化設(shè)計的發(fā)展趨勢

2.1 建筑參數(shù)化設(shè)計的技術(shù)本質(zhì)。建筑參數(shù)化設(shè)計的技術(shù)本質(zhì)是設(shè)計師通過運用參數(shù)化設(shè)計軟件，生成一系列幾何模型，這些幾何模型具有特殊的聯(lián)動關(guān)系，當(dāng)修改其中一個參數(shù)時，其他模型會作出相應(yīng)的修改。參數(shù)化設(shè)計的優(yōu)點在于，當(dāng)設(shè)計師改變了設(shè)計思路或者某一參數(shù)時，利用軟件可以輕松地做出改變，而不需要對每一個局部進(jìn)行修改。建筑參數(shù)化設(shè)計為設(shè)計師提供了很多種設(shè)計方案，可以生成出各種各樣的建筑造型，設(shè)計師的工作變得簡單、高效。

2.2 建筑參數(shù)化設(shè)計發(fā)展趨勢。建筑參數(shù)化設(shè)計方法主要有兩種發(fā)展趨勢：基于復(fù)雜性科學(xué)理論的發(fā)展趨勢和作為普適性設(shè)計工具的發(fā)展趨勢?；趶?fù)雜性科學(xué)理論的發(fā)展在于人類的空間想象能力限制了對建筑復(fù)雜性的表達(dá)，參數(shù)化設(shè)計技術(shù)可以解決建筑復(fù)雜性的表達(dá)問題。設(shè)計師通過軟件設(shè)定初始參數(shù)，然后輸入影響因子，編輯生產(chǎn)邏輯，便可生成圖解信息，此圖解信息可以是各種各樣的形式，這些形式幫助設(shè)計師在思想上搭設(shè)了“臺階”，為下一步創(chuàng)作提供了依據(jù)。建筑參數(shù)化設(shè)計的另一個發(fā)展方向是作為普適性設(shè)計工具，即能夠幫助設(shè)計師優(yōu)化設(shè)計過程，以一種高效、便利的方式處理建筑設(shè)計中出現(xiàn)的問題。區(qū)別于在復(fù)雜科學(xué)理論上的運用，這種參數(shù)化設(shè)計主要用于對已經(jīng)明確的方案做進(jìn)一步的處理。

3 建筑參數(shù)化設(shè)計運用策略

3.1 不同設(shè)計階段的復(fù)雜性簡介。在設(shè)計理念的產(chǎn)生階段和圖解生形階段，建筑設(shè)計的復(fù)雜性表現(xiàn)在建筑師將初始設(shè)計理念轉(zhuǎn)化成圖形的過程，尤其是一些人文理念和社會理念。在方案深化階段，建筑設(shè)計的復(fù)雜性表現(xiàn)在協(xié)調(diào)設(shè)計理念與外部影響因素的關(guān)系上，將原始的概念雛形發(fā)展為具體的建筑方案過程中，需要全面的考慮際條件和環(huán)境。在施工圖設(shè)計階段，復(fù)雜性主要表現(xiàn)在各種不同的建筑要素之間相互的影響和作用，以及各專業(yè)和各工種之間的協(xié)調(diào)。

3.2 基于復(fù)雜性思維的參數(shù)化運用策略。在復(fù)雜性思維的影響下，建筑師在進(jìn)行建筑設(shè)計時，將工作的重點從設(shè)計結(jié)果轉(zhuǎn)向了建筑設(shè)計過程。但是，在設(shè)計的過程中，如果絕大部分都是人為操控，那么很難模擬出復(fù)雜的生成過程，建筑師必須要借助計算機(jī)人工智能軟件平臺來模擬完成設(shè)計的生成過程，這便是參數(shù)化設(shè)計的運用。建筑師在運用參數(shù)化設(shè)計的過程中，不僅需要設(shè)計邏輯的支持，還需要清晰明了的邏輯圖形，這對完成建筑設(shè)計很重要，尤其是對涉及人文和社會思想的設(shè)計。正如上文所說，基于復(fù)雜性思維的參數(shù)化運用，在不同的設(shè)計階段，有不同的運用方法和策略。譬如，在建筑方案設(shè)計階段，在參數(shù)化運用的過程中，主要工作是協(xié)調(diào)各種參數(shù)要素，對概念雛形進(jìn)行優(yōu)化和處理，使方案變得更加科學(xué)、合理，更加符合建筑的生成規(guī)律。

3.3 基于信息模型技術(shù)的參數(shù)化運用策略。建筑信息模型技術(shù)是解決技術(shù)問題的輔助性設(shè)計工具，是參數(shù)化設(shè)計技術(shù)發(fā)展到一定時期的產(chǎn)物。目前，建筑師對信息模型技術(shù)的運用有多種方式，譬如推敲設(shè)計、模型表現(xiàn)、配合工程等，無論何種方式，都能幫助建筑師大大提高工作效率。例如，建筑師在項目中后期的主要工作不是創(chuàng)作，而是完成設(shè)計的精細(xì)化。此時，基于信息模型技術(shù)的參數(shù)化的優(yōu)勢便體現(xiàn)出來。建筑師利用BIM平臺，可以建立參數(shù)化模型，該模型的建立不僅是幾何空間和幾何形狀的組建，在過程中需要進(jìn)行各項數(shù)據(jù)的輸入，最終生成的建筑模型中包含了全部的參數(shù)，而且這些數(shù)據(jù)還可以用于相關(guān)配套專業(yè)，大大提高建筑師在整個項目的上的工作效率。

結(jié)語

建筑參數(shù)化設(shè)計技術(shù)的運用，大大減小了建筑師的設(shè)計修改和繪圖工作的難度，但是，前期建模難度大、時間長，還要求建筑師有一定的編程基礎(chǔ)。因此，建筑參數(shù)化設(shè)計技術(shù)未來的發(fā)展方向注定是兼顧強(qiáng)大功能和操作便捷性。另一方面，目前，國內(nèi)建筑參數(shù)化設(shè)計技術(shù)主要用于解決復(fù)雜的形式問題，建筑師更喜歡用傳統(tǒng)的設(shè)計方法完成一般主流的建筑形式的設(shè)計，這種局面嚴(yán)重限制了建筑參數(shù)化設(shè)計技術(shù)的發(fā)展。此外，國內(nèi)建筑參數(shù)化設(shè)計技術(shù)的運用相對較落后，在項目上的使用比例比較小，只有少數(shù)實力雄厚的大型設(shè)計公司在部分項目上使用參數(shù)化技術(shù)。鑒于此，筆者期待更多的建筑師和設(shè)計機(jī)構(gòu)在建筑項目上運用參數(shù)化設(shè)計，以促進(jìn)建筑參數(shù)化設(shè)計技術(shù)的快速發(fā)展。

[1]潘望.基于建筑復(fù)雜性的參數(shù)化設(shè)計研究[D].華南理工大學(xué)，2012.

[2]戴春來.參數(shù)化設(shè)計理論的研究[D].南京航空航天大學(xué)，2002.

[3]曾旭東.參數(shù)化建模研究[M].華中科技大學(xué)出版社，2012.