建筑設(shè)計(jì)中關(guān)聯(lián)參數(shù)化剖析

黃文耀

摘要：本文首先對參數(shù)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了概述，然后介紹了參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)以及在建筑發(fā)展過程中起到的作用，最后，對建筑設(shè)計(jì)中的關(guān)聯(lián)參數(shù)化進(jìn)行了剖析，為后期的相關(guān)建筑設(shè)計(jì)工作提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：建筑設(shè)計(jì)；關(guān)聯(lián)參數(shù)化；設(shè)計(jì)剖析

中圖分類號(hào)：TU201 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674—3024（2016）05—155—02

引言

我國的建筑行業(yè)發(fā)展迅速，但是隨著人們生活水平的提高和商業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對建筑功能也有了更加多樣化的需求。這極大的提升了建筑設(shè)計(jì)的難度，如果還是依靠傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式完成設(shè)計(jì)圖紙和設(shè)計(jì)模型，顯然已經(jīng)不能滿足建筑行業(yè)的發(fā)展需求。計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步促使新型設(shè)計(jì)軟件的出現(xiàn)，為建筑的參數(shù)化設(shè)計(jì)提供了可能。因此，在對建筑設(shè)計(jì)中的關(guān)聯(lián)參數(shù)化進(jìn)行剖析之前，需要介紹參數(shù)化設(shè)計(jì)以及具體的應(yīng)用。

1參數(shù)化設(shè)計(jì)的概述

參數(shù)化設(shè)計(jì)是基于CAD系統(tǒng)的一種設(shè)計(jì)方式，目前，在工業(yè)設(shè)計(jì)、建筑設(shè)計(jì)以及各種產(chǎn)品設(shè)計(jì)中被廣泛應(yīng)用。鑒于目前參數(shù)化設(shè)計(jì)在建筑工程中的應(yīng)用比較廣泛，本文將對其進(jìn)行分析。和現(xiàn)在常用的CAD設(shè)計(jì)方式比較，參數(shù)化設(shè)計(jì)具有自身的應(yīng)用優(yōu)勢和特點(diǎn)，方便進(jìn)行模型修改以及圖像表達(dá)，這樣的話，就可以促進(jìn)三維模型的建立和實(shí)現(xiàn)。在目前的建筑工程中，參數(shù)化設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于建筑整體形態(tài)和表面肌理的研究。

2參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的介紹

參數(shù)一般可以分為兩類，一類是尺寸值，它們叫做可變性參數(shù)；另一類是幾何元素問的各種連續(xù)幾何信息，它們是不可變參數(shù)。在參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)工程關(guān)系和幾何管理來指定設(shè)計(jì)要求。為了使設(shè)計(jì)要求得到滿足，需要考慮建筑尺寸和工程參數(shù)的初始值，并且當(dāng)設(shè)計(jì)參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，還要對這些基本關(guān)系進(jìn)行維護(hù)。在參數(shù)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)的本質(zhì)就是在可變參數(shù)的作用下，系統(tǒng)能夠自動(dòng)維護(hù)所有的不變參數(shù)。因此，設(shè)計(jì)人員的設(shè)計(jì)意圖可以通過參數(shù)化模型中建立的各種約束關(guān)系得到體現(xiàn)。

3參數(shù)化設(shè)計(jì)對建筑設(shè)計(jì)的影響

3.1工具的演變推動(dòng)工作方式和過程的改變

設(shè)計(jì)軟件的進(jìn)步是參數(shù)化設(shè)計(jì)得以實(shí)現(xiàn)的先決條件。電腦繪圖在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域，在我國也有二十多年的發(fā)展歷史，很多建筑設(shè)計(jì)師已經(jīng)習(xí)慣使用CAD等軟件進(jìn)行繪圖，而不僅僅在依靠傳統(tǒng)的手工繪圖。近些年來，設(shè)計(jì)軟件得到不斷的發(fā)展和更新，一方面是由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和人們強(qiáng)烈的探索研究精神，另一方面是建筑技術(shù)發(fā)展的需要以及建筑工程量的增多?？梢哉f，設(shè)計(jì)工具和設(shè)計(jì)技術(shù)是相互促進(jìn)的，具有互推作用。目前軟件的發(fā)展已經(jīng)處于從量變到質(zhì)變的轉(zhuǎn)化，很多強(qiáng)大的軟件都有較為完善的計(jì)算功能和設(shè)計(jì)邏輯，這為參數(shù)化設(shè)計(jì)的誕生奠定了良好的基礎(chǔ)。為了滿足對建筑空間、形態(tài)等各個(gè)方面的綜合要求，建筑行業(yè)借助機(jī)器制造行業(yè)龐大的設(shè)計(jì)功能，這就是以CATIA所代表的各類參數(shù)化建筑工程軟件。利用這些軟件，能夠掌握功能造型建造之間的邏輯關(guān)系，然后再利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，自動(dòng)生成信息數(shù)據(jù)表格，為后期的建筑設(shè)計(jì)和施工提供極大的便利性。

3.2參數(shù)化設(shè)計(jì)在建筑設(shè)計(jì)中的位置

（1）方案設(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)人員對建筑有了整體的構(gòu)想之后，就能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)過程中可能會(huì)面臨的難題列出來，然后借助軟件設(shè)定任務(wù)書，對這些問題進(jìn)行整理。對問題進(jìn)行進(jìn)一步的分析，最終找到可行性強(qiáng)的設(shè)計(jì)方法和相關(guān)問題的解決方案。要想使這些東西在計(jì)算機(jī)中顯示出來，就要使用腳本語言的各種參數(shù)和某些規(guī)律相對應(yīng)，以數(shù)學(xué)知識(shí)中的理論為基礎(chǔ)，把高級(jí)程序語言當(dāng)做載體，從而使極端及在規(guī)定程序的設(shè)定下自動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算過程中是分級(jí)別和分層次進(jìn)行的。這樣一來，就能夠建立一個(gè)自功能到模型的樞紐。

參數(shù)化軟件能夠生成非常形象化的圖形，并且可以對圖形進(jìn)行分類和加工，從而創(chuàng)造出具有外觀特點(diǎn)獨(dú)立型、視覺沖擊力較強(qiáng)，并且有自身的數(shù)字特點(diǎn)和理性分析功能的建筑形象，或者是整體的結(jié)構(gòu)模型。借助這些模型，可以在工程方案的招投標(biāo)工作中，給投標(biāo)單位更加直觀化的形象感受，增強(qiáng)他們的投標(biāo)意向。在我國很多的大型工程建筑投標(biāo)過程中，都利用參數(shù)化設(shè)計(jì)模式呈現(xiàn)了形象化的建筑模型，大大增加了投標(biāo)質(zhì)量。

（2）施工圖紙?jiān)O(shè)計(jì)階段

設(shè)計(jì)人員利用參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行關(guān)鍵施工部位的設(shè)計(jì)工作，利用參數(shù)化模型，建筑設(shè)計(jì)師和工程人員能夠制作出二維的設(shè)計(jì)圖，如果該圖不符合設(shè)計(jì)需求，還可以很方便的對其進(jìn)行調(diào)整，直到最終得到滿意的效果。然后還可以批量打印成施工圖紙，提供給施工單位。如果在實(shí)際的施工過程中，需要進(jìn)行設(shè)計(jì)變更，也可以直接借助設(shè)計(jì)軟件對原有的二維圖進(jìn)行修改，避免了人工修圖的麻煩。雖然目前的建筑類型更加多樣化，復(fù)雜程度也更高，但是也更加明顯體現(xiàn)出了設(shè)計(jì)軟件的作用，減輕了設(shè)計(jì)人員的工作壓力。借助參數(shù)化設(shè)計(jì)可以幫助建筑師將過去不能通過人工畫圖實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜建筑形式表現(xiàn)出來，并且更加有立體感和直觀感。

4建筑設(shè)計(jì)中關(guān)聯(lián)參數(shù)化分析

隨著我國建筑行業(yè)的快速發(fā)展，對設(shè)計(jì)要求和設(shè)計(jì)質(zhì)量有了更高的要求。參數(shù)化設(shè)計(jì)和算法建筑逐漸成為建筑數(shù)字化設(shè)計(jì)中最有潛力的發(fā)展領(lǐng)域之一。在傳統(tǒng)建筑設(shè)計(jì)中，普遍重視建筑的實(shí)際形態(tài)和功能，屬于自上而下的設(shè)計(jì)方式。而在數(shù)字化設(shè)計(jì)中，建筑的空間、功能以及建筑師對建筑的各種期望都能通過信息化模型呈現(xiàn)出來，并將其轉(zhuǎn)譯成一個(gè)個(gè)參數(shù)，利用這些參數(shù)還可以建立非形態(tài)的數(shù)理模型，而建筑的最終形態(tài)就能夠通過一個(gè)抽象的結(jié)果呈現(xiàn)出來，這種就屬于自下而上的設(shè)計(jì)。通過對建筑各個(gè)主觀機(jī)能和客觀機(jī)能進(jìn)行參數(shù)轉(zhuǎn)化，并確立設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)要素物體之間的關(guān)聯(lián)性和相互影響的規(guī)，從而得到一個(gè)精確完整的參數(shù)模型。最后，再利用固定的算法分析對參數(shù)模型進(jìn)行優(yōu)化運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)理化模型到形態(tài)模型的最終轉(zhuǎn)化。

為了建立一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的參數(shù)模型，首先要對參數(shù)的定義有一個(gè)詳細(xì)的了解。簡單來說，參數(shù)就是一種量，可以用數(shù)學(xué)符號(hào)0或t來進(jìn)行表示，該參數(shù)對系統(tǒng)或者函數(shù)的特定屬性進(jìn)行了定義。參數(shù)和變量之間存在著一定的差異性，主要在于參數(shù)定義的是系統(tǒng)的運(yùn)作關(guān)系和特征。在幾何學(xué)中，描述圓的方法有很多種：第一種是參數(shù)式（x，y）=（cost，sint），其中x和y都是t的函數(shù)，也就是參數(shù)。第二種是多項(xiàng)函數(shù)式，公式為x^{2+y2=1，這種函數(shù)又稱為隱性函數(shù)，如果在變量之間無法找到明顯的相依性，就不能將y表示為x的函數(shù)v=f（x）。}

那么既然系統(tǒng)可以用參數(shù)之間的關(guān)系來進(jìn)行描述，建筑作為一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)，也可以從主觀參數(shù)和客觀參數(shù)這兩個(gè)層面出發(fā)來進(jìn)行概括。在我們通常的看法中，都認(rèn)為建筑是一個(gè)空間，可是當(dāng)把建筑參數(shù)化之后，那么空間的本質(zhì)就會(huì)變成信息。由于信息的多少可以用數(shù)量來表示，因此所有的空間信息都是可以進(jìn)行度量的。受到人為因素的影響，在建筑空間中，會(huì)產(chǎn)生各種事件，可以運(yùn)用數(shù)理供給和信息論的觀點(diǎn)，把這些事件信息和空間的本質(zhì)在描述過程中聯(lián)系起來。然后用對復(fù)雜行為的分析方式對信息進(jìn)行處理，于是事件同樣可以用信息過程的形式來表達(dá)。

同樣的道理，建筑中的一些客觀性機(jī)能，比如常見的聲、光、熱等也可以參數(shù)化。還有光線、溫度、設(shè)備等層面的物質(zhì)以及使用者的行為和感知的互動(dòng)都可以進(jìn)行量化。只需要將不同類型建筑需要的物理環(huán)境和設(shè)施設(shè)備按照要求轉(zhuǎn)化為可以量化的數(shù)據(jù)或闕值，機(jī)械設(shè)備就能夠通過有/否來進(jìn)行判斷，然后將判斷結(jié)果轉(zhuǎn)化成計(jì)算機(jī)語言。

5結(jié)論

通過以上分析可以發(fā)現(xiàn)，參數(shù)化設(shè)計(jì)隨著計(jì)算機(jī)水平的進(jìn)步而誕生，給設(shè)計(jì)人員提供了很多工作上的便利，縮短了設(shè)計(jì)時(shí)間。同時(shí)，通過參數(shù)化設(shè)計(jì)形成的建筑模型，也彌補(bǔ)了以往設(shè)計(jì)手段中不可能實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性圖形的呈現(xiàn)。建筑設(shè)計(jì)中的關(guān)聯(lián)參數(shù)化又為建筑設(shè)計(jì)的進(jìn)步提供了更多可能性，為我國建筑行業(yè)的發(fā)展提供動(dòng)力。