住宅室內(nèi)參數(shù)化設(shè)計初探
——設(shè)計因素信息化與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的建立

孟翔

1.參數(shù)化設(shè)計

1.1 什么是參數(shù)化設(shè)計

參數(shù)化設(shè)計被視為CAAD（Computer-Aided Architectural Design，計算機輔助建筑設(shè)計）系統(tǒng)第九代的特征之一，其與第八代BIM相較更加側(cè)重于幾何形體的建模。[1]“‘參數(shù)’可以定義為一個系統(tǒng)的運行方式及特征與其成員之間的相互關(guān)系。參數(shù)化設(shè)計據(jù)此制定出一個關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，從而通過輸入不同的條件來得到不同的結(jié)果。”[2]國內(nèi)建筑領(lǐng)域?qū)Υ搜芯枯^為全面的徐衛(wèi)國認為，參數(shù)化設(shè)計最為關(guān)鍵的三個環(huán)節(jié)包括“設(shè)計要求信息的數(shù)據(jù)化”，“設(shè)計參數(shù)關(guān)系的建立”以及“計算機軟件參數(shù)模型的建立”。[3]因此由室內(nèi)設(shè)計專業(yè)的角度出發(fā)，確定設(shè)計因素信息的數(shù)據(jù)化，以及創(chuàng)建關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，是能否實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計的前提。

1.2 參數(shù)化設(shè)計的應(yīng)用現(xiàn)狀與問題

參數(shù)化設(shè)計在建筑中的應(yīng)用日漸成熟。作為一種新的潮流在實踐中更傾向被應(yīng)用于塑造復(fù)雜的形體，“提供連續(xù)的多樣性”。[4]伴生的室內(nèi)設(shè)計的實踐同樣傾向?qū)τ谕庠谛问降膰L試，以及與室內(nèi)設(shè)備的結(jié)合，統(tǒng)一了內(nèi)外“表皮”。但是對于室內(nèi)設(shè)計內(nèi)在的使用邏輯并無更進一步的助益。室內(nèi)設(shè)計作為建筑向使用者的延伸，在統(tǒng)一于建筑外在風格的同時，立場更應(yīng)向人的需求進行傾斜。因為在大多數(shù)情況之下，室內(nèi)設(shè)計與建筑設(shè)計相比，對使用者需求的理解更為精確，層次更為多元。

1.3 住宅室內(nèi)設(shè)計參數(shù)化的意義與價值

“每個參數(shù)化系統(tǒng)都是根據(jù)其自身對約束求解的方法定義的，并且針對設(shè)計工作每個系統(tǒng)都是根據(jù)其自身對約束求解的方法定義的。”[5]在研究室內(nèi)設(shè)計的參數(shù)化可行性時，首先需要明確不同空間的屬性定義了不同的功能。與公共空間等空間對于功能性與象征性何者為先，或不一而同的美學標準等復(fù)雜考量有所不同的是，住宅作為人日常生活的基本空間類型，其室內(nèi)設(shè)計應(yīng)當更加貼近人的必要需求?，F(xiàn)如今在使用者進行住宅的選擇時，通常按照使用的所需面積進行計算，即根據(jù)人口數(shù)量、結(jié)構(gòu)選擇相應(yīng)面積與戶型結(jié)構(gòu)（受到經(jīng)濟能力等因素影響上下浮動）。這也為室內(nèi)設(shè)計參數(shù)化塑造以人體尺度為基準的關(guān)聯(lián)系統(tǒng)創(chuàng)造了條件。以住宅作為探討室內(nèi)設(shè)計參數(shù)化可行性的范例，更加符合設(shè)計“功能為先”的標準，這對其它空間室內(nèi)設(shè)計的參數(shù)化應(yīng)用具有參考價值。體量巨大的住宅室內(nèi)設(shè)計市場也為其提供了更高的實踐價值與經(jīng)濟價值。

2.住宅室內(nèi)設(shè)計信息數(shù)據(jù)化與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)建立

設(shè)計要素信息的數(shù)據(jù)化，以及建立關(guān)聯(lián)系統(tǒng)，是參數(shù)化建模的基礎(chǔ)。室內(nèi)設(shè)計要素之間的關(guān)聯(lián)必然以空間不同的“占用”形式作為媒介，室內(nèi)參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)的運行也應(yīng)以幾何體建模對空間的“分割”作為主要形式。而住宅的室內(nèi)設(shè)計要素基本由建筑、人與功能擴展開來，探討三者以及三者衍生物的特征與形式，將其數(shù)據(jù)化，進而探求在空間中的依存關(guān)系與可變更程度，是關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的核心。

2.1 建筑信息數(shù)據(jù)化與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)建立

在對室內(nèi)設(shè)計因素進行分析的過程中，首要的是對于建筑的認知，即空間構(gòu)成的基本條件?，F(xiàn)今的建筑技術(shù)水平仍然受限于結(jié)構(gòu)、材料與成本等因素，因此在過去的發(fā)展過程中形成了標準化特征，即多層住宅或高層住宅中采取的相似的布局結(jié)構(gòu)與管線位置以提高效率，節(jié)約成本。從室內(nèi)設(shè)計的立場考慮，其中承重結(jié)構(gòu)等重要因素的改動受限于技術(shù)限制、法律法規(guī)與高額成本等因素。同樣管線位置也需考慮其性質(zhì)（常見的包括給排水管道、供電管道、排煙通道等），需要根據(jù)功能需求與技術(shù)條件，而限制變動方式與距離，并且考慮改動成本。這些相關(guān)信息都需要完成數(shù)據(jù)化以便更好的輔助室內(nèi)設(shè)計。例如改動水管需考慮供水壓強與排水速率，改動距離的增加可能導致使用效果的衰減。在創(chuàng)建參數(shù)化模型時，管線原始位置可以標定坐標，以此為軸改動距離呈放射狀，距離遠近決定衰減程度與改動成本（結(jié)合材料性質(zhì)）。以計算機參數(shù)化建模的角度進行審視，空間內(nèi)的承重結(jié)構(gòu)，包括部分立面、天花板、地面三者，形成了相對其它室內(nèi)設(shè)計因素而言的“框架”或“容器”，在參數(shù)化模型中固定尺寸與坐標，建立一個虛擬的幾何體，其后的室內(nèi)設(shè)計行為都可以將此作為邊界與基礎(chǔ)。

2.2 人體尺度數(shù)據(jù)化與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)建立

與建筑中承重相似的是使用者的人體尺度，幾乎沒有可變性，包括基本的身高、體重等。在設(shè)計師過去的實踐中，人體尺度的確立依賴于既成數(shù)據(jù)的參考，特殊案例會進行專門調(diào)整。而個體行為與習慣等建立在人體尺度的基礎(chǔ)上，可變性稍強。設(shè)計師對使用者的人體尺度與行為習慣的了解，基本通過詢問或觀察進行。但受制于隱私等因素的考量，采集到的信息較為片面，不能構(gòu)成完整的參考體系。但是住宅室內(nèi)設(shè)計所面對使用者數(shù)量較少且相對固定，最具進行精確定位的可能性，同時較為容易形成嚴密的關(guān)聯(lián)體系。如果從全部功能皆以人的需求作為出發(fā)點的角度來說，人的尺度首先限定了人的基本需求，包括室內(nèi)空間的坐、臥、站、行，以及其它種種個人習慣在此基礎(chǔ)上同樣具有重要影響。人體尺度“從內(nèi)而外”決定了個人行為與習慣，進而決定了功能行為的尺度，功能承接物的尺度等。所有的功能都應(yīng)以此為基準而產(chǎn)生一定范圍內(nèi)的變化，包括滿足基本需求或達到舒適程度。無論是人體工程學還是環(huán)境心理學都對此進行了探索。在現(xiàn)今的科技手段中，可以通過人體佩戴傳感器來實現(xiàn)對人體尺度基礎(chǔ)上行為的取樣，即個人在不同行為時的擺動幅度與狀態(tài)。例如睡眠時的身體滾動方向與幅度確定床的最小尺度；工作時身體與上肢的擺動幅度或活動范圍確定最小工作面；行走時人體的擺動確定動線的最小寬度等，以此完成從人的尺度到人的行為的銜接。因此將使用者的人體尺度作為參數(shù)化設(shè)計中的固定不變的參數(shù)，其它尺度將都以此為基礎(chǔ)進行衡定。以此為出發(fā)點確定行為的尺度，能夠進一步確定功能中的尺度，從而使三者產(chǎn)生關(guān)聯(lián)。

2.3 功能信息數(shù)據(jù)化與關(guān)聯(lián)系統(tǒng)建立

功能基于使用者的尺度，始于使用者的需求，并承接使用者的行為，是使用者需求的進一步的優(yōu)化，最終體現(xiàn)為空間中的存在形式，以及與使用者之間產(chǎn)生的交互。在過去的設(shè)計實踐中，功能的實現(xiàn)大部分基于人體與行為尺度的“共識”。首先確定功能分區(qū)，而后對室內(nèi)空間進行分隔與填充。思維慣性中對客廳、餐廳、臥室、衛(wèi)生間等概念的固定認知，使得部分設(shè)計師在一定階段內(nèi)較少思考功能本身的意義與實現(xiàn)的形式。在近年來改造設(shè)計熱潮中，面對各類住宅的戶型與使用者實際需求之間的極端差異，設(shè)計師與使用者都開始重新審視人與功能之間的關(guān)系。

2.3.1 功能種類

功能的取舍與重要性排序是對于個體需求的第一考量?，F(xiàn)代生活對于室內(nèi)空間的影響趨勢在總體上使其變得更為多樣，功能種類與延伸更加多元化。因此室內(nèi)設(shè)計的傳統(tǒng)認知需要改變，避免“同質(zhì)化”設(shè)計。如果將對于使用者需求的重要程度，作為衡量功能取舍與順序的標準，不同類型的功能中最為重要的功能進行優(yōu)先的實現(xiàn)，包括位置選擇與尺度的浮動。例如重要的功能得到保障從而避免常規(guī)形態(tài)的變化（通常最佳的形態(tài)應(yīng)保持在一個水平面），以及在基本行為尺度之上的空間占用。以此類推，處于序列“末端”的功能通過獨立的形態(tài)或尺度變化節(jié)約空間，或與其它末端功能進行組合，實現(xiàn)對剩余可用空間的占用，最終達成空間各項功能的實現(xiàn)。

2.3.2 功能尺度

在功能取舍之后，人的需求也可基于人體尺度，開始向功能實現(xiàn)方式的轉(zhuǎn)化。功能的實現(xiàn)取決于行為尺度與其承接物的尺度。首先人體行為尺度的通過佩戴傳感器（或可穿戴設(shè)備）進行采集是可行的。在對已有的功能承接物的使用過程中，使用者肢體的擺動幅度通常暗示了行為的必要尺度。那么以軀干移動距離與肢體末端的擺動范圍（以軀干為軸），確定功能承接物的尺度范圍是合理的。因此以人體尺度為基礎(chǔ)，能夠確定行為尺度與功能承接物尺度，三者構(gòu)成了空間中功能實現(xiàn)形式的基本單位。功能分區(qū)也應(yīng)以功能實現(xiàn)的“三要素”作為基本的“單位功能”，結(jié)合功能種類的選擇與排序確定其優(yōu)先級，以此規(guī)劃室內(nèi)空間。而結(jié)合以上建筑“框架”存在的種種限制因素，基本可以確定出“單位功能”可行的大致方位。例如下水道預(yù)留位置隨延長距離而削弱排水功能，以此為軸將洗手臺等功能限制于一定距離之內(nèi)。多個功能皆以此方式確立空間中的位置，則會產(chǎn)生豐富可能。每一個細小限制因素對于“單位功能”的改變，都將關(guān)聯(lián)整個功能系統(tǒng)——這是參數(shù)化對于室內(nèi)設(shè)計的核心價值所在。

2.3.3 功能形式

在依據(jù)人體尺度與行為尺度確定功能尺度之后，功能承接物的形式不可避免的與之產(chǎn)生了關(guān)聯(lián)。在采集行為尺度的過程中，原空間中的功能承接物對于行為有一定的影響，需要通過分析甚至建模建立明確的認知。通常功能的最佳實現(xiàn)形式，大多數(shù)應(yīng)當是以人軀體為軸，上肢伸展而產(chǎn)生最大行為距離，從而形成的平面。以此為基礎(chǔ)在保持軀體行為較為舒適的前提下橫向或縱向延伸產(chǎn)生衰減。在功能承接物的展現(xiàn)上例如櫥柜設(shè)計，臺面承接最為豐富的即時行為，上下則多用于設(shè)備安置或儲物空間。在近幾年興起的小戶型設(shè)計或改造設(shè)計中，功能形式在實踐中展現(xiàn)出豐富的類型。例如通過抽拉或折疊實現(xiàn)餐桌靈活的空間占用；可移動中臺提供廚房備餐臺的豐富變化；榻榻米設(shè)計提供了可升降的“床”與儲物空間。功能與功能之間展現(xiàn)出個體折疊、兩相重疊，模塊化組合等不同形式，這也是設(shè)計師在室內(nèi)設(shè)計中負擔的主要任務(wù)之一。在數(shù)據(jù)信息化的過程中，依然要維持對“單位功能”的單人最小使用面積的明確認知，通過“最小使用面積”的組合變化豐富功能的形式。在參數(shù)化設(shè)計中，可以通過上傳數(shù)據(jù)庫提供儲備，以相同的限制條件作為前提，為其它遇到相同問題的設(shè)計方案提供參考甚至直接的代入。

2.3.4 功能聯(lián)系

除了人體對于功能的提供，以及建筑對于功能的限制之外，功能之間的聯(lián)系也是確定功能在空間中處于何種位置的因素之一，是人的行為內(nèi)在連續(xù)性的外在表現(xiàn)。如同設(shè)備預(yù)留接口對于功能的位置限制一樣，功能之間的位置也決定了功能的使用效率。在住宅空間中，小范圍獨立空間內(nèi)的關(guān)聯(lián)，通常展現(xiàn)為近距離的功能承接物的組合，例如沙發(fā)與茶幾、邊幾等。而在大范圍內(nèi)，因為相互關(guān)聯(lián)而以功能分區(qū)層級的基本劃分中體現(xiàn)出來的，例如臥室與衛(wèi)生間，餐廳與廚房等。在進行室內(nèi)設(shè)計時必須考慮其間的通達性。包括：夜間衛(wèi)生間的使用，如何在保持基本照明的同時減少對他人的影響；在使用廚房時，既隔絕油煙對餐廳的影響，又能保證傳菜的效率——保持新鮮的同時兼顧安全性。相關(guān)空間的鏈接還要避免與其它空間的影響，例如利用空間或時間上的錯位進行處理。如果將相互關(guān)聯(lián)的功能區(qū)域進行“連線”的話，這條“線”必須盡量滿足兩個條件——相互間距離盡量縮短；同時減少交叉。

在完成對建筑、人體與功能的數(shù)據(jù)化，以及建立關(guān)聯(lián)關(guān)系的同時，如何反觀現(xiàn)有的室內(nèi)設(shè)計存在成為了必須面對的問題。因為無論室內(nèi)設(shè)計理論發(fā)展到何種程度，除了建筑技術(shù)水平限制之外，室內(nèi)設(shè)計實踐還受制于相關(guān)產(chǎn)品的發(fā)展程度。室內(nèi)設(shè)計的相關(guān)產(chǎn)品還受限于材料、工藝、成本等要素，是室內(nèi)設(shè)計師必須考慮的問題。產(chǎn)品往往帶有一定的風格傾向，所以室內(nèi)設(shè)計參數(shù)化也涉及到室內(nèi)風格的選擇與實現(xiàn)。經(jīng)過整個人類歷史的積淀，“經(jīng)典”與“創(chuàng)新”并存，如何將其代入?yún)?shù)化設(shè)計之中也是一個重要問題。

3.相關(guān)概念的參數(shù)化建模與應(yīng)用

3.1 相關(guān)產(chǎn)品的參數(shù)化

現(xiàn)今市場的發(fā)展提供了繁復(fù)的產(chǎn)品種類。無論是滿足設(shè)計師要求的定制服務(wù)，還是經(jīng)營者自行組織、提供的設(shè)計服務(wù)，都展現(xiàn)出設(shè)計者、消費者與經(jīng)營者三者迫切彌合差距與分歧的意愿。相關(guān)產(chǎn)品可以通過標定限制條件從而進行參數(shù)化建模，直接介入設(shè)計案例的建模過程。也可以結(jié)合大數(shù)據(jù)與云計算，由設(shè)計師上傳針對某一問題而創(chuàng)造出新的解決方案，由經(jīng)營者與產(chǎn)品設(shè)計師隨時提供產(chǎn)品線上針對不同方案而研發(fā)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)，形成限制條件相同或近似的參數(shù)化模型。稍作調(diào)整從而介入正在進行的設(shè)計之中，幫助設(shè)計師解決當下問題。在不具相對應(yīng)的現(xiàn)有產(chǎn)品的情況下，產(chǎn)品設(shè)計者能夠根據(jù)限制條件判斷可否提供定制服務(wù)，由生產(chǎn)經(jīng)營者提供參考價格。以上能夠提高設(shè)計師與材料商、家具商與電器商等的溝通效率，加快可行性論證的進程。

3.2 風格的參數(shù)化

在室內(nèi)設(shè)計實踐中，設(shè)計師對于風格的把握多借助于自身對外在形式的理解。風格的形成基于一個區(qū)域的地理條件與其間人們的生活習慣，也有歷史文化的積淀。因此對于風格的理解首先要明確其中所展現(xiàn)出的特征，即對待內(nèi)外環(huán)境的態(tài)度。例如日本建筑中所采取的挑檐表達了一種人與自然統(tǒng)一的愿望，但在既成建筑中并不能夠輕易實現(xiàn)。即使有條件可以實現(xiàn)，也要充分考慮其間的氣候差異等因素。其次是坐具等基本功能承接物的形式與尺度。以榻榻米為例，其與常規(guī)意義上的床的差異，在于幾乎布滿整個空間，以“地板”的形式而存在——從空間的立方體“占用”變?yōu)閷τ趯痈叩摹扒懈睢??？梢宰鳛閰?shù)化對于某種風格特征的理解與借鑒，在平面布置時遇到空間不足的問題可以采用。同樣的，當設(shè)計要求對此沒有明確限制的情況下，也可以作為室內(nèi)設(shè)計空間（平面）不足狀況下的解決方案之一。隨著產(chǎn)品線的豐富，不同形式的坐具與臥具都能保證基本的舒適，這為特定風格的實現(xiàn)提供了助益。但是對于風格的參數(shù)化設(shè)計應(yīng)持謹慎態(tài)度，以免產(chǎn)生僵化，束縛室內(nèi)設(shè)計的發(fā)展。

“傳統(tǒng)的設(shè)計系統(tǒng)是對古老工作方式的簡單效仿。參數(shù)化建模（也稱為約束建模）引發(fā)了根本的改變：‘標記’，也就是一個設(shè)計的幾個部分，以一種協(xié)同的方式相互關(guān)聯(lián)和共同改變?！盵5]參數(shù)化與BIM的根本差異，并非簡單的設(shè)計效率的提高，而是其明確約束條件，通過明確設(shè)計因素組合形式的多種可能，建立了一個開放性的結(jié)構(gòu)。設(shè)計師能夠通過完善限制條件而縮減設(shè)計結(jié)果的范圍，從繁雜的反復(fù)修改過程中解脫出來，能夠有更多精力去發(fā)現(xiàn)問題與解決問題。在具體實踐中，設(shè)計師可以據(jù)此將明確限制條件的解決方案上傳，制造者據(jù)此尋求實現(xiàn)的技術(shù)手段，多方參與使新的解決方式成熟化，最終應(yīng)用于實踐。整個過程形成一個完整的鏈條。這為今后室內(nèi)設(shè)計通過人體取樣與云計算的結(jié)合，從而提高設(shè)計精度與深度提供了可能。兩者將進一步推進個性化需求的實現(xiàn)。與室內(nèi)設(shè)計相關(guān)的，建筑設(shè)計與產(chǎn)品設(shè)計同樣在嘗試變更人體本身之外的所有條件，例如“互動建筑”與“智能家居”的出現(xiàn)。對于設(shè)計手段的探索，最終目的是更好的實現(xiàn)人的需求。

注釋：

[1]孫曉峰,魏力愷,季宏.從CAAD沿革看BIM與參數(shù)化設(shè)計[J].建筑學報,2014

[2]楚琦,楊茂川.淺談參數(shù)化設(shè)計在室內(nèi)空間中的運用趨勢[J].藝術(shù)與設(shè)計（理論）,2013

[3]徐衛(wèi)國.參數(shù)化設(shè)計與算法生形[J].世界建筑,2011

[4]XWG建筑工作室合伙人.參數(shù)化主義——帕特里克·舒馬赫訪談[J].世界建筑,2003

[5][美]羅伯特·伍德伯里.參數(shù)化設(shè)計元素[M].孫澄等譯.北京：中國建筑工業(yè)出版社,2013