參數(shù)化設(shè)計在景觀裝置中的低技化應(yīng)用

許可溈　吳曼

摘要：歸納既能滿足現(xiàn)有參數(shù)化設(shè)計造型要求，也能在室外環(huán)境中保持穩(wěn)定性狀的可塑性較強的材料以及其對應(yīng)的加工工藝，探尋便利、精準(zhǔn)、高效的低技化營建方式。分析了3D打印、機械臂等材料前期材料加工工藝以及VR技術(shù)輔助與低技化營造的結(jié)合過程并嘗試優(yōu)化。獲得更合理的低技化組合營建方式。該方法可為施工階段的參數(shù)化景觀裝置提供參考。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計 景觀裝置 低技化

中圖分類號：TU986 文獻(xiàn)標(biāo)識IR：A

文章編號：1003-0069（2019）07-0105-03

一、參數(shù)化設(shè)計概況

（一）參數(shù)化概念

1.“參數(shù)化”是技術(shù)、方法、算法，更是一個系統(tǒng)：參數(shù)化能讓眾多學(xué)科的交叉點匯聚在一起，通過計算機平臺轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的語言進(jìn)而應(yīng)用。參數(shù)化作為一種學(xué)術(shù)思想理念，來自于跨學(xué)科知識互通，這也正是構(gòu)建參數(shù)化平臺的核心意義_構(gòu)建跨學(xué)科的知識交匯的平臺。18世紀(jì)偉大的建筑師高迪就在用類似的參數(shù)化思想進(jìn)行設(shè)計，將非線性自然形態(tài)與建筑相結(jié)合，但當(dāng)時并沒有先進(jìn)的計算機輔助運算，也沒有現(xiàn)代數(shù)字化加工，這說明參數(shù)化思想并不完全依賴算法和先進(jìn)設(shè)備。

2.參數(shù)化與數(shù)字化的關(guān)系：參數(shù)化與數(shù)字化不同，數(shù)字化是將數(shù)字和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一系列二進(jìn)制代碼，這些二進(jìn)制代碼被引入計算機并進(jìn)一步處理以構(gòu)建數(shù)字模型。當(dāng)前計算機的所有操作和功能都是用數(shù)字完成的。當(dāng)應(yīng)用于設(shè)計領(lǐng)域時，數(shù)字設(shè)計涵蓋了非常廣泛的范圍。在范疇上，數(shù)字設(shè)計包括參數(shù)化設(shè)計。

3.參數(shù)化設(shè)計的特點：參數(shù)化范式作為設(shè)計語言的—種變革與發(fā)展，也隨著時代的發(fā)展而變化，不斷在批評中自我更新。雖然目前的參數(shù)化設(shè)計只能做有限的工作，依賴計算機的審美困境具有消隱設(shè)計師主觀表現(xiàn)的嫌疑，而且非線性的審美表現(xiàn)也不一定能被大眾接受。但參數(shù)化設(shè)計本身具有復(fù)雜性和演化特征的設(shè)計方法必將繼續(xù)改進(jìn)自身，滿足時代發(fā)展的需要。作為一種自下而上的設(shè)計方法，參數(shù)化設(shè)計突破了傳統(tǒng)設(shè)計的局限性。產(chǎn)生的設(shè)計多種多樣。計算機輔助設(shè)計提供新的形態(tài)生成方法可以通過參數(shù)在景觀裝置的構(gòu)建過程中得到控制，通過應(yīng)用算法，自動產(chǎn)生空間與形狀。這顯示了一個令人著迷的現(xiàn)象：合乎規(guī)則的計算產(chǎn)生大量看似隨機的結(jié)果。也許這種設(shè)計方法更貼近宇宙和自然的本質(zhì)，也蘊涵著新的審美潛力。

（二）參數(shù)化軟件

參數(shù)化設(shè)計軟件系統(tǒng)包括以下幾個方面：結(jié)構(gòu)分析軟件、GIS工具、遙感圖像處理、水文分析工具、地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換平臺、統(tǒng)計和科學(xué)計算工具、可持續(xù)設(shè)計和分析工具、流體分析工具、模型構(gòu)建工具、渲染工具等。以Rhino為例，其主要優(yōu)勢是基于外部環(huán)境進(jìn)行定量分析和一些特殊的曲面構(gòu)造。

二、參數(shù)化景觀裝置

（一）參數(shù)化景觀裝置概況

參數(shù)化景觀裝置設(shè)計是基于參數(shù)化思維和參數(shù)化工具生成藝術(shù)裝置設(shè)計結(jié)果的過程。參數(shù)化景觀裝置設(shè)計的核心是選擇和設(shè)置參數(shù)、設(shè)置裝置形狀的生成規(guī)則，以及控制景觀裝置中每個元素形狀的布局和結(jié)構(gòu)。根據(jù)目前的發(fā)展?fàn)顩r，景觀裝置在設(shè)計和施工的整個過程中都可以使用參數(shù)化的思想。例如確定某種類型的參數(shù)化布局，基于布局自動匹配和轉(zhuǎn)移到其他功能元素上并進(jìn)一步深入設(shè)計。參數(shù)化景觀裝置的內(nèi)涵是各種設(shè)計條件轉(zhuǎn)換成邏輯控制語句生成形態(tài)結(jié)構(gòu)。在形式方面，Patrick Schumacher建議參數(shù)化實踐需要遵循參數(shù)化技術(shù)支持的基本設(shè)計原則?！氨苊馐褂脛傂詭缀卧兀缯叫?，三角形和圓形;避免簡單的功能重復(fù)，避免不相關(guān)的功能或系統(tǒng)搭配。考慮所有參數(shù)塑性形狀，差異的梯度（在不同的比率下），系統(tǒng)地變形和相關(guān)?！边@一宣言昭示著凡冠以“參數(shù)化”之名的景觀建筑作品幾乎都具有柔和多變的線條、平滑的曲面和復(fù)雜的空間形態(tài)。

（二）低技策略在參數(shù)化景觀裝置營建過程中的必要性

1.有效降低成本。由于采用了更新，更高難度的設(shè)計方法，參數(shù)化景觀裝置從設(shè)計到施工具有模型修改方便快捷、零件模塊化加工、結(jié)構(gòu)精確、拼接簡易的特點。但這種“數(shù)字設(shè)計”和“數(shù)字結(jié)構(gòu)”也意味著高成本和低容錯性?！皵?shù)字化建設(shè)”所需的技術(shù)包括激光切割技術(shù)，多軸機床技術(shù)，數(shù)控彎曲成形技術(shù)，智能機器人技術(shù)和快速成型技術(shù)。應(yīng)用這些技術(shù)都會大大抬高裝置成本。在這種條件下，探索低技術(shù)，低成本的參數(shù)化設(shè)計實踐，即“高科技”非線性參數(shù)化設(shè)計方法與“低技術(shù)”建筑方法的結(jié)合。這符合國內(nèi)現(xiàn)狀，有利于促進(jìn)景觀裝置的參數(shù)化發(fā)展，還能給富有想象力的設(shè)計師創(chuàng)造更多作品的機會。

2.提高景觀裝置完成度。雖然有了前期高技術(shù)水平的材料加工，但在環(huán)境干擾因素、原材料密度等現(xiàn)實條件下，組件成型過程中避免不了一定程度的誤差。通過選擇較強可塑性的材料、易操作的拼接工藝以及設(shè)置富有彈性的誤差控制裝置都是保證景觀裝置效果的低技化實踐途徑。

三、參數(shù)化景觀裝置的低技化應(yīng)用實例分析

“低技術(shù)”施工是相對于“高科技”設(shè)計、加工存在的，由于學(xué)科之間的差異以及地區(qū)發(fā)展水平的不均，從以前到現(xiàn)在到未來，兩者一直并且繼續(xù)并存。“高技”作為技術(shù)進(jìn)步的直觀體現(xiàn)，推動景觀裝置的創(chuàng)新，具有先鋒性;“低技”作為其補充，具有更強的廣泛性和普遍性?！案呒肌钡膮?shù)化設(shè)計方式拓展了景觀裝置的多樣性，為設(shè)計師實現(xiàn)個人意圖增加了路徑;“低技”的建造策略則提供了應(yīng)對現(xiàn)實條件制約的有效途徑，增強了作品的可實施性。兩者的結(jié)合能更好地創(chuàng)造作品。

由表1可知，近年來許多參數(shù)化景觀裝置的落地都對高技術(shù)手段有所涉及，前期的高技術(shù)手段基本都能為后期落地拼裝提供便利;也有部分裝置回避了前期流程，選擇使用如竹片、PE管等自身可塑性強的材料，控制成本;在裝配過程中靈活應(yīng)用高科技設(shè)備，提高裝配精度。例如北京林業(yè)大學(xué)王向榮教授作品“心靈的花園”，它是一個充分應(yīng)用廉價材料，其材料的前期加工工藝與后期制作都較為低技的作品。其主要裝置的構(gòu)造節(jié)點上使用了參數(shù)化設(shè)計，在節(jié)點確定的基礎(chǔ)上建設(shè)完善。設(shè)計理念是在有限的空間內(nèi)展示中國園林的空間變化和詩意。它能帶給人們心靈的寧靜和理解。煙霧籠罩著灰色的礫石板和翠綠的竹林，花園中央是一個10平方米左右的蓮塘，給人們的心靈帶來平和與淡然。是人類在這一自然生境中，圍繞著人類生存與發(fā)展的核心主題，進(jìn)行著人類科技發(fā)明的應(yīng)用性轉(zhuǎn)化，并不斷改善人類生存環(huán)境的行為或結(jié)果，如圖1、2。

而由清華大學(xué)徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊發(fā)明的“機械臂自動砌筑系統(tǒng)”則是綜合了眾多現(xiàn)有參數(shù)化手段后落地的例子，其基本不涉及高成本高技術(shù)的原材料及加工工藝（對混凝土配比有一定要求），而后期營建選擇由多組機械臂共同完成，盡可能避免了人工的參與。與現(xiàn)有的砌磚系統(tǒng)不同，其將機器人手臂自動砌磚和3D打印砂漿首次相結(jié)合，形成了全自動一體化智能建筑系統(tǒng)。并且這個系統(tǒng)首次應(yīng)用于實際施工現(xiàn)場，建造了“磚藝迷宮花園”。先低技后高技的建造流程也不失為一種突出重點的有效組合，如圖3、4。

四、低技策略的優(yōu)化

（一）拓展傳統(tǒng)工藝的應(yīng)用

各類傳統(tǒng)工藝廣泛使用鄉(xiāng)土材料，具有良好的經(jīng)濟性與鮮明的地域特征，部分材料及工藝已成為某種文化符號。將參數(shù)化設(shè)計的數(shù)字模型結(jié)合諸如傳統(tǒng)竹編工藝、造紙工藝、陶瓷工藝等表現(xiàn)方式，既可以擺脫參數(shù)化裝置缺少設(shè)計師個人痕跡的嫌疑，也能進(jìn)一步發(fā)揚優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，賦予作品更多意蘊。“天人合一”是傳統(tǒng)哲學(xué)生態(tài)觀的基本精神，蘊含著對天人關(guān)系的終極思考，認(rèn)為人與自然界本為一體，應(yīng)和諧共處。例如通過參數(shù)化軟件設(shè)計的“無限（∞）形”鄉(xiāng)野景觀裝置，其將新穎的設(shè)計手法與當(dāng)?shù)厥止に嚒鹘y(tǒng)營造技藝緊密結(jié)合，該裝置和場地構(gòu)建了一個純粹的幾何找形過程，超越了材料和語言學(xué)的范疇。讓景觀成為大眾文化下的公共藝術(shù)，“無限（∞）形”裝置表達(dá)了對時間，空間和環(huán)境關(guān)系的思考，是“竹”元素形式與精神的延伸，如圖5、6。

（二）更新構(gòu)件組裝方式

以人力代替部分機械加工，是低技化的主要方式，通過簡明的分工快速準(zhǔn)確完成復(fù)雜的裝置難度較高，這需要對設(shè)計方案進(jìn)行拆解簡化，安排合理的施工步驟，繪制簡明扼要的施工圖紙。在以往加工裝配景觀裝置的過程中，我們在誤差面前常有兩個選擇：改變裝置的局部的空間點位或是改變組件的尺寸。若組件尺寸較大加工成本加高，不宜選擇后者;若裝置拼裝的點位聯(lián)系緊密，則不宜改動前者。選擇前者或后者都會為進(jìn)一步施工帶來不利影響，在誤差難以消除的現(xiàn)實情況下，如何盡可能減少后期人為誤差是我們努力的方向。前文提到的VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)作為“高技”的一環(huán)，在此時也不失為輔助“低技”提高準(zhǔn)確度的良好方式，在關(guān)鍵節(jié)點使用VR眼鏡幫助定位可以快速有效地實現(xiàn)目標(biāo)，如圖7、8。

（三）統(tǒng)一誤差控制機制

“數(shù)字化建造”技術(shù)使用高精度設(shè)備來最大限度地減少錯誤，當(dāng)工人進(jìn)行手動低精度的建設(shè)時難免出現(xiàn)很多錯誤，控制實際工程中的錯誤的各種方法有構(gòu)建誤差控制機制，這要部件本身具有的適應(yīng)和調(diào)整的可能性。譬如常見的彈簧、拉索兩端的松緊螺絲等。但過于豐富的彈性裝置會破壞景觀裝置的整體性，影響進(jìn)一步施工的準(zhǔn)確度，因此，主動限制彈性裝置的類型、尺寸、安裝位置、安裝數(shù)量有利于提高施工質(zhì)量，如圖9、10。

結(jié)語

目前，參數(shù)化設(shè)計在建筑領(lǐng)域的實踐已達(dá)到較高水平。近年來，其與快速發(fā)展的3 D打印技術(shù)和數(shù)字化制造技術(shù)相結(jié)合，充分考慮了最終施工過程的低技術(shù)要求，簡化了后期施工過程。而景觀裝置的構(gòu)建，既是建筑營造的試驗田，也被建筑技術(shù)的提升成果所惠及。近年來我國許多學(xué)者和設(shè)計師都參與了參數(shù)化景觀裝置的構(gòu)建，也根據(jù)現(xiàn)實情況摸索出了許多實用的低技化施工技巧，就我國現(xiàn)今的整體技術(shù)條件而言頗具現(xiàn)實意義。拓寬景觀裝置設(shè)計思維，通過富有邏輯、包含大量數(shù)據(jù)關(guān)系的數(shù)字模型，結(jié)合多樣的營建技術(shù)，使景觀裝置具有更高的完成度與更好的效果，是未來我們需要共同努力的方向。