參數(shù)化非線性公共建筑空間設(shè)計(jì)

郭艷云，黃宇申

（廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州 511483）

1 參數(shù)化及非線性設(shè)計(jì)

參數(shù)化設(shè)計(jì)就是參變量化設(shè)計(jì)，也就是把設(shè)計(jì)參變量化。首先把影響建筑的主要因素作為參變量，然后通過(guò)規(guī)則系統(tǒng)（即算法）作為指令來(lái)改變其他參數(shù)，當(dāng)在計(jì)算機(jī)語(yǔ)言環(huán)境中輸入?yún)⒆兞繑?shù)據(jù)信息，同時(shí)執(zhí)行算法指令時(shí)，就可實(shí)現(xiàn)生形目標(biāo)，得到建筑方案雛形[1]?！胺蔷€性”即不是“線性”的，所謂線性，指兩個(gè)變量之間可用直角坐標(biāo)系中一段直線表示的一種關(guān)系[2]。

2 建筑原型生成過(guò)程

2.1 煙霧擴(kuò)散動(dòng)態(tài)過(guò)程

項(xiàng)目位于廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院青山湖旁，設(shè)計(jì)靈感來(lái)源于煙霧。首先對(duì)煙霧擴(kuò)散時(shí)間過(guò)程進(jìn)行拍攝，拍攝結(jié)果如圖1所示，記錄出不同時(shí)間點(diǎn)煙霧呈現(xiàn)的形態(tài)。可觀察煙霧在不同時(shí)間點(diǎn)呈現(xiàn)形態(tài)不一，且都有其內(nèi)在結(jié)構(gòu)形態(tài)。為進(jìn)一步了解其內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況使用CINEMA4D來(lái)對(duì)某時(shí)間段的煙擴(kuò)散過(guò)程進(jìn)行模擬內(nèi)部粒子活動(dòng)過(guò)程，從擴(kuò)散動(dòng)態(tài)過(guò)程中可看出內(nèi)部有很清晰且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)支撐，而不是雜亂無(wú)章的走序，將根據(jù)模擬出來(lái)的煙霧粒子分布形態(tài)，提取其中關(guān)鍵幀或某個(gè)形態(tài)用來(lái)深入分析。

圖1 煙霧拍攝（圖片來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

2.2 點(diǎn)云粒子分析

在提煉出來(lái)的C4D模擬系統(tǒng)中的點(diǎn)云粒子系統(tǒng)分布顯示如圖2所示，不同時(shí)間段的粒子密集程度來(lái)觀察出集中點(diǎn)和分散點(diǎn)，挑選3s和5.2s的時(shí)候這個(gè)型是相對(duì)最穩(wěn)定且分布也是最有層次的，將這兩個(gè)點(diǎn)云粒子圖作為建筑原型進(jìn)行進(jìn)一步拓展。

圖2 點(diǎn)云粒子分析

2.3 粒子系統(tǒng)找出建筑空間動(dòng)線

對(duì)選取的T=2.55s和T=4.65s的粒子分析圖使用Grasshopper的最短路徑，得出基礎(chǔ)形態(tài)和空間走向的路徑線如圖3所示，然后提取空間主要?jiǎng)泳€為空間動(dòng)線及建筑形態(tài)走向，從得出的路徑線可以初步推算出空間的聚合及分隔。在原有的空間動(dòng)線的基礎(chǔ)上運(yùn)用Geomagic Studio逆向工程封面來(lái)找出建筑外殼形體，在這個(gè)過(guò)程中GS會(huì)根據(jù)之前的空間進(jìn)行優(yōu)化并得出建筑雛形，如圖4所示。

圖3 建筑動(dòng)線

圖4 建筑外殼形體

3 技術(shù)路線

根據(jù)建筑位置環(huán)境分析太陽(yáng)運(yùn)行軌跡并計(jì)算出1d內(nèi)的受光時(shí)長(zhǎng)及溫度，選址于廣州屬于南亞熱帶季風(fēng)性海洋氣候，夏季時(shí)段超過(guò)6個(gè)月。通過(guò)用Ghrasshopper設(shè)定好建筑地區(qū)位置計(jì)算得出建筑光照就9月9—15時(shí)的日照時(shí)長(zhǎng)及太陽(yáng)方位圖，從圖6中可得出最高氣溫可達(dá)到25.5℃，其最低溫度都保持在23.2℃以上。同時(shí)從建筑照射時(shí)長(zhǎng)圖可得最長(zhǎng)光照時(shí)長(zhǎng)為5~6h其面積均處于建筑受光面最高處，其次是3~4h受光時(shí)長(zhǎng)處于較分散區(qū)域面積多在最長(zhǎng)照射區(qū)域附近，其中從立面視圖可得出建筑最大照射時(shí)長(zhǎng)為0~2.4h的區(qū)域是最大的，如圖5所示。

圖5 建筑區(qū)域溫度模擬

對(duì)建筑表皮照射時(shí)長(zhǎng)圖中再進(jìn)一步通過(guò)計(jì)算建筑表面體積及體積中心并根據(jù)重心體積慣性力能數(shù)據(jù)分析出建筑表皮的部位的開(kāi)口形狀。同時(shí)還會(huì)根據(jù)建筑光照時(shí)長(zhǎng)來(lái)確定建筑表皮上開(kāi)口的疏密及大小間距，在藍(lán)色區(qū)域間距相對(duì)較大，保證充足的通風(fēng)，在黃色區(qū)域光照照射時(shí)長(zhǎng)較長(zhǎng)表皮都處于封閉狀態(tài)或少量開(kāi)口，這樣才能更好地避免建筑長(zhǎng)時(shí)間被日光照射，最終通過(guò)計(jì)算機(jī)生成的建筑表皮結(jié)果如圖6所示，在通過(guò)GH優(yōu)化表皮結(jié)構(gòu)，最終得出建筑效果如圖7所示。

圖6 建筑表面日照時(shí)長(zhǎng)分析

圖7 建筑造型效果

4 結(jié)語(yǔ)

參數(shù)化設(shè)計(jì)過(guò)程中的規(guī)則系統(tǒng)及描述規(guī)則的語(yǔ)言、軟件參數(shù)模型、參變量，以及生成的形體都是顯形可見(jiàn)的，與建筑師傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)過(guò)程相比，再也不是人腦黑箱生成的不可見(jiàn)過(guò)程，相反，它是邏輯化可控的科學(xué)設(shè)計(jì)過(guò)程。