數(shù)字建構(gòu)與建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù)字建構(gòu)與建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要： </b></p><p>　　本文通過(guò)對(duì)比常見的諸如數(shù)字建筑、非線性、BIM系統(tǒng)等概念和參數(shù)化設(shè)計(jì)之間的關(guān)系，闡述了建筑建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)組成和意義。 </p><p>　　關(guān)鍵字：建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)，函數(shù)，變量，數(shù)字建構(gòu)，數(shù)字建筑，非線性，BIM系統(tǒng) </p&g

2、t;<p>　　中圖分類號(hào)：S611 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)： </p><p>　　隨著當(dāng)代學(xué)科之間的互相穿插交疊，計(jì)算機(jī)程序和傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域結(jié)合誕生了建筑的參數(shù)化設(shè)計(jì)。自此，參數(shù)化作為當(dāng)今建筑設(shè)計(jì)界炙手可熱的一個(gè)名詞閃入了建筑師的眼簾。在其出現(xiàn)伊始，國(guó)內(nèi)建筑師發(fā)現(xiàn)這些利用參數(shù)化生成的作品完全顛覆了傳統(tǒng)建筑的“韻律感”，奉獻(xiàn)給世人極富吸引眼球的“絢麗感”，從而不少建筑師對(duì)其趨之若鶩，生硬的把

3、它理解成對(duì)建筑穿上一層絢麗的表皮，借以讓作品能脫穎而出。參數(shù)化也就和數(shù)字建筑，非線性，BIM系統(tǒng)等詞匯混淆在一起，成為很多建筑師揮灑個(gè)性的手法，甚至是體現(xiàn)自己作品是否時(shí)尚的一種標(biāo)簽。然而非理性的參數(shù)化生成形式又很快伴隨著諸如項(xiàng)目難以施工，造價(jià)高昂而又浪費(fèi)等實(shí)踐問(wèn)題被市場(chǎng)抵觸和排斥。一熱一冷，讓建筑師們開始反思究竟什么是參數(shù)化設(shè)計(jì)，該如何使用參數(shù)化設(shè)計(jì)。 </p><p>　　1．建筑參數(shù)化的本意： </p&

4、gt;<p>　　參數(shù)化設(shè)計(jì)的英文是Parameter Design，而parameter的意思是“參量，系數(shù)，變量”，也即是說(shuō)，參數(shù)化設(shè)計(jì)就是將設(shè)計(jì)要點(diǎn)提煉成不同的變量，這種過(guò)程類似數(shù)學(xué)中的函數(shù)關(guān)系式，一系列的變量經(jīng)由函數(shù)運(yùn)算之后會(huì)產(chǎn)生一系列的結(jié)果，這些結(jié)果雖然不同，但運(yùn)算過(guò)程是相同的。那么對(duì)應(yīng)到建筑設(shè)計(jì)中，變量是一個(gè)合理范圍內(nèi)的很多數(shù)值，有可能是面積，有可能是百分率，也有可能是完全隨機(jī)的一組數(shù)值，函數(shù)關(guān)系就是一套生成或

5、者組合的邏輯。和數(shù)學(xué)函數(shù)一樣，既然變量是很多的，那么結(jié)果也是很多的，建筑師要最后挑選出合理的一個(gè)或者一組結(jié)果?？梢院?jiǎn)單地想象一個(gè)樓梯的構(gòu)建過(guò)程：樓梯的構(gòu)建邏輯就是一個(gè)一個(gè)的臺(tái)階，依次往上同時(shí)往前疊加，最終能到達(dá)上一層標(biāo)高的樓板。這個(gè)構(gòu)建邏輯就是對(duì)構(gòu)建樓梯的函數(shù)描述。那么樓梯設(shè)計(jì)的變量自然是由單個(gè)臺(tái)階的高度和踏面寬度以及樓梯間的大小還有樓層的高度這些數(shù)值組成。這個(gè)過(guò)程，類似于使用autocad中的建筑工具來(lái)畫樓梯，選項(xiàng)中需要建筑師填寫的各

6、個(gè)數(shù)值就是變量。相應(yīng)的空間適用雙跑梯、直跑梯、旋轉(zhuǎn)梯或者異形梯就是構(gòu)建邏輯。當(dāng)然，作為一個(gè)有工作經(jīng)驗(yàn)的建筑師，設(shè)計(jì)出一把經(jīng)濟(jì)實(shí)用的樓梯，也許根本不用思考</p><p><b>　　2．非線性 </b></p><p>　　非線性原本也是數(shù)學(xué)哲學(xué)的概念，指的是變量和結(jié)果之間不成比例的一種自然關(guān)系。而自然界很多現(xiàn)象包括人的主管感受多是呈現(xiàn)出非線性關(guān)系。延伸到建筑中的例子

7、也有很多，比如想讓房間感覺(jué)大一倍，有時(shí)只用改一改房間的長(zhǎng)寬比，在面積增加不多的情況下就已經(jīng)可以達(dá)到房間變大一倍的感覺(jué)，更不用說(shuō)還可以改變一下房間的高度，開窗的比例，房間墻面的顏色等更多的感受手段，這是個(gè)心理感受呈現(xiàn)非線性的例子。實(shí)際使用的例子也很多，比如相同的總疏散寬度，同樣多的人數(shù)，兩個(gè)門的疏散效果往往會(huì)比一個(gè)門好，但是也不能說(shuō)三個(gè)，四個(gè)或者更多就一定會(huì)更好。建筑設(shè)計(jì)中的體現(xiàn)非線性關(guān)系的例子比比皆是，維特魯威在前年前的《建筑十書》中就

8、曾說(shuō)過(guò)建筑作品需要經(jīng)濟(jì)美觀實(shí)用，用現(xiàn)今的觀點(diǎn)，也即是使用者對(duì)空間，功能，造價(jià)，美觀的要求。其實(shí)對(duì)于任何建筑設(shè)計(jì)，這幾點(diǎn)都可以轉(zhuǎn)換成變量，加上不同項(xiàng)目所對(duì)應(yīng)的不同的任務(wù)書和場(chǎng)地條件等組成的其它變量，經(jīng)過(guò)建筑師理解和重新組織之后呈現(xiàn)的一定是個(gè)非線性結(jié)果。所以說(shuō)，參數(shù)化是迎合建筑設(shè)計(jì)的一種設(shè)計(jì)方式和過(guò)程。 </p><p><b>　　3.數(shù)字建筑 </b></p><p>

9、;　　數(shù)字建筑是參數(shù)化設(shè)計(jì)的前提。數(shù)字建筑是上世紀(jì)末電腦輔助設(shè)計(jì)即CAD繪圖方式的流行而誕生的一個(gè)概念。CAD將建筑設(shè)計(jì)從難以修改的圖紙轉(zhuǎn)換到方便修改的數(shù)字模型中，設(shè)計(jì)師可以直接讀取和控制長(zhǎng)度、面積方便的布圖和設(shè)置比例尺，從而提高了設(shè)計(jì)和表達(dá)效率。參數(shù)化設(shè)計(jì)也是建立在電腦運(yùn)算上的，所以說(shuō)參數(shù)化是基于數(shù)字建筑的前提上的。 </p><p><b>　　4．?dāng)?shù)字建構(gòu)： </b></p>

10、;<p>　　肯尼思·弗蘭普頓提出“建構(gòu)是詩(shī)意的建造”，其表達(dá)的意思是一整套建筑設(shè)計(jì)、構(gòu)建、施工的合理邏輯。這套邏輯要利用材料的合理的受力形式來(lái)砌筑成形，同時(shí)又要將這種砌筑方式的美學(xué)特點(diǎn)展現(xiàn)出來(lái)。比如磚是穩(wěn)重的材料，那么選它造樓時(shí)適合堆砌，可以用拱結(jié)構(gòu)，但不宜用它來(lái)表現(xiàn)大跨度，這是和磚的受力不符的形式，雖然可以通過(guò)技術(shù)手段做到看上去像用磚砌出的懸挑，但這時(shí)候磚就只是一種裝飾的材料，體現(xiàn)不出穩(wěn)重的堆砌美感。 <

11、;/p><p>　　數(shù)字建構(gòu)則可以說(shuō)是利用嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臄?shù)學(xué)模型構(gòu)建成的建筑形式。這些數(shù)學(xué)模型一般說(shuō)來(lái)都可以表現(xiàn)成無(wú)限復(fù)制的幾何形狀，同時(shí)又是美觀和結(jié)構(gòu)邏輯的。比如斐波那契數(shù)列，又稱黃金分割數(shù)列，它的組成方式為后面的數(shù)字是有前兩個(gè)數(shù)字相加的和，依次類推產(chǎn)生出來(lái)的一種數(shù)列。它的美學(xué)形式上接近黃金分割的比例，自然界有很多美好的實(shí)例也驗(yàn)證了這個(gè)數(shù)列的合理性。 </p><p>　　斐波那契數(shù)列在自然的實(shí)例

12、</p><p>　　數(shù)字建構(gòu)的出現(xiàn)，讓電腦在建筑師合理組織功能和空間之后，還可以對(duì)設(shè)計(jì)用數(shù)字邏輯進(jìn)行一輪優(yōu)化。 </p><p><b>　　5．BIM系統(tǒng) </b></p><p>　　BIM（ Building Information Modeling）也即是建筑信息模型，是實(shí)現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用工具，它不僅將建筑師的想法轉(zhuǎn)換成方案，還可以

13、為施工建造提供優(yōu)化和建議。傳統(tǒng)的CAD設(shè)計(jì)里，行業(yè)規(guī)范規(guī)定了建筑師如何用點(diǎn)、填充等手段去繪制墻、樓梯、門窗等建筑構(gòu)件，而傳統(tǒng)的建筑電腦模型則是用附有不同材質(zhì)參數(shù)的體塊或者面來(lái)表現(xiàn)建筑形體，電腦只是用來(lái)記錄和傳遞建筑師的想法。但在以REVIT為代表的BIM系統(tǒng)里不再是單純的點(diǎn)線面元素。設(shè)計(jì)師在繪制平面圖的時(shí)候就已經(jīng)要輸入相關(guān)的參數(shù)來(lái)告知電腦墻的做法，樓梯的做法，玻璃的設(shè)置，梁柱的位置。這樣電腦才真正的讀懂了建筑師的設(shè)計(jì)，從而能為建筑師繪制

14、圖紙。這不僅僅只是簡(jiǎn)單地理解為為節(jié)省建筑師的繪圖勞動(dòng)，生成最終的建筑模型或者是立剖面大樣。而是在電腦理解圖紙的同時(shí)，還能為建筑師計(jì)算日照節(jié)能，逃生模擬，模擬建筑室內(nèi)的空氣流動(dòng)；方便結(jié)構(gòu)師將建筑模型導(dǎo)入到專業(yè)計(jì)算軟件中驗(yàn)算出合理梁柱的尺寸和結(jié)構(gòu)布置，并反提回BIM系統(tǒng)中；為設(shè)備工種驗(yàn)算管線之間是否有沖突，或者管線與結(jié)構(gòu)之間會(huì)不會(huì)有沖突，提醒建筑師再合適的位置預(yù)留管線的穿孔。如果存在不合理的地方，建筑師可</p><p&

15、gt;　　有豐富實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的建筑師團(tuán)隊(duì)也許也可以做到以上的要求。但對(duì)于非笛卡爾坐標(biāo)系能描述的雙曲面外形的建筑設(shè)計(jì)，BIM系統(tǒng)的高效性尤為凸顯。電腦的窮舉精確分析方式此時(shí)會(huì)比人腦的定性輔助經(jīng)驗(yàn)的分析方式更加可靠。以CATIA軟件為代表的工業(yè)設(shè)計(jì)軟件，可以為雙曲面外形的建筑構(gòu)件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)?；贑ATIA平臺(tái)的建筑軟件DP（Digital Project）可以讓建筑師以更符合模數(shù)的單元形體去重構(gòu)所需要的曲面效果，從而達(dá)到可以使用更符合模數(shù)的材

16、料，布置出更少種類的結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)，甚至直接導(dǎo)出鋼結(jié)構(gòu)的曲線方程和編號(hào)，直接去鋼構(gòu)工廠生產(chǎn)出相應(yīng)的尺寸的鋼件就可以去現(xiàn)場(chǎng)按照編號(hào)進(jìn)行安裝施工。這些曾是傳統(tǒng)建筑師不能單靠想象就能完成的復(fù)雜工作，如今BIM系統(tǒng)已經(jīng)可以完成，讓建筑師解放出更多的精力投入到營(yíng)造空間等設(shè)計(jì)的核心問(wèn)題上。 </p><p>　　基于DP-CATIA設(shè)計(jì)的西班牙畢爾巴鄂古根海姆博物館（圖片來(lái)源自因特網(wǎng)） </p><p>　

17、　基于DP-CATIA設(shè)計(jì)的日本橫濱國(guó)際客輪航站樓（圖片來(lái)源自因特網(wǎng)） </p><p>　　建筑師的主觀能動(dòng)性： </p><p>　　盡管現(xiàn)在的建筑設(shè)計(jì)依賴于設(shè)計(jì)軟件，但建筑師的主導(dǎo)地位卻不會(huì)因此而被設(shè)計(jì)軟件所動(dòng)搖。雖然電腦能夠理解變量和函數(shù)的關(guān)系，最后優(yōu)化出建筑作品。但是函數(shù)規(guī)則是建筑師設(shè)定的，變量的篩選也是有建筑師決定的，在眾多的演算結(jié)果中權(quán)衡出最優(yōu)化的一個(gè)方向，同樣是由建筑師斟酌