形式工具与生成逻辑—建筑参数化设计的应用
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摘 要：随着技术的发展，计算机已成为建筑设计不可或缺的工具，而参数化设计成为当代建筑设计的重要手段。参数化技术的加入，使得建筑设计不再受到传统的造型与结构的限制，帮助建筑师实现设计的无限可能。同时，该技术可以根据不同的性能需求，模拟优化生成设计方案。本文论述建筑参数化设计的概念及内涵，通过建筑设计中参数化技术的应用案例，分析参数化设计在建筑设计中的两种应用方式。
关键词：建筑;参数化设计;工具;逻辑
1 技术美的源泉-参数化设计
历史建筑具有其独特的文化色彩与原始韵味，在不断发展的历史长河中，建筑随着农业时代、工业时代、智能化时代的更替呈现出独特样貌。当下智能技术不断进步，影响着建筑的发展，使其从一人一砖一瓦的累积发展到可电脑模拟、机器制造。其中参数化设计作为一种方法，极大地影响着当代建筑设计的发展。
在计算机技术的高速发展下，参数化设计应用产生并逐步普及，它主要是指用数码、电脑技术来辅助设计。这个技术的使用大概开始于20世纪90年代初期，最早可推至20世纪80年代晚期，现已成为探索新形式的前卫设计的主要技术方法。通过参数化，在电脑的几何体系中形成立体形象，应用不同的数码技术软件和参数建模工具达到设计目的[1]。参数化设计包括生成设计、算法集合、关联性模型等核心概念。
2 建筑的参数化设计应用方式
参数化设计在建筑设计中成为一种设计方法，核心思想是把建筑设计全部要素都变成某个函数变量，通过改变函数，或者说改变算法，人们能够获得不同的建筑设计方案，成为一种理性思维推理过程[2]。在建筑设计中，通过参数化设计，设计师能够在计算机中模拟建筑的状态，不同建筑表皮的组合、建筑形态的转变都能够在计算机中优化并得到优选方案。现代建筑与传统的建筑设计相比，部分形体复杂、涉及到自由曲面等复杂元素，通过参数化方法，落实复杂化、具有技术美的建筑形式。参数化在建筑设计中有两种应用方式，一种是帮助自由形态的实现，一种是直接生成合理优化的设计方案。
2.1 形态的实现工具--自由化的建筑设计
参数化设计本身是一种设计方法，也有人将它归为一种设计风格，将一系列运用参数化设计的建筑归为参数化的设计风格中[3]。在设计中通过参数化的手段，将建筑师笔下复杂或看似无规律变化的形态实际化，丰富建筑的表皮与整体形式。这种技术比较多地使用于形态不规则的建筑设计，以解构主义类型的建筑设计为例，比如美国建筑师弗兰克·盖里、英国建筑师扎哈·哈迪德、荷兰建筑师雷姆·库哈斯的建筑设计就广泛地使用参数化设计，如果没有参数化技术，用传统的作图手段是很难将项目落为实地的。
盖达尔·阿利耶夫文化中心是扎哈·哈迪德在阿塞拜疆的一个利用参数化技术设计的建筑作品。建筑与广场的起伏，分叉，褶皱还有形态都讓其展现出热情开放拥抱城市的姿态，利用参数化技术实现并优化曲线建筑的构建。建筑设计模糊了传统建筑与城市、广场、地面之间的分化，整体流动性的灵感展现创新与传统的融合。在这个流体建筑项目中，建筑流体化形态通过参数化运算与优化而最终实现，使得建筑整体而有机的表皮和空间相互关联。参数化技术帮助建筑形态的实现，成为设计师从草图构想到建筑方案落定直至建筑项目完成的运算设计工具。
2.2 建筑生成逻辑-合理化的建筑设计
参数的运用是一种新的建筑设计方法，运用这种设计方法结合建筑使用者需求、地块条件、建筑师的设计理念，碰撞出全新的设计理论参数化主义。建筑设计师在平台将影响建筑设计的各种要素作为参数建立参数化模型，通过更改参数来优化设计，并合理化建筑表皮、建筑整体形态，还可以实现模型信息的编辑与整合。设计者可直接通过Python等软件，根据设计想法自行编程或开发运算器，使得建筑根据现有信息自我生成，以实现特有的设计思路与形式。
建于天津滨海新区于家堡金融区的所有工程办公中心，利用参数化帮助生成其智慧化建筑表皮，且极大缩短了设计施工时间，实现短时内的最优建筑方案。建筑各房间功能不同，按采光要求高低分为办公、休息、大厅、库房、电梯厅等功能空间。在设计中，通过一段脚本将立面的采光信息构筑成为一个曲面，这个曲面上每一个点的高低对应着该点采光率的高低，因此立面构件应满足其所在位置的采光要求。外廊的外立面设计利用参数化生成以此为基础，形成不同的开孔率以适应内部功能的不同要求，同时也生成为不同的景窗，使观赏过程变得更加有趣。立面构件被设计成一系列的以旋转为逻辑改变采光率的几何构件，构件间既有连续的拓扑等价变化，又有连续的拓扑不等价变化，即由开放式的线性高采光率的景窗连续变化到封闭的四边形及六边形的低采光率景窗。设计充分体现了即使是极为简单的几何关联关系在对其特性进行充分研究以后只经过简单的罗列也可以产生丰富的几何变换关系。将这个曲面通过另外一段脚本的运算用于控制不同模块的安装排列。
最终立面方案为6种不同的模块，六种连续变化的模块代表六种不同的采光率，经过脚本对控制曲面的计算，标有不同模块的排列位置的施工图纸自动生成。在使用中，不同功能决定不同的开窗方式，产生不同的内部感受。不同采光需求对应不同开孔率，使得建筑外立面形成功能性背景下的变换面貌。
3 形式-参数与参数-形式
参数化技术在建筑设计中的两种应用方式，一种是通过设计师的思维形成建筑初稿，利用它实现建筑的模型与实现方案，是从“形式”到“参数”的一种应用序列。在此序列中，参数化技术成为建筑师方案形式的实现工具，帮助建筑师实现异形曲面或无序列非线性等特点的建筑设计，在不同的场地条件下优化设计方案。
另一种是通过将不同的建筑设计要素输入，参数化生成设计概念，是从“参数”决定“形式”的设计途径，是参数化的思维逻辑。通过场地要素、需求要素、功能要素等限制条件，主动生成某几种形式方案，再比选出最优方案。这两种应用方式都使得现代建筑不再是“人”造“房子”这个简单的观念，在参数化技术的介入下，经数据分析完成的更加合理化的方案。
4 结束语
不论何种应用方式，建筑在参数化设计的影响下成为多维设计。参数化技术在飞速发展，在建筑设计上已经成为一个关键词。很多人将“参数化”误认为一种外在的表现形式或风格化特征。参数化设计更重要的是一种三维（四维）的设计思维方式，就如平面设计不等于Photoshop。参数化建筑外形摆脱了经典阿基米德几何构成法则的束缚，将建筑设计方法模拟成一个有生命行为的自然之物的“生成”过程--以自身的遗传基因作为内在法则控制形态生成，同时受到各种外界条件的作用，二者促使生物进行自我组织及自我调节，从而生成一个适应生存的形体。参数化设计在设计思想上传承了非线性的“涌现”观念，将设计师与建筑的关系从过去自下而上地将形式强加给世界的“主体”与“客体”的角色关系转化为自下而上地依世界生成形式的“主体”与“主体”之间的关系。
参数化设计实质上可参与建筑全生命周期，除了对前期方案与施工的帮助，参数化的设计可提供参数关联窗口交互操作机制及建模形式，在建模过程中被记录，建成后可被回访，提升了项目透明度。参数化在建筑后期的维护方面能提供数据信息、问题分析及解决途径等。
参考文献：
[1] 王受之.当代建筑发展三趋势[J].中州建设，2014.
[2] 扈晓静.数字技术在建筑设计中的应用研究[D].西安建筑科技大学，2011.
[3] 尹俊波.非形态因素主导的参数化设计研究[D].湖南大学，2013.
[4] 建筑数字技术教学工作委员会.建筑数字流[M].上海：同济大学出版社，2010.
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