數(shù)字建構(gòu)與建筑參數(shù)化設(shè)計

1、<p>　　數(shù)字建構(gòu)與建筑參數(shù)化設(shè)計</p><p><b>　　摘要： </b></p><p>　　本文通過對比常見的諸如數(shù)字建筑、非線性、BIM系統(tǒng)等概念和參數(shù)化設(shè)計之間的關(guān)系，闡述了建筑建筑參數(shù)化設(shè)計組成和意義。 </p><p>　　關(guān)鍵字：建筑參數(shù)化設(shè)計，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：S611 文獻標識碼：A 文章編號： </p><p>　　隨著當代學科之間的互相穿插交疊，計算機程序和傳統(tǒng)的建筑設(shè)計領(lǐng)域結(jié)合誕生了建筑的參數(shù)化設(shè)計。自此，參數(shù)化作為當今建筑設(shè)計界炙手可熱的一個名詞閃入了建筑師的眼簾。在其出現(xiàn)伊始，國內(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”，奉獻給世人極富吸引眼球的“絢麗感”，從而不少建筑師對其趨之若鶩，生硬的把

3、它理解成對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性的手法，甚至是體現(xiàn)自己作品是否時尚的一種標簽。然而非理性的參數(shù)化生成形式又很快伴隨著諸如項目難以施工，造價高昂而又浪費等實踐問題被市場抵觸和排斥。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，該如何使用參數(shù)化設(shè)計。 </p><p>　　1．建筑參數(shù)化的本意： </p&

4、gt;<p>　　參數(shù)化設(shè)計的英文是Parameter Design，而parameter的意思是“參量，系數(shù)，變量”，也即是說，參數(shù)化設(shè)計就是將設(shè)計要點提煉成不同的變量，這種過程類似數(shù)學中的函數(shù)關(guān)系式，一系列的變量經(jīng)由函數(shù)運算之后會產(chǎn)生一系列的結(jié)果，這些結(jié)果雖然不同，但運算過程是相同的。那么對應到建筑設(shè)計中，變量是一個合理范圍內(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或者一組結(jié)果?？梢院唵蔚叵胂笠粋€樓梯的構(gòu)建過程：樓梯的構(gòu)建邏輯就是一個一個的臺階，依次往上同時往前疊加，最終能到達上一層標高的樓板。這個構(gòu)建邏輯就是對構(gòu)建樓梯的函數(shù)描述。那么樓梯設(shè)計的變量自然是由單個臺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。這個過程，類似于使用autocad中的建筑工具來畫樓梯，選項中需要建筑師填寫的各

6、個數(shù)值就是變量。相應的空間適用雙跑梯、直跑梯、旋轉(zhuǎn)梯或者異形梯就是構(gòu)建邏輯。當然，作為一個有工作經(jīng)驗的建筑師，設(shè)計出一把經(jīng)濟實用的樓梯，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)學哲學的概念，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，比如想讓房間感覺大一倍，有時只用改一改房間的長寬比，在面積增加不多的情況下就已經(jīng)可以達到房間變大一倍的感覺，更不用說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，這是個心理感受呈現(xiàn)非線性的例子。實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)，兩個門的疏散效果往往會比一個門好，但是也不能說三個，四個或者更多就一定會更好。建筑設(shè)計中的體現(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、曾說過建筑作品需要經(jīng)濟美觀實用，用現(xiàn)今的觀點，也即是使用者對空間，功能，造價，美觀的要求。其實對于任何建筑設(shè)計，這幾點都可以轉(zhuǎn)換成變量，加上不同項目所對應的不同的任務書和場地條件等組成的其它變量，經(jīng)過建筑師理解和重新組織之后呈現(xiàn)的一定是個非線性結(jié)果。所以說，參數(shù)化是迎合建筑設(shè)計的一種設(shè)計方式和過程。 </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)計的前提。數(shù)字建筑是上世紀末電腦輔助設(shè)計即CAD繪圖方式的流行而誕生的一個概念。CAD將建筑設(shè)計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)計師可以直接讀取和控制長度、面積方便的布圖和設(shè)置比例尺，從而提高了設(shè)計和表達效率。參數(shù)化設(shè)計也是建立在電腦運算上的，所以說參數(shù)化是基于數(shù)字建筑的前提上的。 </p><p><b>　　4．數(shù)字建構(gòu)： </b></p>

10、;<p>　　肯尼思·弗蘭普頓提出“建構(gòu)是詩意的建造”，其表達的意思是一整套建筑設(shè)計、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砌筑成形，同時又要將這種砌筑方式的美學特點展現(xiàn)出來。比如磚是穩(wěn)重的材料，那么選它造樓時適合堆砌，可以用拱結(jié)構(gòu)，但不宜用它來表現(xiàn)大跨度，這是和磚的受力不符的形式，雖然可以通過技術(shù)手段做到看上去像用磚砌出的懸挑，但這時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)則可以說是利用嚴謹?shù)臄?shù)學模型構(gòu)建成的建筑形式。這些數(shù)學模型一般說來都可以表現(xiàn)成無限復制的幾何形狀，同時又是美觀和結(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)字是有前兩個數(shù)字相加的和，依次類推產(chǎn)生出來的一種數(shù)列。它的美學形式上接近黃金分割的比例，自然界有很多美好的實例也驗證了這個數(shù)列的合理性。 </p><p>　　斐波那契數(shù)列在自然的實例

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，還可以對設(shè)計用數(shù)字邏輯進行一輪優(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，是實現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計的應用工具，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)計里，行業(yè)規(guī)范規(guī)定了建筑師如何用點、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)的體塊或者面來表現(xiàn)建筑形體，電腦只是用來記錄和傳遞建筑師的想法。但在以REVIT為代表的BIM系統(tǒng)里不再是單純的點線面元素。設(shè)計師在繪制平面圖的時候就已經(jīng)要輸入相關(guān)的參數(shù)來告知電腦墻的做法，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，從而能為建筑師繪制

14、圖紙。這不僅僅只是簡單地理解為為節(jié)省建筑師的繪圖勞動，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，還能為建筑師計算日照節(jié)能，逃生模擬，模擬建筑室內(nèi)的空氣流動；方便結(jié)構(gòu)師將建筑模型導入到專業(yè)計算軟件中驗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)備工種驗算管線之間是否有沖突，或者管線與結(jié)構(gòu)之間會不會有沖突，提醒建筑師再合適的位置預留管線的穿孔。如果存在不合理的地方，建筑師可</p><p&

15、gt;　　有豐富實踐經(jīng)驗的建筑師團隊也許也可以做到以上的要求。但對于非笛卡爾坐標系能描述的雙曲面外形的建筑設(shè)計，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會比人腦的定性輔助經(jīng)驗的分析方式更加可靠。以CATIA軟件為代表的工業(yè)設(shè)計軟件，可以為雙曲面外形的建筑構(gòu)件進行優(yōu)化設(shè)計?；贑ATIA平臺的建筑軟件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，甚至直接導出鋼結(jié)構(gòu)的曲線方程和編號，直接去鋼構(gòu)工廠生產(chǎn)出相應的尺寸的鋼件就可以去現(xiàn)場按照編號進行安裝施工。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造空間等設(shè)計的核心問題上。 </p><p>　　基于DP-CATIA設(shè)計的西班牙畢爾巴鄂古根海姆博物館（圖片來源自因特網(wǎng)） </p><p>　

17、　基于DP-CATIA設(shè)計的日本橫濱國際客輪航站樓（圖片來源自因特網(wǎng)） </p><p>　　建筑師的主觀能動性： </p><p>　　盡管現(xiàn)在的建筑設(shè)計依賴于設(shè)計軟件，但建筑師的主導地位卻不會因此而被設(shè)計軟件所動搖。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)化的一個方向，同樣是由建筑師斟酌