建筑生成設(shè)計(jì)與復(fù)雜適應(yīng)性理論關(guān)系研究

王冬冬 馮曉宇 張蕓香

(1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)，山西 晉中 030801;2.北京林業(yè)大學(xué)園林學(xué)院，北京 100083)

0 引言

開放式建筑生成設(shè)計(jì)始于20世紀(jì)末，以復(fù)雜性適應(yīng)性學(xué)科理論研究為理論輔助的設(shè)計(jì)模式為當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)提供了更多較為新穎的設(shè)計(jì)思路。隨著建筑學(xué)科的包容性逐漸增大的趨勢，建筑適應(yīng)性生成理論也開始不斷完善。建筑生長于自然環(huán)境之中，建筑空間營造與建筑設(shè)計(jì)工作本身的復(fù)雜性特征所決定其在自身壽命期間與受眾主體不斷發(fā)生互動(dòng)關(guān)系，包括知覺、嗅覺、視覺等行為認(rèn)知。當(dāng)代建筑師從眾多建筑設(shè)計(jì)方法的探索中，不斷嘗試著不同的建筑生成手段，并在具體的設(shè)計(jì)實(shí)踐中逐漸得以證實(shí)。通過對復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)理論的研究可以發(fā)現(xiàn)，建筑生成設(shè)計(jì)如同生物界形態(tài)各異的動(dòng)物，不論種類如何龐雜，都可歸于哺乳動(dòng)物和非哺乳動(dòng)物兩大群落一樣，看似淺表層不同，卻都擁有相近的內(nèi)在普遍范式，如果用復(fù)雜適應(yīng)性理論概括:即為通用CAS普適模型(CAS是英文字母Computer Assistant Styling的縮寫，是特指計(jì)算機(jī)輔助造型曲面的意思，CAS是指利用曲面制作軟件(Alias，Catia，Icemsurf)，以最終評審得出的造型方案為基礎(chǔ)，能初步滿足產(chǎn)品斷面要求，符合總體布置，用來加工實(shí)物模型，驗(yàn)證造型的曲面數(shù)據(jù))。

1 建筑適應(yīng)性理論CAS涌現(xiàn)的總體特征

建筑生成受到眾多因素的限制與制約，如:場地、時(shí)間、重力、聲音、氣溫、光線、氣流、氣味、色彩乃至味覺，也包含建設(shè)規(guī)模、建材肌理與質(zhì)地、應(yīng)用環(huán)境的變化以及材料壽命等。原始時(shí)期人類對建筑環(huán)境最原本的認(rèn)知包括溫暖的陽光，藍(lán)天，植物，小動(dòng)物和人類自己。如果把建筑看成是復(fù)雜適應(yīng)系統(tǒng)的構(gòu)造物的時(shí)候，所有元素都將是建筑設(shè)計(jì)靈感的發(fā)生或者是受限制條件，加強(qiáng)或減弱這些因素對建筑本體的影響權(quán)重，就會產(chǎn)生很多不同的建筑形式，這與霍蘭德的適應(yīng)性造就復(fù)雜性理論的闡述極為相似，即都承認(rèn)建筑的復(fù)雜性產(chǎn)生于不斷適應(yīng)環(huán)境的限定元素之中。所以，當(dāng)代建筑生成具有創(chuàng)作與研究、表現(xiàn)與發(fā)現(xiàn)、結(jié)果與過程的研究模式，并在復(fù)雜適應(yīng)性理論的作用下產(chǎn)生以下特點(diǎn):

1)設(shè)計(jì)形式多樣，建筑師的創(chuàng)造性不斷被激發(fā);

2)科學(xué)研究模式引入到設(shè)計(jì)中來，設(shè)計(jì)總體顯現(xiàn)理性特征;

3)模型生成設(shè)計(jì)在整體設(shè)計(jì)中權(quán)重量增大，成為建筑最終實(shí)現(xiàn)的重要工作;

4)設(shè)計(jì)策略靈活，注重相關(guān)領(lǐng)域理論借鑒，采用先進(jìn)技術(shù)對過程進(jìn)行干預(yù);

5)建筑形態(tài)邏輯生成性強(qiáng)，具有數(shù)字時(shí)代的非線性風(fēng)格。這些特點(diǎn)反映出當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)生成其實(shí)要兼容創(chuàng)造性和科學(xué)性模式。

2 建筑適應(yīng)性理論CAS涌現(xiàn)細(xì)部特征分析

自然界各種物質(zhì)系統(tǒng)之間相互聯(lián)系互為制約，生物要素與物理因素形成一個(gè)流動(dòng)網(wǎng)絡(luò)格局，由因果聯(lián)系相互作用，熱能、風(fēng)能、地形、地貌、樹木植物、光能、生態(tài)廊道等相互關(guān)聯(lián)，通過人為因素和空間構(gòu)成體現(xiàn)建筑本體的生命特征與生長關(guān)系，并使其成為生態(tài)環(huán)境中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)。這些適應(yīng)性理論在當(dāng)代的建筑設(shè)計(jì)中逐漸被重視，學(xué)科的粘連性促進(jìn)建筑設(shè)計(jì)不斷的適應(yīng)自然網(wǎng)絡(luò)，一改現(xiàn)代主義對其的漠視態(tài)度。

2.1 人為因素

人為因素的主要核心包括:宗教信仰、價(jià)值取向、審美情趣以及理想等，是以人為主體的思想活動(dòng)。民族性與地域性結(jié)合人類本身的創(chuàng)造力，形成建筑文化具有多樣特征的人文風(fēng)貌，就像我們看到四合院和非洲的桿闌式草屋時(shí)，就會產(chǎn)生不同的建筑場所感應(yīng)一樣，知覺的附加元素往往是建筑設(shè)計(jì)的感性延伸。但是，人為因素的復(fù)雜性系統(tǒng)在建筑設(shè)計(jì)中往往體現(xiàn)為單一的選擇性而不提倡反復(fù)疊加，鼓勵(lì)不斷整理來體現(xiàn)建筑設(shè)計(jì)語言的統(tǒng)一性。建筑作為人類思維活動(dòng)的結(jié)果，是知覺網(wǎng)絡(luò)和人文網(wǎng)絡(luò)共同作用產(chǎn)生的，從記憶與情感的角度來感受建筑，發(fā)現(xiàn)其是具有溫度的存在。所以，在建筑生成設(shè)計(jì)中關(guān)注人為因素的特征，將會使建筑空間和造型設(shè)計(jì)與文化因素互為對話，形成以知覺綜合體驗(yàn)作為先決條件的設(shè)計(jì)生成過程，這與現(xiàn)代主義時(shí)期以把抽象、不確定作為設(shè)計(jì)靈感體現(xiàn)的先決因素不同，但是此二者最終都是以建筑師為主導(dǎo)，以服務(wù)受眾為主要目的建筑設(shè)計(jì)活動(dòng)，并產(chǎn)生結(jié)果。當(dāng)然，建筑現(xiàn)象學(xué)中包括的人為因素定性研究案例，也會決定建筑設(shè)計(jì)生成的結(jié)果，但是生成設(shè)計(jì)的策略與方法需要以人為因素進(jìn)行定量的實(shí)踐和研究，才會獲得更多受眾對建筑設(shè)計(jì)本體的情感認(rèn)同。

2.2 空間因素

羅伯特·文丘里在其著作《建筑的復(fù)雜性與矛盾性》中說:“我喜歡基本要素混雜而不要純粹，折衷而不要干凈，扭曲而不要直率，含糊而不要分明。鬧人而又有趣，寧要平凡的也不要造作的，寧可遷就也不要排斥，寧可過多也不要簡單，既要舊的也要?jiǎng)?chuàng)新，寧可不一致和不肯定也不要直接的和明確的……”豐富且復(fù)雜度不斷變化的系統(tǒng)空間是人類活動(dòng)的主要場所，當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)把傳統(tǒng)人機(jī)工程學(xué)中對人體尺度的把握和行為尺度的控制擴(kuò)展為社會尺度的環(huán)境生成和城市系統(tǒng)生成兩大新模塊，并通過細(xì)部設(shè)計(jì)把民用建筑內(nèi)部空間劃分為私密空間(如臥室、書房等)，交流的公共空間(如內(nèi)中庭、會堂等)，主要功能空間(如辦公室、教室等)，交通服務(wù)空間(如樓電梯、走廊等)幾大主要功能分區(qū)，不但空間限定明確而且符合人們生活起居的基本需求。當(dāng)人們對建筑空間的組合要求越來越嚴(yán)格的時(shí)候，復(fù)雜化理論對建筑生成設(shè)計(jì)的影響就變成了必然要求，并反映出生成式建筑思維邏輯的主體特征。

建筑空間復(fù)雜性特征表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:

1)建筑空間的動(dòng)態(tài)開放性加強(qiáng)，結(jié)構(gòu)耗散明顯，與外界環(huán)境對話加強(qiáng)，不斷發(fā)生信息、能量與物質(zhì)的交換。

2)建筑空間的演化開始反映國民整體經(jīng)濟(jì)狀況，以及時(shí)代的文化特征。建筑功能復(fù)雜，形式特征越來越明顯，子系統(tǒng)之間的協(xié)同融合，開始多種建筑理論研究與設(shè)計(jì)風(fēng)格的創(chuàng)新。

3)建筑空間的演化以樹形系統(tǒng)結(jié)構(gòu)開始不斷地生長，例如生態(tài)學(xué)、符號學(xué)、幾何學(xué)等等反映出復(fù)雜化系統(tǒng)理論對建筑功能和空間構(gòu)成的逐步精細(xì)化和完善化，更加科學(xué)的建筑空間類型不斷產(chǎn)生。

3 建筑設(shè)計(jì)生成與復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)理論的關(guān)系

當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)在復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)理論影響下，空間形態(tài)開始摒棄靜止、單一的幾何形體式的設(shè)計(jì)方法，開始探索建筑設(shè)計(jì)中各種限制條件之間的動(dòng)態(tài)聯(lián)系，探索創(chuàng)造能體現(xiàn)風(fēng)俗文化、民族地域與建筑受眾可以產(chǎn)生最優(yōu)互動(dòng)關(guān)聯(lián)的設(shè)計(jì)方法。這種趨勢促使建筑生成與復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)理論相結(jié)合，于是產(chǎn)生了諸如動(dòng)態(tài)空間的變形建筑、拓?fù)浣ㄖ?、?dòng)畫建筑、參數(shù)化建筑以及遺傳算法生成建筑等形式。

建筑設(shè)計(jì)生成與復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)理論的關(guān)系主要表現(xiàn)為以下三點(diǎn):

1)復(fù)雜適應(yīng)性理論涌現(xiàn)的應(yīng)用，是建筑設(shè)計(jì)對空間應(yīng)用體驗(yàn)的一種解放。在生成設(shè)計(jì)的過程中，由于項(xiàng)目形體的復(fù)雜性，須采用復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)手段設(shè)計(jì)模型以便推敲和制圖。建筑師需要將復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)理論因素通過某種規(guī)則與幾何圖形關(guān)聯(lián)起來，通過拉伸，扭轉(zhuǎn)，剪切，甚至幾何定點(diǎn)控制等建模手法來干預(yù)建筑生成，控制建筑形態(tài)生成。對生成式建筑而言，這種解析幾何式的CAS手法，區(qū)別于以前基于視覺藝術(shù)進(jìn)行建筑造型推敲的方法，通過自由形體與復(fù)雜化理論系統(tǒng)產(chǎn)生互動(dòng)關(guān)聯(lián)，建筑造型由被動(dòng)的模擬轉(zhuǎn)變?yōu)橹鲃?dòng)創(chuàng)造。

2)生成設(shè)計(jì)對復(fù)雜適應(yīng)性理論的適應(yīng)體現(xiàn)出當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)對傳統(tǒng)建筑表達(dá)技法的進(jìn)一步拓展。復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)理論有效的提高建筑形態(tài)的豐富性、科學(xué)性、藝術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性。意大利建筑師P.L.奈而維說過:“建筑藝術(shù)具有雙重意義，一方面是由服從客觀要求的物理結(jié)構(gòu)所構(gòu)成;另一方面，則是產(chǎn)生某種主觀感情的心理活動(dòng)?！睆?fù)雜適應(yīng)性理論對建筑來說是當(dāng)代建筑生成的必要的條件，也是“泛建筑”的主要理論核心。

3)生成設(shè)計(jì)與復(fù)雜適應(yīng)性理論的關(guān)系體現(xiàn)科學(xué)探索與研究的特征，是建筑師以理性思維作為主要思考模式的設(shè)計(jì)活動(dòng)。既不能被傳統(tǒng)的思維慣性和方法規(guī)則干擾思路，也不能脫離對建筑合理性的思考，從而打破設(shè)計(jì)方法的單一性。通過對建筑設(shè)計(jì)工作的熱情和耐心，對復(fù)雜適應(yīng)性理論的不斷研究，才能有效完成生成設(shè)計(jì)平臺上的目標(biāo)任務(wù)。

4 結(jié)語

設(shè)計(jì)與科學(xué)相比，抽象與神秘的特征要高于科學(xué)問題確定清晰的研究模式，當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)背景不斷變化，文化與經(jīng)濟(jì)在對峙中整體進(jìn)步的趨勢，反映出建筑學(xué)科對復(fù)雜性科學(xué)理論的認(rèn)知不斷清晰，依賴程度也在逐漸加強(qiáng)。復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)理論涌現(xiàn)生成的建筑與傳統(tǒng)手法設(shè)計(jì)的建筑相比，在造型、結(jié)構(gòu)與構(gòu)造、材料選擇上都更加復(fù)雜新穎，弊端在于其建筑整體造價(jià)與施工技術(shù)難度增加，這對于全球經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)薄弱的地區(qū)推廣有一定難度?？萍嫉倪M(jìn)步需要經(jīng)歷一段循序漸進(jìn)的過程，科學(xué)技術(shù)的高速發(fā)展正在逐漸解決發(fā)展過程中的難題。需要指出的是，在擺脫現(xiàn)代建筑功能主義的束縛后，重新反思后現(xiàn)代主義與解構(gòu)主義的片面與偏激，尋找新的理論支撐，是建筑學(xué)螺旋式向上發(fā)展的必然過程，而不是推翻與否定傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法。復(fù)雜適應(yīng)性系統(tǒng)理論對當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)的全面關(guān)注與干預(yù)，實(shí)質(zhì)是輔助建筑設(shè)計(jì)的生成，協(xié)調(diào)控制建筑涌現(xiàn)過程的各種弊病，營造更為符合人們深層認(rèn)知的建筑形式和設(shè)計(jì)語言。

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