探析非線性建筑的參數化設計

數字化技術的蓬勃發展使具有動態特性的非線性建筑設計逐漸走上主流設計的文化舞臺中心，而面對系統化的非線性建筑結構時，以強調自上而下的設計理念為依托的參數建模設計方法正充斥著整個建筑學界。文章從非線性建筑參數化設計的基本涵義著手，描繪出在參數化設計視角下非線性建筑設計所具有的基本特征，同時概括其設計方法及操作過程，試圖勾勒出設計與建造相互交融的未來建筑生產模式。

從畢爾巴鄂古根海姆美術館到扎哈·哈迪德建筑事務所設計的錯綜復雜的流線型造型，數字化氣息的模型和令人震撼的渲染圖在互聯網上開始蔓延到生活中并隨處可見。計算機數字化技術的引入，導致建筑單體與城市空間兩者之間的功能特性界限變得越來越模糊。建筑物的復雜性轉變是非線性建筑設計思想產生的前提條件，即強調影響因子之間參變量的相互作用，并在分析研究過程中讓建筑形態自然的浮現，將空間形態的“結果”轉化為“思維過程“。這種建筑設計邏輯的改變不僅能精確的控制設計過程中各種細小因素，同時又可偏離形式主義的誤區，使設計的最終整體結果具備高度智能化。

非線性建筑的“參數化設計”概述

作為抽象邏輯“參數”起源于數學，定義為函數“量”的一種特定屬性，它不是常數，一般可描述系統中各個部分的內在秩序，參數一旦發生改變，就有可能大幅度地影響整個系統的運行方式。將建筑視為一個非線性的動態系統，在這個復雜的系統之中就會存在很多參數，它們相互關聯并且最終可決定整個系統的性能。當建筑師通過分析建立起參數化的關聯模式后，就可以通過系統的自身運算來解決所面臨的疑難問題。

簡單來說，參數化設計是參數系統通過利用其相關運算技術，高效且全方位編排或組織系統的一種設計策略。廣義的參數化設計是一種基于數字技術的設計方法，它伴隨計算機圖形技術的進步而逐步在設計行業中發展起來。在工業設計領域被應用得極其廣泛，而在建筑設計之中才初現端倪，主要原因在于后者牽涉更多的相關學科專業，甚至囊括經濟、政治等內在制約因素，使其相關軟件在設計開發時需要解決更為復雜的技術難題。總體來說，國外對于非線性參數化設計的實踐探索明顯領先于國內，并且已經邁入了從實踐跨越到教育的延伸階段，其中頗具代表性的有Zaha Hardid Architects、AAEmtech、UN Studio等，相比之下，國內建筑生產環境的硬件設施陳舊，設計思維束縛于傳統，導致建筑師自身表現出尷尬的矛盾性，即在更新設計技術的同時不得不進行方程式的設計操作。

參數化設計及其技術平臺

參數化設計技術主要指的是計算機軟件技術和數字建造技術，它們是參數化設計得以存在的關鍵因素和核心工具。參數化設計軟件作為技術工具，不僅具備能夠建立參數關系模式的機制，同時還擁有模擬和構造非線性動態的能力。使用者以交互的方式對參數進行設定和修改，再通過軟件運行自身所內置的高級運算技術來模擬現實世界。如Bently公司研發的Generative Components，針對Rhino專門開發的Grasshopper，它們都是以十分直觀的參數關系圖示來呈現參數之間的關聯機制。計算機腳本技術能將設計師的思維直接轉譯成計算機程序代碼，從而實現參數化軟件在某些方面無法涉及的任務，最常使用的有Rhinoscript和Maya Embedded Language，設計師在編寫腳本時可能會耗費大量的時間，一旦程序檢測出錯，則需花費更多的精力來修改。

基于Autocad平臺開發的Revit，其中的信息模型就由無數個虛擬構件拼裝而成，在進行傳遞和共享數據時可有效地減少工程資訊的漏失。數字制造是通過信息的建模和處理來改進制造工藝，在非線性建筑建造的過程中，數控機床技術的激光切割和彎曲技術被廣泛應用，前者適用于平面切割或板材加工，后者則可控制材料的塑性變形。

參數化設計的基本邏輯

非線性建筑的參數化設計是各種矛盾的綜合體，在構建參數建造模型時，需設定參數并尋找彼此作用的平衡點。功能組織是絕大多數建筑所要解決的首要問題，既可運用軟件轉譯后顯示的功能組團之間的距離遠近來表現不同區域之間的吸引力或排斥力，也能先用陣形密度代表空間的功能屬性，再通過選定運算法則得到空間動靜特征值進而確定功能排布。建筑的形體受其外部環境以及內部活動的雙重影響，因此，遵從結構的多樣性，在自然系統中探尋與環境相適應的形態并將其中某些能夠用于建筑生成的組織結構轉譯為建筑形態的參數，這不僅能夠創造出頗具視覺藝術的建筑形式，還可以解決某些實際的建筑問題。

建筑結構被稱之為“骨架”，是建筑形式表達的物質基礎，參數化設計從幾何的角度輸入結構規律與形式邏輯之間的參數值就能精確地生成建筑形式。建筑物理環境由聲、光和熱三部分構成，這些參變量可通過數學或物理描述直接轉譯，動態的數值得以生成不同的非線性建筑方案。同時，將人的心理及行為需求作為設計的重要參數，再通過數字技術識別，能使無生命的建筑物轉變為具有交互能力的高級建筑形態。

結語

在設計實施過程中，設計師的主觀傾向往往一直處于主導地位，而參數化設計打破了其主次關系，將客觀條件的限制置于首要位置，并在此基礎上不斷地優化內在因素從而生成設計方案。建筑物是由很多關聯因素共同影響生成，如何控制由這些參數整體形成的動態可調節系統，正是非線性建筑參數化設計的本質內涵。

（作者單位：湖南師范大學美術學院）

作者簡介：王瑋璜（1989-），男，湖南株洲人，湖南師范大學美術學院2013級研究生，研究方向：環境藝術設計。