建筑參數化設計的發展及應用的研究

李文凱

（陜西省西北工業大學，陜西 西安 710129）

1 建筑參數化設計的概述

1.1 建筑參數化設計的概念。參數化設計，是建筑設計中一種常用的輔助設計方法。其主要原理是，在建筑設計中需要將重要因素變成某個函數的變量，通過改變某個因素，從而改變函數結果，使得人們能夠獲得不同的建筑設計方案。建筑參數化設計是建筑設計的輔助設計手段，其運用計算機和智能軟件構建出一系列具有某種函數關系的模型，人們修改其中一個單位模型的參數，被此參數綁定的建筑要素會進行相應的調整。

1.2 建筑參數化設計早起發展及發展歷程。在人類歷史長河中，發生過三次有代表性的參數化革命。第一次是秦始皇時期的度量衡的確定，從此天下有了統一的度量標準。第二次是用宋朝時期用圖紙來進行設計，從此建筑設計開始畫圖、標尺寸、做模型。第三次是計算機軟件輔助下的參數化設計，這是一次極大的飛躍，對建筑設計產生了重大影響。正如上文所述，建筑參數化設計是計算機科技發展到一定階段的產物，對于這次飛躍，參數化技術的發展可分為三個小階段。20世界70年代末至80年代初，出現了最初的參數化理論和思想；20世紀80年代中期至90年代初，參數化設計中引入了計算機人工智能技術，這使得參數化設計變得更加專業化和精細化，能夠幫助設計師精確對設計對象進行控制；20世紀90年代中期至今，研究人員開發了參數化設計軟件，如CATTA、CAD等，此后，參數化設計得到了快速發展和廣泛運用。

2 建筑參數化設計的發展趨勢

2.1 建筑參數化設計的技術本質。建筑參數化設計的技術本質是設計師通過運用參數化設計軟件，生成一系列幾何模型，這些幾何模型具有特殊的聯動關系，當修改其中一個參數時，其他模型會作出相應的修改。參數化設計的優點在于，當設計師改變了設計思路或者某一參數時，利用軟件可以輕松地做出改變，而不需要對每一個局部進行修改。建筑參數化設計為設計師提供了很多種設計方案，可以生成出各種各樣的建筑造型，設計師的工作變得簡單、高效。

2.2 建筑參數化設計發展趨勢。建筑參數化設計方法主要有兩種發展趨勢：基于復雜性科學理論的發展趨勢和作為普適性設計工具的發展趨勢。基于復雜性科學理論的發展在于人類的空間想象能力限制了對建筑復雜性的表達，參數化設計技術可以解決建筑復雜性的表達問題。設計師通過軟件設定初始參數，然后輸入影響因子，編輯生產邏輯，便可生成圖解信息，此圖解信息可以是各種各樣的形式，這些形式幫助設計師在思想上搭設了“臺階”，為下一步創作提供了依據。建筑參數化設計的另一個發展方向是作為普適性設計工具，即能夠幫助設計師優化設計過程，以一種高效、便利的方式處理建筑設計中出現的問題。區別于在復雜科學理論上的運用，這種參數化設計主要用于對已經明確的方案做進一步的處理。

3 建筑參數化設計運用策略

3.1 不同設計階段的復雜性簡介。在設計理念的產生階段和圖解生形階段，建筑設計的復雜性表現在建筑師將初始設計理念轉化成圖形的過程，尤其是一些人文理念和社會理念。在方案深化階段，建筑設計的復雜性表現在協調設計理念與外部影響因素的關系上，將原始的概念雛形發展為具體的建筑方案過程中，需要全面的考慮際條件和環境。在施工圖設計階段，復雜性主要表現在各種不同的建筑要素之間相互的影響和作用，以及各專業和各工種之間的協調。

3.2 基于復雜性思維的參數化運用策略。在復雜性思維的影響下，建筑師在進行建筑設計時，將工作的重點從設計結果轉向了建筑設計過程。但是，在設計的過程中，如果絕大部分都是人為操控，那么很難模擬出復雜的生成過程，建筑師必須要借助計算機人工智能軟件平臺來模擬完成設計的生成過程，這便是參數化設計的運用。建筑師在運用參數化設計的過程中，不僅需要設計邏輯的支持，還需要清晰明了的邏輯圖形，這對完成建筑設計很重要，尤其是對涉及人文和社會思想的設計。正如上文所說，基于復雜性思維的參數化運用，在不同的設計階段，有不同的運用方法和策略。譬如，在建筑方案設計階段，在參數化運用的過程中，主要工作是協調各種參數要素，對概念雛形進行優化和處理，使方案變得更加科學、合理，更加符合建筑的生成規律。

3.3 基于信息模型技術的參數化運用策略。建筑信息模型技術是解決技術問題的輔助性設計工具，是參數化設計技術發展到一定時期的產物。目前，建筑師對信息模型技術的運用有多種方式，譬如推敲設計、模型表現、配合工程等，無論何種方式，都能幫助建筑師大大提高工作效率。例如，建筑師在項目中后期的主要工作不是創作，而是完成設計的精細化。此時，基于信息模型技術的參數化的優勢便體現出來。建筑師利用BIM平臺，可以建立參數化模型，該模型的建立不僅是幾何空間和幾何形狀的組建，在過程中需要進行各項數據的輸入，最終生成的建筑模型中包含了全部的參數，而且這些數據還可以用于相關配套專業，大大提高建筑師在整個項目的上的工作效率。

結語

建筑參數化設計技術的運用，大大減小了建筑師的設計修改和繪圖工作的難度，但是，前期建模難度大、時間長，還要求建筑師有一定的編程基礎。因此，建筑參數化設計技術未來的發展方向注定是兼顧強大功能和操作便捷性。另一方面，目前，國內建筑參數化設計技術主要用于解決復雜的形式問題，建筑師更喜歡用傳統的設計方法完成一般主流的建筑形式的設計，這種局面嚴重限制了建筑參數化設計技術的發展。此外，國內建筑參數化設計技術的運用相對較落后，在項目上的使用比例比較小，只有少數實力雄厚的大型設計公司在部分項目上使用參數化技術。鑒于此，筆者期待更多的建筑師和設計機構在建筑項目上運用參數化設計，以促進建筑參數化設計技術的快速發展。

[1]潘望.基于建筑復雜性的參數化設計研究[D].華南理工大學，2012.

[2]戴春來.參數化設計理論的研究[D].南京航空航天大學，2002.

[3]曾旭東.參數化建模研究[M].華中科技大學出版社，2012.