建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的發(fā)展及應(yīng)用的研究

李文凱

（陜西省西北工業(yè)大學(xué)，陜西 西安 710129）

1 建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的概述

1.1 建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念。參數(shù)化設(shè)計(jì)，是建筑設(shè)計(jì)中一種常用的輔助設(shè)計(jì)方法。其主要原理是，在建筑設(shè)計(jì)中需要將重要因素變成某個(gè)函數(shù)的變量，通過(guò)改變某個(gè)因素，從而改變函數(shù)結(jié)果，使得人們能夠獲得不同的建筑設(shè)計(jì)方案。建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)是建筑設(shè)計(jì)的輔助設(shè)計(jì)手段，其運(yùn)用計(jì)算機(jī)和智能軟件構(gòu)建出一系列具有某種函數(shù)關(guān)系的模型，人們修改其中一個(gè)單位模型的參數(shù)，被此參數(shù)綁定的建筑要素會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。

1.2 建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)早起發(fā)展及發(fā)展歷程。在人類(lèi)歷史長(zhǎng)河中，發(fā)生過(guò)三次有代表性的參數(shù)化革命。第一次是秦始皇時(shí)期的度量衡的確定，從此天下有了統(tǒng)一的度量標(biāo)準(zhǔn)。第二次是用宋朝時(shí)期用圖紙來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)，從此建筑設(shè)計(jì)開(kāi)始畫(huà)圖、標(biāo)尺寸、做模型。第三次是計(jì)算機(jī)軟件輔助下的參數(shù)化設(shè)計(jì)，這是一次極大的飛躍，對(duì)建筑設(shè)計(jì)產(chǎn)生了重大影響。正如上文所述，建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)是計(jì)算機(jī)科技發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物，對(duì)于這次飛躍，參數(shù)化技術(shù)的發(fā)展可分為三個(gè)小階段。20世界70年代末至80年代初，出現(xiàn)了最初的參數(shù)化理論和思想；20世紀(jì)80年代中期至90年代初，參數(shù)化設(shè)計(jì)中引入了計(jì)算機(jī)人工智能技術(shù)，這使得參數(shù)化設(shè)計(jì)變得更加專(zhuān)業(yè)化和精細(xì)化，能夠幫助設(shè)計(jì)師精確對(duì)設(shè)計(jì)對(duì)象進(jìn)行控制；20世紀(jì)90年代中期至今，研究人員開(kāi)發(fā)了參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，如CATTA、CAD等，此后，參數(shù)化設(shè)計(jì)得到了快速發(fā)展和廣泛運(yùn)用。

2 建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

2.1 建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的技術(shù)本質(zhì)。建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的技術(shù)本質(zhì)是設(shè)計(jì)師通過(guò)運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件，生成一系列幾何模型，這些幾何模型具有特殊的聯(lián)動(dòng)關(guān)系，當(dāng)修改其中一個(gè)參數(shù)時(shí)，其他模型會(huì)作出相應(yīng)的修改。參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于，當(dāng)設(shè)計(jì)師改變了設(shè)計(jì)思路或者某一參數(shù)時(shí)，利用軟件可以輕松地做出改變，而不需要對(duì)每一個(gè)局部進(jìn)行修改。建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)為設(shè)計(jì)師提供了很多種設(shè)計(jì)方案，可以生成出各種各樣的建筑造型，設(shè)計(jì)師的工作變得簡(jiǎn)單、高效。

2.2 建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢(shì)。建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)方法主要有兩種發(fā)展趨勢(shì)：基于復(fù)雜性科學(xué)理論的發(fā)展趨勢(shì)和作為普適性設(shè)計(jì)工具的發(fā)展趨勢(shì)。基于復(fù)雜性科學(xué)理論的發(fā)展在于人類(lèi)的空間想象能力限制了對(duì)建筑復(fù)雜性的表達(dá)，參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)可以解決建筑復(fù)雜性的表達(dá)問(wèn)題。設(shè)計(jì)師通過(guò)軟件設(shè)定初始參數(shù)，然后輸入影響因子，編輯生產(chǎn)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(shè)計(jì)師在思想上搭設(shè)了“臺(tái)階”，為下一步創(chuàng)作提供了依據(jù)。建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的另一個(gè)發(fā)展方向是作為普適性設(shè)計(jì)工具，即能夠幫助設(shè)計(jì)師優(yōu)化設(shè)計(jì)過(guò)程，以一種高效、便利的方式處理建筑設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題。區(qū)別于在復(fù)雜科學(xué)理論上的運(yùn)用，這種參數(shù)化設(shè)計(jì)主要用于對(duì)已經(jīng)明確的方案做進(jìn)一步的處理。

3 建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)運(yùn)用策略

3.1 不同設(shè)計(jì)階段的復(fù)雜性簡(jiǎn)介。在設(shè)計(jì)理念的產(chǎn)生階段和圖解生形階段，建筑設(shè)計(jì)的復(fù)雜性表現(xiàn)在建筑師將初始設(shè)計(jì)理念轉(zhuǎn)化成圖形的過(guò)程，尤其是一些人文理念和社會(huì)理念。在方案深化階段，建筑設(shè)計(jì)的復(fù)雜性表現(xiàn)在協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)理念與外部影響因素的關(guān)系上，將原始的概念雛形發(fā)展為具體的建筑方案過(guò)程中，需要全面的考慮際條件和環(huán)境。在施工圖設(shè)計(jì)階段，復(fù)雜性主要表現(xiàn)在各種不同的建筑要素之間相互的影響和作用，以及各專(zhuān)業(yè)和各工種之間的協(xié)調(diào)。

3.2 基于復(fù)雜性思維的參數(shù)化運(yùn)用策略。在復(fù)雜性思維的影響下，建筑師在進(jìn)行建筑設(shè)計(jì)時(shí)，將工作的重點(diǎn)從設(shè)計(jì)結(jié)果轉(zhuǎn)向了建筑設(shè)計(jì)過(guò)程。但是，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，如果絕大部分都是人為操控，那么很難模擬出復(fù)雜的生成過(guò)程，建筑師必須要借助計(jì)算機(jī)人工智能軟件平臺(tái)來(lái)模擬完成設(shè)計(jì)的生成過(guò)程，這便是參數(shù)化設(shè)計(jì)的運(yùn)用。建筑師在運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不僅需要設(shè)計(jì)邏輯的支持，還需要清晰明了的邏輯圖形，這對(duì)完成建筑設(shè)計(jì)很重要，尤其是對(duì)涉及人文和社會(huì)思想的設(shè)計(jì)。正如上文所說(shuō)，基于復(fù)雜性思維的參數(shù)化運(yùn)用，在不同的設(shè)計(jì)階段，有不同的運(yùn)用方法和策略。譬如，在建筑方案設(shè)計(jì)階段，在參數(shù)化運(yùn)用的過(guò)程中，主要工作是協(xié)調(diào)各種參數(shù)要素，對(duì)概念雛形進(jìn)行優(yōu)化和處理，使方案變得更加科學(xué)、合理，更加符合建筑的生成規(guī)律。

3.3 基于信息模型技術(shù)的參數(shù)化運(yùn)用策略。建筑信息模型技術(shù)是解決技術(shù)問(wèn)題的輔助性設(shè)計(jì)工具，是參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)發(fā)展到一定時(shí)期的產(chǎn)物。目前，建筑師對(duì)信息模型技術(shù)的運(yùn)用有多種方式，譬如推敲設(shè)計(jì)、模型表現(xiàn)、配合工程等，無(wú)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(xiàng)目中后期的主要工作不是創(chuàng)作，而是完成設(shè)計(jì)的精細(xì)化。此時(shí)，基于信息模型技術(shù)的參數(shù)化的優(yōu)勢(shì)便體現(xiàn)出來(lái)。建筑師利用BIM平臺(tái)，可以建立參數(shù)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(guò)程中需要進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)的輸入，最終生成的建筑模型中包含了全部的參數(shù)，而且這些數(shù)據(jù)還可以用于相關(guān)配套專(zhuān)業(yè)，大大提高建筑師在整個(gè)項(xiàng)目的上的工作效率。

結(jié)語(yǔ)

建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用，大大減小了建筑師的設(shè)計(jì)修改和繪圖工作的難度，但是，前期建模難度大、時(shí)間長(zhǎng)，還要求建筑師有一定的編程基礎(chǔ)。因此，建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)未來(lái)的發(fā)展方向注定是兼顧強(qiáng)大功能和操作便捷性。另一方面，目前，國(guó)內(nèi)建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)主要用于解決復(fù)雜的形式問(wèn)題，建筑師更喜歡用傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法完成一般主流的建筑形式的設(shè)計(jì)，這種局面嚴(yán)重限制了建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展。此外，國(guó)內(nèi)建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的運(yùn)用相對(duì)較落后，在項(xiàng)目上的使用比例比較小，只有少數(shù)實(shí)力雄厚的大型設(shè)計(jì)公司在部分項(xiàng)目上使用參數(shù)化技術(shù)。鑒于此，筆者期待更多的建筑師和設(shè)計(jì)機(jī)構(gòu)在建筑項(xiàng)目上運(yùn)用參數(shù)化設(shè)計(jì)，以促進(jìn)建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的快速發(fā)展。

[1]潘望.基于建筑復(fù)雜性的參數(shù)化設(shè)計(jì)研究[D].華南理工大學(xué)，2012.

[2]戴春來(lái).參數(shù)化設(shè)計(jì)理論的研究[D].南京航空航天大學(xué)，2002.

[3]曾旭東.參數(shù)化建模研究[M].華中科技大學(xué)出版社，2012.