参数化·建筑空间

参数化·建筑空间（精选八篇）

参数化·建筑空间 篇1

传统村落的宏观空间形态, 作为一种由道路、地块、建筑等要素构成的整体空间秩序组合, 是乡村空间长期演变、更新和积累的产物, 体现了独特的历史沿革、乡村风貌和风土人情, 具有重要的历史和社会价值。近年来, 诸多学者开展了针对传统村落宏观空间形态的研究, 按照方法的不同可分为以下两类: (1) 定性研究为主, 例如何峰讨论了湘南汉族传统村落空间形态的形成、发展、繁荣到衰落的历史演变过程和演变动因, 并在此基础上探讨了传统村落空间形态适应新背景的对策[1]。王国维、沈惠新、郎大志等分析了村落空间形态的演化类型和演化成因, 总结出村庄空间形态演化过程中村庄空间肌理的阶段性特征及演化规律[2-4]; (2) 定量研究为主, 如陶伟等引入空间句法工具探讨了村落空间肌理认知及使用者认知间的关系[5]。浦欣成针对边界、空间、建筑三要素, 提炼出一套聚落平面形态量化指数[6], 为传统乡村聚落提供更为具体而精准的形态描述方式。总体而言, 现有针对村落空间形态的研究仍以定性为主, 最终规划方案难以较好地传承原始村落空间的形态特征。而从规划设计手段来看, 目前仍缺乏能够定量化准确识别形态特征的规划设计方法。为此, 本文拟将参数化设计融入村落空间形态规划, 试图探索一种新的传统村落空间形态规划设计方法。

2. 传统村落空间形态的参数化规划方法

2.1 研究区域与方法概述

课题组依托建筑学专业的毕业设计环节, 组织开展了针对传统村落空间形态的参数化规划方法教学实证研究。研究基地位于浙西南某传统村落 (作为规划参照的原始村落, 占地面积7.1 公顷) 西北侧, 西面临江, 东面靠山, 与该传统村落共用一个对外出入口, 占地面积6.8 公顷。该基地用地现状以农田和菜地为主, 远期规划为村民住宅用地, 用以安置原始村落内迁出及周边地区脱贫下山的村民, 并适当配套一些公共服务设施 (如图1 所示) 。项目要求注重在空间肌理上充分传承传统村落的形态特征, 尊重基地现状, 保护和利用现有自然资源。整个参数化规划实践过程按照:1) 空间形态预处理;2) 空间形态参数化;3) 规划方案初步设计;4) 方案调整与演进这4 个步骤进行, 下文将分别对其作详细论述。

2.2 空间形态预处理

要定量化地描述村落空间形态的肌理特征, 必须首先对原始村落的地形图 (主要针对道路、地块、建筑三要素) 进行简化和加工, 进而从中提取出参数。针对道路的简化包括:1运用道格拉斯普克法对曲线路段进行直线段化处理, 以去除冗余节点[7];2对距离小于阈值的两个交叉口或者两个路段节点进行合并;3统一同一路段的宽度, 使宽度统计更加简便。地块主要是指由道路围合形成的一个闭合区域, 主要用于统计地块面积, 处理时只需对那些非闭合的地块依照经验人工划定边界使其闭合即可。对于建筑的简化和处理包括:1去除违章附属用房、围墙及临时性棚屋;2对主体建筑轮廓进行简化, 使其接近规则几何形体。依照上述方法, 课题组的学生获得了如图2 所示的预处理结果。

2.3 空间形态参数化

经过预处理的地形图虽然具有抽象性, 但仍能反映原始地形的宏观空间肌理特征。这些通常被感性认知的特征, 事实上可以用定量化的数据进行描述。比如我们熟悉的道路密度、建筑密度等等。为此, 课题组分别针对道路、地块和建筑三要素, 提出了各自不同的参数集, 如表1 所示。

路网密度即为研究范围内所有道路长度的总和除以总用地面积, 该参数反映村落道路的密集度和丰富度。交叉口密度即为两条以上道路相交节点的数量处于总用地面积, 该参数反映的是道路相交的频率。本研究将两个相邻转折节点之间的直线段称为路段, 将两个相邻交叉口之间的连续路段称为道路。为此, 道路平均长度体现一条道路在延伸多长以后开始有分叉, 路段平均长度反映一条路段在延伸多长以后开始转折。地块的参数较为简单, 只有地块面积平均值一项, 则反映地块的面积大小特征。建筑单户首层平均面积反映单户住宅的首层面积大小。建筑单体组合方式大体包括一字型、L型、U型和回字型四类, 体现当地单体组合特色。

课题组学生按照上述方法, 对原始村落提取参数, 得到如表2 所示结果。

2.4 规划方案初步设计

完成对原始村落的参数提取后, 课题组学生被要求首先按照传统方式完成规划设计方案初稿。由于经过了对现状地形的观察和上述对原始空间形态的参数化提取, 已经对原始空间特征有了一定的感性和理性认知, 因此学生在规划设计方案初稿时会自然而然地考虑各种规划要素与原始古村落在空间形态上的传承。

学生完成的初步方案之一如图3-a所示。他们在设计时, 重点考虑以下几个方面: (1) 道路的曲折度, 保持与原始村落有机路网的相似性, 并且区分主次干道、街巷的不同曲折度; (2) 道路的密度, 延续原始村落高密度、多层级的特性; (3) 道路的走线尽可能沿着现有机耕路和田埂路, 保留现有格局和空间记忆; (4) 保持现有河道、水系, 并适当延伸、拓展。

当然, 课题组虽然在之前已经对原始村落进行了参数统计, 但是该初步方案仍然是按照传统方式设计出来的, 只是在空间设计时考虑尽量接近原始肌理, 因此初步方案实际上并没有运用参数化技术, 它是作为一个基础方案为后期参数化规划设计提供依据。

2.5 方案调整与演进

在初步方案设计出来后, 学生们被要求按照如下步骤进行处理: (1) 参照表1 内容, 对方案进行道路、地块和建筑三要素的参数统计。 (2) 将统计值与原始古村落的参数统计值逐项作对比。 (3) 对于数值差异较大 (差异幅度≥ 20%) 且有必要修改的项, 有针对性地调整规划方案, 得到一个新方案。 (4) 对于新方案, 重复1~3 步骤, 直到所有参数统计值与原始村落统计值接近为止。这是一个方案优化与参数统计不断循环、逐步接近的过程, 一般每个学生都要经过4~5 次的方案调整和演进。

当然, 课题组还考虑到了一个新问题, 即随着社会的进步和经济的发展, 农民生活方式、生活需求和农村环境发生了巨大变化, 某些传统的空间格局已经无法满足现代农村的发展需求。为此, 必须在空间规划时予以考虑。这些因素包括: (1) 道路拓宽, 以满足机动车增加的现实需求; (2) 建筑间距扩大, 以满足基本的日照间距、防火间距等规范要求, 满足采光、通风等需求; (3) 建筑形式由独户为主变为以排屋为主, 使土地得到集约利用。因此, 这些与这些因素相关的参数允许与古村落参数存在较大差异。

依据上述方法, 课题组成员所作的方案调整与演进过程如图3 所示。其参数与原始村落的参数对比如表3 所示。

3. 总结与展望

本文依托建筑系学生的毕业设计教学实践, 以浙西南某村落的规划设计为例, 对传统村落空间形态的参数化规划方法进行了探索, 提出了空间形态预处理、空间形态参数化、规划方案初步设计、方案调整与演进的详细方法和步骤。本研究旨在探索参数化技术在传承与保护传统村落空间形态方面的可行性, 为村落宏观空间肌理的保护与延续提供一种新的思路和方法。

参考文献

[1].何峰.湘南汉族传统村落空间形态演变机制与适应性研究[D].湖南大学, 2012.

[2].王国维.地域化背景下安塞地区若干村落空间形态的演变研究[D].西安建筑科技大学建筑学, 2012.

[3].沈惠新, 常江, 尤海梅等.徐州市村庄空间形态演化研究[J].现代城市研究, 2013, (11) :93-98.

[4].郎大志.浙江乌石村村落空间形态演变研究[D].浙江大学建筑与土木工程 (专业学位) , 2013.

[5].陶伟, 陈红艳, 林杰勇.句法视角下广州传统村落空间形态及认知研究[J].地理学报, 2013, 68 (2) :209-218.

[6].浦欣成.传统乡村聚落平面形态量化方法研究[M].南京:东南大学出版社, 2013.

当代建筑空间的数学化论文 篇2

4.2 多面体几何

随着计算机技术以及复杂性科学的不断发展，使得多面体几何在建筑领域中得以深入应用，通过对多面体进行复杂的编辑与组合，其能够产生超乎想象的有着大量表明的不规则体量，满足了当代艺术视觉陌生感的追求。波尔图音乐厅构造就是多面体几何应用的成功案例，其自身作为一个混凝土的多面体，通过增减或者削切功能体块的方式产生复杂多变的折面，从而给观众带来全新的视觉冲击。对于波尔图音乐厅的设计者库哈斯而言，建筑并非一种简单的容器，而是各种社会事件相互影响、相互融合的一个几何体，其将建筑复杂内部空间与独特的外部造型联系起来，与变化莫测的城市景观交相辉映，为城市添加了一道亮丽的风景线。

4.3 非欧几何学

在非欧几何学中，数学空间已经不再局限于三维空间中，多维空间以及流行概念的发展使得通过几何学语言来对多元函数解释成为了可能。从教学的角度出发，建筑空间设计的二维及三维拼贴、折叠系统均可以通过增加相应的数量来达到第N 维度的效果。当前，建筑师已经研究出通过从物体的二维横断面插入新值的方式来创造N 维物体的途径。一旦N 维物体被创造出来，那么在N 维空间中进行的平移、旋转等一系列简单地操作将会变得未知而有趣，这也为建筑空间设计带来了无限可能。就目前而言，在建筑造型中普遍使用了柔软、光滑的曲面和三维形体，其中计算机提供的相应的辅助软件为建筑空间设计的多变性和精准性打下坚实基础。

5 空间几何化的应用

5.1 由面组成的空间

5.1.1 连续折面

连续是当代建筑表面空间的突出特点，这种连续空间表达方式具有较强的流动性。当前，在表皮对建筑空间构造的过程中，正逐步由“四维分解”向着“四维连续”转变。其中，连续折叠是思维连续构造中十分常见的一种方法，具体来说，主要是通过表面在三个维度上经过连续折叠的方式形成的流动性、开放性的空间结构。其中，阿萨帝多电影院的空间设计将连续折叠的空间构造方式进行淋漓尽致的发挥，通过影院地面的升起，形成了大量折叠，并与影院自动扶梯空间完美连接起来，从而形成光滑而连续的一种建筑构造形式。

5.1.2 复杂曲面

具体来说，当前曲线形态建筑的发展方向主要表现为以下几个方面：第一，对复杂曲面形态以及其形成的整个过程进行深入研究得出，曲面造型具有复杂性、连续性以及光滑性等特点;第二，其塑性形体具有自然形态特点，比如哈迪德流动性的建筑体量;第三，对数学含义的曲面形态进行全面、深入探讨，比如对各类最小周期的围面和曲面进行研究;第三，对无规则的自由曲面形态进行研究，例如盖里的一些建筑作品。随着当代建筑空间数学化以及计算机技术的不断发展，设计师在进行建筑空间设计的过程中，可以通过计算机将更多的数学曲面加入到设计作品中，比如微分几何的流形、拓扑学的扭结、特定数学问题中的类型曲面等。

5.1.3 自由曲面

近年来，建筑师对自由曲面表现出了极大的兴趣。随着数学技术的不断发展和成熟，对自由曲面的数学化设计也逐步兴起并发展起来。相比较建筑领域来说，自由曲面设计则更多的应用于船舶、汽车以及飞行器等流体力学应用领域。人们通过参数化的抽象曲线NURB 监理具有较强视觉化的数学模型，并通过精准的计算机编码组成一系列可利用的设计元素。其中，绿伞表演厅就是利用自由曲面的典型案例，设计者莫斯在其原有结构和形态的基础上，加入了一个“伞”形自由曲面，给人们带来一种全新的视觉感受。

5.2 空间编织

当代建筑设计中，轻型材料和曲面形态的使用给建筑空间带来了轻质、柔软的特点，具体则是通过对空间进行相应的编织来实现。在实际操作过程中，空间编织的目的主要包含围护和容纳两个方面，其中围护跟建筑表皮有着密切的关系，容纳则与建筑空间相对应。所以，对建筑空间进行编织主要体现在以下两个方面：第一，在二维表面制造带上，建筑表皮是一种具有纺织机理的外皮，也就是所谓的表皮编织化;第二，在三维空间中，编织体系构造了相应的结构空间，也就是所谓的空间编织化。顾名思义，空间编织化来源于纺织领域的一套规范的操作流程，其主要利用的是纤维材料特定的次序来形成经纬交叠的方式，对点、线、面以及空间的形成过程予以显示，从而展示不同的空间效果。在对编织系统的空间组织进行研究的过程中，建筑设计师普遍采用拓扑模型实现对建筑表面的复杂性以及空间的生成方法予以揭示和编织的目的，同时还可以将线性材料周期性的相关生成操作纳入到建筑空间设计过程中。

6 结 语

探析非线性建筑的参数化设计 篇3

从毕尔巴鄂古根海姆美术馆到扎哈·哈迪德建筑事务所设计的错综复杂的流线型造型，数字化气息的模型和令人震撼的渲染图在互联网上开始蔓延到生活中并随处可见。计算机数字化技术的引入，导致建筑单体与城市空间两者之间的功能特性界限变得越来越模糊。建筑物的复杂性转变是非线性建筑设计思想产生的前提条件，即强调影响因子之间参变量的相互作用，并在分析研究过程中让建筑形态自然的浮现，将空间形态的“结果”转化为“思维过程“。这种建筑设计逻辑的改变不仅能精确的控制设计过程中各种细小因素，同时又可偏离形式主义的误区，使设计的最终整体结果具备高度智能化。

非线性建筑的“参数化设计”概述

作为抽象逻辑“参数”起源于数学，定义为函数“量”的一种特定属性，它不是常数，一般可描述系统中各个部分的内在秩序，参数一旦发生改变，就有可能大幅度地影响整个系统的运行方式。将建筑视为一个非线性的动态系统，在这个复杂的系统之中就会存在很多参数，它们相互关联并且最终可决定整个系统的性能。当建筑师通过分析建立起参数化的关联模式后，就可以通过系统的自身运算来解决所面临的疑难问题。

简单来说，参数化设计是参数系统通过利用其相关运算技术，高效且全方位编排或组织系统的一种设计策略。广义的参数化设计是一种基于数字技术的设计方法，它伴随计算机图形技术的进步而逐步在设计行业中发展起来。在工业设计领域被应用得极其广泛，而在建筑设计之中才初现端倪，主要原因在于后者牵涉更多的相关学科专业，甚至囊括经济、政治等内在制约因素，使其相关软件在设计开发时需要解决更为复杂的技术难题。总体来说，国外对于非线性参数化设计的实践探索明显领先于国内，并且已经迈入了从实践跨越到教育的延伸阶段，其中颇具代表性的有Zaha Hardid Architects、AAEmtech、UN Studio等，相比之下，国内建筑生产环境的硬件设施陈旧，设计思维束缚于传统，导致建筑师自身表现出尴尬的矛盾性，即在更新设计技术的同时不得不进行方程式的设计操作。

参数化设计及其技术平台

参数化设计技术主要指的是计算机软件技术和数字建造技术，它们是参数化设计得以存在的关键因素和核心工具。参数化设计软件作为技术工具，不仅具备能够建立参数关系模式的机制，同时还拥有模拟和构造非线性动态的能力。使用者以交互的方式对参数进行设定和修改，再通过软件运行自身所内置的高级运算技术来模拟现实世界。如Bently公司研发的Generative Components，针对Rhino专门开发的Grasshopper，它们都是以十分直观的参数关系图示来呈现参数之间的关联机制。计算机脚本技术能将设计师的思维直接转译成计算机程序代码，从而实现参数化软件在某些方面无法涉及的任务，最常使用的有Rhinoscript和Maya Embedded Language，设计师在编写脚本时可能会耗费大量的时间，一旦程序检测出错，则需花费更多的精力来修改。

基于Autocad平台开发的Revit，其中的信息模型就由无数个虚拟构件拼装而成，在进行传递和共享数据时可有效地减少工程资讯的漏失。数字制造是通过信息的建模和处理来改进制造工艺，在非线性建筑建造的过程中，数控机床技术的激光切割和弯曲技术被广泛应用，前者适用于平面切割或板材加工，后者则可控制材料的塑性变形。

参数化设计的基本逻辑

非线性建筑的参数化设计是各种矛盾的综合体，在构建参数建造模型时，需设定参数并寻找彼此作用的平衡点。功能组织是绝大多数建筑所要解决的首要问题，既可运用软件转译后显示的功能组团之间的距离远近来表现不同区域之间的吸引力或排斥力，也能先用阵形密度代表空间的功能属性，再通过选定运算法则得到空间动静特征值进而确定功能排布。建筑的形体受其外部环境以及内部活动的双重影响，因此，遵从结构的多样性，在自然系统中探寻与环境相适应的形态并将其中某些能够用于建筑生成的组织结构转译为建筑形态的参数，这不仅能够创造出颇具视觉艺术的建筑形式，还可以解决某些实际的建筑问题。

建筑结构被称之为“骨架”，是建筑形式表达的物质基础，参数化设计从几何的角度输入结构规律与形式逻辑之间的参数值就能精确地生成建筑形式。建筑物理环境由声、光和热三部分构成，这些参变量可通过数学或物理描述直接转译，动态的数值得以生成不同的非线性建筑方案。同时，将人的心理及行为需求作为设计的重要参数，再通过数字技术识别，能使无生命的建筑物转变为具有交互能力的高级建筑形态。

结语

在设计实施过程中，设计师的主观倾向往往一直处于主导地位，而参数化设计打破了其主次关系，将客观条件的限制置于首要位置，并在此基础上不断地优化内在因素从而生成设计方案。建筑物是由很多关联因素共同影响生成，如何控制由这些参数整体形成的动态可调节系统，正是非线性建筑参数化设计的本质内涵。

（作者单位：湖南师范大学美术学院）

参数化·建筑空间 篇4

近年来, 我国的传统村落的发展正在面临着巨大的挑战, 村落数量正在以“平均约3天1个”的速度在快速消亡。如今很多村落改造成“城市社区”而导致原本的文化精神和风貌形态荡然无存, 形成了“千村一面”的局面。在现在的乡村规划中, 规划者们很容易将城市规划设计方法照搬照抄到乡村规划建设实践中, 其中也由于传统规划设计方法无法精确概括和描述乡村空间特征导致难以延续原有形态。然而我们对于保护传统村落的相关研究和实践大多处于初期探索和实验阶段, 仍有巨大的研究空间。主要表现在:1) 专门针对城市规划的参数化设计软件虽已出现, 但离成熟应用仍有较大的差距;2) 多数研究都以单体建筑外形的参数化表达为研究出发点, 缺乏对城市规划特征的考虑及与规划行业的深层次结合;3) 目前针对乡村规划的参数化设计方法的研究更是少之又少。因此我们采用将参数化技术引入传统村落空间形态研究, 通过对空间要素的参数化解析和重构, 以定量化的方式揭示传统村落物质空间形态背后隐藏的特征和规律, 并生成能够延续原始村落空间形态特征的新空间方案, 为村落空间特色的提取、对比、分析和应用提供一种新的方法和思路, 也为村庄的新建、改造和更新提供高效、直观的参考和依据。

2 参数化解析与重构方法研究

目前对传统村落的参数解析主要借助CAD软件完成, 以定量化的方式揭示传统村落物质空间形态背后隐藏的特征和规律。下面以衢州大陈村为例讲解如何对空间形态参数化解析。

1) 首先沿着房屋描绘出该村落的区域形态, 该区域包括了村落的所有房屋, 得到数据为该区域的总面积S, 然后过滤掉房屋, 用单线条描出道路中心线, 如图1所示。

2) 道路的统计。a.测量出道路总长度L, 得出:道路密度=道路总长L/总面积S;b.统计出交叉口的数量, 得出:交叉口密度=交叉口个数/总面积S;c.分别对每段道路进行测量, 记录道路的长度与宽度, 得出:道路平均宽度=∑ (长×宽) /总长度L;d.统计出道路的数量n1 (两个交叉口之间为一条道路) , 得出:道路平均长度=∑长度/数量n1;e.统计出路段的数量n2 (两个拐角之间为一个路段) , 得出:路段平均长度=∑长度/数量n2;f.统计并记录每个路段的转折点的角度, 得出:路段生长偏角=∑转折角度/转折点数量。

3) 地块的统计。如图2所示, 将大陈村沿着道路划分地块, 将相邻的几座房屋划分为同一个地块, 并统计出地块的数量n3, 得出:地块面积平均值=∑总面积/n3。

4) 房屋首层面积的统计。在CAD图中将每个房屋用多段线描绘出 (如图3所示) , 并计算每个房屋的面积, 同时记录房屋数量n4, 得出:建筑单户首层平均面积=∑单户面积/n4。

通过上述四个步骤, 逐步提取出传统村落的空间形态, 完成了分别构建针对村落道路、建筑的参数集, 使参数集能够涵盖要素的基本特征, 使每一个参数能独立反映某一方面特征。同时针对参数集中的每一个参数, 提出从村落现状空间形态中提取该参数值的算法规则。完成了参数化解析后则进行路网形态特征的参数化表达和参数化重构, 即将解析的路网形态特征转化为参数化表达式 (参数、参数提取规则、重构规则) , 并借助City Engine平台实现道路的重构。

3 参数化的运用

1) 参数化技术在传统村落新村建设中的应用:所研究中的建筑重构部分的生成规划, 能够为规划方案后期的三维形体表达提供实时、高效、动态的建模支撑, 也为村落空间特色的提取、对比、分析和应用提供一种新的方法和思路。

2) 参数化在传统村落旧村更新改造规划中的应用:参数化技术在宏观尺度上能够较好地模拟原始村落的空间特征, 对以空间特色传承为导向的村落空间规划设计具有一定的参考实用价值, 为旧村改造前期的村庄评估提供参考, 进而更好地保护传统村落空间形态特征。

3) 参数化在村庄规划建设信息化管理方面的应用:本研究将大量的空间形态和非形态因素进行量化转化, 以及研究中建立了地块形态属性数据库, 能够为村庄规划建设信息化管理提供数据源和技术支撑。

4 结语

传统村落的魅力在于其独特的空间形态, 包括路网形态、街巷空间、建筑布局和建筑风格等, 参数化方法的应用为传统村落空间形态研究带来了福音, 通过针对传统村落空间形态的参数化解析, 使参数集能够涵盖村落的基本特征, 并完善从村落现状空间肌理中提取该参数值的算法规则, 从而获取能够充分、精确的描述空间形态的重构方案, 使传统村落的保护有了新的思路。

参考文献

[1]张杰, 吴淞楠.中国传统村落形态的量化研究[J].世界建筑, 2010 (1) :118-121.

[2]王昀.传统聚落结构中的空间概念[M].北京:中国建筑工业出版社, 2009.

数字思考——参数化原型国际建筑展 篇5

时间:2009年10月17日

主办单位:西安建筑科技大学建筑学院 西安建筑科技大学西部建筑重点实验室

策展人：井敏飞、TomVerebes、庞钦、刘延川、徐丰

我们深切感受到,关于数字化技术时的争论的背后,是更为复杂的超越数字化技术本身的思维方式和观念的冲突。在中国,对思维方式和观念的讨论更容易触发文化问题。数字化技术是工具还是理念的争论,隐隐反映着百年前的中西文化“体”、“用”之辨。因此,这个展览着重的并不是展示数字化设计导致的新奇或古怪的最终形象,而是这些形象背后的思考以及采用的方法。我们相信,这些思想和方法比形象更能触动数字化设计浪潮的本质。我们更加相信,在中国,让更多的建筑业内和业外人士对这些思想和方法进行广泛或深入的思考和讨论是我们必须面对,不能绕行的必然选择!

基于这样的认识,我们不仅要推动一个具有专业价值的建筑展览,而且策划了联系建筑业界和业外的一系列活动,希望从更多的层面深入探讨数字化设计蕴含的丰富涵义和认知世界的各种思想和观念。

展览的目的不单纯是作品的杂陈,我们希望它成为思考和讨论的契机。希望有更多的不愿被教条束缚而希望用自己的头脑和心灵感受世界的人们都能参与到这个活动中来。

我们相信,如果做到了这一点,建筑学院对社会的贡献将远远大于培养了若干职业建筑师;建筑对社会的贡献将远远大于盖一座新奇的房子。

建筑设计中的关联参数化研究 篇6

要建立建筑的参数模型,首先要理解何为“参数”,参数是一种“量(Measure)”。定义了系统或函数的特定属性,在数学符号上常用θ或t表示。参数与变量(Variable)的差异在于参数定义的是系统的运作特征与关系。在几何学上要描述“圆”有好几种方法。第一种是多项式函数x2+y2=1,这是一种隐函数,变量之间找不到明显的相依性亦即无法将y表示为x的函数y=f(x)。第二种描述圆的方法是参数式(x,y)=(cost,sint),x和y均为t的函数,即为参数。可以说圆的参数式揭露了圆的内在构成方式(见图1)。

既然系统可以用参数间的关系来描述,那么建筑作为一个复杂系统,也可以从主观参数和客观参数两方面来概括。

众所周知,建筑的本质是空间,而在参数化建筑中,空间的本质是信息。信息具有数量概念,所以空间信息是可以度量的。而在空间中,发生着各种各样的事件(人的行为)。我们可以运用数理统计和信息论的观点,把空间的信息本质和事件的信息描述联系起来。通过对信息流程的分析和处理达到对复杂行为的分析,于是事件同样可以用信息过程的形式表达。

同理,建筑的客观机能,如建筑声、光、热也可以等价参数化。建筑物理中的诸如光线、温度、设备设施等物理环境和设备设施层面以及与使用者行为、感知的互动都可以量化。制图室需北向光线,摄影室需直射光线,办公室需漫射光线,在冷暖设备的需求量上,珍品展示区的要求远远大于入口门厅。只需要把各种类型建筑需要的物理环境和设备设施要求转化为可量化的数据和阈值,机械设备可通过有/否进行判断,转化为计算机语言,则似然率0/1,数量确定上则通过规范计算去补充。

这种建筑主客观机能的参数转译模型可以在同济大学建筑学本科生毕业设计———同济大学明成楼数字化改建设计中观察到。在明成楼的数字化改建设计中,如果按照一般性的定义发生在明成楼中的事件则有咖啡休憩、打印文件、制作模型、查阅资料、传统上课、教学研究、教学办公、行政办公、行政会议等。而在这次的实验性设计中,学院中学生及各类教职工的活动情况构成了一个复杂的系统,各种个体行为彼此联系,其运作的复杂性很难全面描述。犹如蚁群一样,每个个体的行为是有限的,但通过关联规则彼此联系,当蚂蚁数量积聚到一定阈值后,蚁群行为便出现涌现,呈现无限复杂的状况。

所以可以类比和推断的是,某一小群体中,他们在学院的活动是相对固定且相似的,个体行为可以简化提炼为听、说、读、做四种行为,以及四种行为在不同时间段的比例(见图2,图3)。

基于前期的数据由计算机得出一天中全学院2 500人的行为随机分布图,该图综合了单位时间内四种基本活动的比例,并给出了对于这个单位时间中活动的描述。图中不同颜色的点表示了一种不同的活动,是由四种基本活动按不同比例组合产生的。

在完成多次随机生成之后归纳出相对稳定的数据。可以认为这些数据是能够反映出常态下学院活动的规模和性质的。将生成的四色活动图经过转换为灰阶图,其中一个灰阶表示了一种活动类型。

最后由灰阶图产生等灰阶高度图(如图4所示),其高度不同表示活动种类不同。通过横向切片可以得到全院产生某一种活动在一周的时间分布图。对计算出的2 500人在某一单位时间内活动比较,通过数据挖掘的算法收敛出20多种有代表性的活动。即表示:在此时间内,学院中同时存在了这20多种事件同时进行着。

通过大量的计算和实验得到这个模型,在这个过程中我们发现在这种行为的涌现有一个阈值,当参与运算的行为人数需要大于一定人数时,这些随机复杂的行为就会最终自组织成为有意义的事件。

接下来要进行数据挖掘,在同济大学明成楼的改造设计中使用的数据挖掘的方式为Hierarchical Clustering(见图5):阶层聚合构造的方式,其特点是:

1)多层次树状结构组合数据。

2)可以根据需要取出不同比例下的分支作为群组。

3)给定小于数据量的一个最大分组数,可得到不同级别下的分组,使用VB计算出一定人数规模下通过四种基本活动涌现出的所有可能活动总表,然后通过阶层聚合构造的数据挖掘的方式来观察其背后所反映的涌现结果。

VB通过在matlab软件中实现的数据挖掘操作,因为四个基本活动总量相等所以只导入听,说,操作三个活动进行分组统计。最终得出的行为模型如图6所示,其中颜色不同与形状不同都表示不同活动群。最终数据挖掘帮助我们从海量的难以寻找规律的数据中得出了行为的涌现现象。

通过同济明成楼的改建设计,分析了设计中的约束条件以及怎样确定初始条件,以及怎样将约束条件转化为设计驱动力,并且最终怎样生成非形态的关联参数模型。然而在一系列的实践中证明,现有的狭义算法无法完全针对建筑设计环节中的所有问题,并且由于建筑设计过程的冲突性和多目标性,使得采用单一的算法来解决所有的建筑问题时得到的结果显得很无力。建筑设计和算法结合以后,广义上即为建筑设计方法,这不需要所谓的基因建筑、蚁群建筑或者算法建筑、参数化建筑等等这样的标签。因为参数化将不是标签,而是一种本质,一种反映这个时代和未来需求的本质。参数化建筑设计方法采用何种算法将不再重要,因为问题本身才是最重要的。从问题本身出发的算法或者说方法才是最根本的。

参考文献

[1]杨涵宇.建筑的非线性形态设计方法初探[D].上海:同济大学硕士论文,2007.

[2]石永良.建筑的非形态问题——从空间功能到事件算法[J].建筑与文化,2008(66):60.

建筑参数化设计的发展及应用的探析 篇7

关键词：建筑,参数化设计,发展,应用

前言

随着社会的快速发展, 经济的迅猛增长, 我国建筑产业也随之快速发展起来。20世纪中期, 建筑行业迎来了较大的变革阶段, 随着计算机多媒体技术的发展, 计算机绘图取代了手工绘图, 因此, 建筑参数化设计被越来越广泛的关注与重视。

1 建筑参数化设计的概述

建筑的参数化设计简要地来说就是建筑设计过程中较为频繁利用的一种辅助设计方式。其原理是将设计过程中的一些主要因素转化为某个函数的变量, 然后借助变化该因素的方式最终得到不同的函数结果, 从而帮助设计人员获得不一样的设计方案结果。建筑参数化设计是建筑方案设计过程中最重要的方式之一, 它能够利用计数机技术以及一些先进的软件系统生成一些具备特殊函数关系的模式, 建筑设计人员通过改变某一特定的参数从而生成出全新的建筑方案, 建筑的一些相关要素会随着参数的改变得到相应的变化。

2 建筑参数化设计的发展历程

在过去的时间里, 参数化革命可以概括为三次巨大的变革。第一次参数化革命是秦朝时期秦始皇下令统一全国度量衡, 自从那时开始便有了较为准确并且标准相同的度量衡, 给人们的生活带来了极大的便利。接下来的第二次变革是宋代时期借助图纸来展开设计, 建筑行业的图纸设计方式由此开始, 通过图样、尺寸测量以及模型的构建, 开始了全新的建筑方式。最后一次的变革便是借助计算机多媒体技术进行的参数化设计, 这也是关键的一次变革, 产生了质的飞跃效果, 对建筑设计有着重要的意义与作用, 具有里程碑的意义。建筑参数化技术与计算机技术有着密不可分的关系, 也是计算机发展过程中的必然结果, 对于这次极具意义的变革, 我们可以将其简单地划分成三个时间段的变化。20世纪80年代, 建筑参数化的理念初步出现在人们的视线中;20世纪80年代中期到20世纪90年代末的阶段, 参数化技术和计算机技术相结合, 推动了该技术的进一步发展与进步, 使之变得更加精准、专业;20世纪90年代到现在, 相关的专家创造出了参数化设计的软件技术, 例如CDA之类的软件, 这也推动了参数化技术更为广泛、便捷地被人们熟知和利用。

3 建筑参数化设计应用策略

3.1 不同设计阶段的复杂性

建筑设计是一项思维性活动, 设计师用最直观的图形对自己在设计过程中的社会性和人文性理念进行展示。方案深化过程中, 协调设计与外部影响因素的关系很难处理, 其需要将概念层面的东西转化为具体的建筑方案, 并付诸以工程实践。它既要对建筑本身进行考量, 也要兼顾建筑周边外围环境。施工图设计过程中的难点是需要对不同建筑要点之间的个体性、联系性和综合性等进行考量, 并对不同专业和工种进行合理安排。

3.2 基于复杂性思维的参数化应用策略

复杂性思维背景下, 设计人员更加注重对建筑的设计过程进行考量。但是具体设计实践中, 涉及到很多人为因素, 增加了复杂生成过程的模拟难度, 需要用计算机作为辅助, 对设计的生成过程进行仿真模拟, 即参数化设计。参数化设计实践中, 需要设计逻辑和逻辑图形兼备, 从而对建筑的设计过程进行有效支撑, 从而最大程度实现建筑设计过程中的人文性和社会性。设计人员要结合具体的设计结算, 对复杂性思维进行合理的参数化运用, 以达到良好的设计效果。以建筑方案设计为例, 参数化应用, 即对各项参数要素进行合理协调, 实现概念雏形的升级和优化, 从而提升设计方案的科学性和合理性, 使其真正与建筑的生成规律相匹配, 实现二者的契合性, 为其提供一个良好的参数化应用背景和思路。

3.3 基于信息模型技术的参数化应用策略

建筑信息模型技术主要是为了对建筑设计进行辅助, 使其更加直观形象, 它是在参数化基础上形成和发展起来的。当前, 信息模型技术的应用方式比较多样化。例如, 模型表现、配合工程等, 其很大程度上增加了建筑师的工程效率, 且能够达到良好的设计效果。项目后期, 建筑师要将设计投入到实践中, 并使其更加精细。该过程中, 需要对信息模型技术参数化进行应用。以BIM为载体, 建立具象化的参数模型, 并对具体的建筑数据进行输入, 确保建筑模型中各项参数的完备性, 进而在相关配套专业中, 对这些参数进行合理应用, 使建筑师在有限的时间内, 取得良好的设计成果。

4 建筑参数化设计的具体方法与建造技术

4.1 建筑参数化模型的关联性介绍

建筑的参数化模型有其独特之处, 同一般的数字化建筑模型也有一定的差异, 其中最大的不同便是一般的数字化模型都是由不一样的几何图形构建而成的形态, 这种模型的构建方式类似于搭积木, 同样需要借助计算机的辅助才能完成。但是参数化设计模型在此基础上还能够表现出空间形态以外的内容, 参数化设计模型的构成元素相互存在着一定的关联性。这种关联性表现得也较为明显, 尤其是构成元素之间包括元素与整个模型之间都有着一定的关联效果, 但设计人员对其中的某些参数做出调整时, 由于某种特殊的逻辑关联作用, 模型的其他元素以及其他部分会随之做出一定的变化与之对应。

4.2 基于信息模型技术的参数化设计方式

在社会快速发展的今天, 科学技术水平也在不断提高与发展, 建筑行业也随之快速发展起来。建筑是一项十分复杂的过程, 其设计阶段就需要多方面人才的共同努力与配合, 不同的人才负责不同的内容, 合理分工, 互相配合。在设计的整个阶段, 全部的设计参与者之间的沟通与交流、信息分享与传播也成为了设计质量的关键影响因素, 这些都能对整个团队的水平与工作质量造成直接的影响。在过去的建筑设计过程中, 设计参与者之间的交流与沟通配合程度并不是很好, 而新型的建筑信息模型就能够很好地改善这方面的缺陷, 信息模型能够较好地形成一些建筑模型的平台, 便于设计人员以及相关的技术参与者进行有效地交流与沟通, 达到良好的效果。

4.3 基于脚本技术的参数化设计平台

建筑信息模型的最明显特点便是能够融合多种专业各异的工作, 在此基础上大大提高工作的整体效率, 但这一优势在设计概念相关问题上却没有什么特别的帮助, 最主要的因素便是在建筑设计初始时期使用的BIM技术无法满足设计所需求的灵活性。在此基础上, 其他的开放、自由、灵活的参数化设计软件便能帮助设计师进行更加灵活的操作, 为其概念提供帮助。这类软件可简要概括为基于脚本技术的参数化设计软件。这样归类的主要原因是它们的共同之处在于都是借助脚本编写, 然后以进行表达的方式把设计的思维想法转移到计算机, 在通过计算机将其概念形态进行表现。

5 结束语

总之, 随着经济与社会的快速发展, 科学技术水平也在不断地提高。计算机技术作为新时期的关键技术之一, 被广泛地运用到人类的生产生活中。计算机技术与建筑参数化设计的结合, 进一步提高了参数化技术的水平, 促进了参数化技术的成熟发展。

参考文献

[1]潘望.基于建筑复杂性的参数化设计研究[D].华南理工大学, 2012.

[2]曾旭东.参数化建模研究[M].华中科技大学出版社, 2012.

当代大空间建筑形体的拓扑化表达 篇8

相对于几何体工整而变化不足的特点,拓扑化的建筑形体具有更丰富的变化与更强的表现力。首先,拓扑化的形体表达从更深层次思考建筑和环境之间的关系,使大空间建筑与环境之间建立一种积极互动的关系;其次,拓扑化的形体表达使当代建筑师在大空间公共建筑的设计中突破了现代主义建筑过于教条化的束缚,探求能够体现大空间建筑个性化的表达方式;最后,拓扑化为当代大空间建筑的形态创作提供了一种动态、连续的操作策略,回应各种不同的设计需求,使大空间建筑的形态具有了更强的包容性和有机环境整合能力。

具体而言,当代大空间建筑形体的拓扑化表达,可以概括为元素整合的平滑变形、文脉转译的多维折叠和环境协调的场域模拟三种形式。

1. 元素整合的平滑变形

大空间建筑往往功能复杂,大小各异的功能空间需要并置在一起。传统的形态设计手法受制于结构构件在形态塑造中的主导性,各种异质元素往往堆砌与拼贴在一起,导致传统的大空间建筑形态离散、机械。柔性平滑的形体拓扑不同于现代主义同一的、等级的、线性的形态特征,它的形体设计突破了大空间建筑基于功能组织的绝对尺度和比例划分,认可大空间建筑中差异巨大的不同体量要素,并以一种邻近的方式累加于大空间建筑的形态之上,使其更加整体和有机。平滑变形的拓扑是在整体的复杂性系统框架之下,将大空间建筑的各种空间连续地整合在一起,模糊传统大空间建筑形态的等级概念,各元素之间的关联性得到了加强。

(1)连续的曲线形体

具有流动、动态的连续曲线形态已成为当代大空间建筑拓扑化的最显著特征之一。区别于传统大空间建筑常用的简化几何形式,拓扑化的曲线形体采用连续的动态曲线并借助一些其他参照体系来发展建筑形态,它不是那种会显得过分丰富的形式,而是由密集分布的连续柔性曲线逻辑而成。应用连续的动态曲线,大空间建筑形体展现了灵活多变的复杂趋向,不同功能、不同体量的元素之间的复杂联系不以固定点进行区分,而是通过变幻莫测的动态曲线保持它们之间的差异性。同时,这种连续曲线逻辑寻求将建筑的各种文化因素和环境因素转化为建筑的组成部分,如历史文脉、城市肌理等,从而形成柔性平滑的形态。扎哈·哈迪德、UN Studio等先锋建筑师是这一手法的忠实追随者,扭曲、夸张的连续曲线在其作品的造型中频繁出现。前者在迪拜歌剧院的设计中(图1),将建筑的所有功能都涵盖在一系列连续的曲线单体架构之下;后者在中东现代艺术博物馆的设计中(图2),通过逐渐升起连续曲线形体,将不同的功能元素有机整合在一起。

(2)动态的塑性形体

动态塑性形体打破了大家对线性正交网格和柏拉图理性形式的认识,是一种具有不可能还原为任何简单形式或组合的拓扑形体。传统的大空间建筑形体设计中,人们往往尽力去寻求其与历史文脉和环境肌理之间的原因,然而因其体量和尺度的关系,两者之间往往很难达到最佳的效果。塑性异质体的介入则以一种不同于以往回应历史与环境的态度和方式,将看似无所忌惮的建筑形态和谐地植入历史古城的城市肌理之中。由彼得·库克设计的奥地利格拉茨美术馆(图3)正是动态塑性形体的完美诠释。它迥异于那些对历史文脉主义看似恭顺实则肤浅的形式模仿,而将一个新奇的建筑形态和谐地植入历史古城的肌理中。动态塑性形体的整体植入,以流动的方式溶解了大空间建筑的清晰界面,强化了其屋顶界面与围护界面等不同元素在形体塑造中的有机融合,使大空间建筑呈现出连续性、流动性、非固定性。

这种动态塑性的形体拓扑参与到大空间建筑的形态创作中,使其更易成为一个时代、社会及空间文脉的塑造者,如哈迪德设计的法国波城多媒体图书馆(图4)。同时,这种拓扑化形变方式赋予大空间建筑更强的造型能力,在消解了大空间建筑形体特征给人带来的压迫感的同时,使其具有更强的视觉冲击力。

2. 文脉转译的多维折叠

“折叠”的概念来自数学的变形概念,即一个平面上的点之间有互相的关系,可以用数学表达式表示,当平面折叠以后,在折叠处形成一条折线,平面上的点的位置关系得到了改变,但不同点之间的位置关系仍然能用一定的数学表达式进行表达。正如折纸艺术所表现的那样,普通的纸片,经过不同折叠技巧的复杂变幻,呈现出各种清晰可变的体态,它不仅包容了纸片折叠后本身的形体,同时也被纸片折叠后所形成的空间所包容。因此,将折叠的概念引入大空间建筑的形态设计中,不仅体现在形体设计方面,也体现在空间设计层面。同时,当代建筑师将多维折叠运用于大空间建筑形态创作时,更偏重于其思想层面,它是对待差异、多样和复杂时所采取的一种思想策略,即通过折叠去“组织差异、容纳多样、呈现复杂”。

(1)切面组合的形体折叠

随着复杂性科学和计算机技术的发展,基本的简单多面体已无法涵盖当代大空间建筑的几何形体特征,建筑师倾向于运用复杂的折叠策略对大空间建筑的几何形体进行编辑和操作,产生了拥有大量不规则面的切面组合形体。这种切面组合的形体折叠,一方面使大空间建筑产生了不均衡、不确定、不完整的新奇感,迎合了当代审美追求视觉陌生的渴望;另一方面,这种处理方式使建筑在各面上反映出城市的不同需求,人们在体验建筑的过程中充分理解空间与形体,其效果契合了城市文脉的三维复杂性。上海世博会德国馆(图5)的造型便是这样一个经过功能体块的增减与削切而成的复杂多面体。公众若想理解建筑的全部必须从各个角度全面观看,体验全新的视觉挑战。而圣彼得堡马林斯基第二歌剧院(图6)则以三角形的切面为基本单元,经过多次折叠削切组合而成。切面组合的形体折叠使大空间建筑不仅是个容器,而且是社会事件交互影响的集合体,它将独特的造型和复杂的内部空间联系在一起,使变幻的城市景色与多变的建筑造型交相辉映。

(2)网格叠合的形体折叠

大空间建筑作为城市的主要构成元素,是城市历史与文化的重要载体,它对整个城市景观的丰富和品质的提升有着巨大的促进作用。因此对于特定的地理和历史条件下的大空间建筑设计,应该在强调时代特征的同时重视地域特色的表达。而网格叠合的形体折叠手法,避免了传统大空间建筑巨型体量与城市肌理之间的矛盾,并将城市历史文脉和文化环境特性通过编码转译植入大空间建筑的复杂形态之中。西班牙加利西亚文化中心(图7)的设计,开始于这种地形的网格叠合。埃森曼通过对古城肌理的“抽象提取”,将基地的山坡地形景观网格进行多重叠加,转化成为一个不可思议的巨大体量,并将圣地亚哥旧城的历史记忆转译到场地地形的拓扑形态上。Plasma Studio在2011西安园艺博览会中设计的“漂浮的花园”(图8)运用了类似的手法,将地形的网格与展厅的形体叠合在一起,展现了城市自然的文脉肌理。对当代大空间建筑而言,网格叠合仅仅是进一步挖掘大空间建筑与周边环境和城市记忆之间关系的起点,形式上的呼应不是重点,关键是通过大空间建筑拓扑化的形体变异与城市之间动态性的文明转译来实现从历史到未来的一种充满活力的有机生长。

3. 环境协调的场域模拟

建筑与环境作为两个独立的系统,两者间没有中和,传统大空间建筑往往因其充满人工味、秩序感和线性特征而与场域环境格格不入,而高技术对大空间建筑的武装,进一步阻隔了建筑与场所之间的联系。场域模拟的形体拓扑目的在于打破建筑与场所之间的界限,将景观元素渗透到大空间建筑的形体与空间中去,从而创造出一个更加连续和可操作的都市景观系统。由此,大空间建筑的巨型尺度和水平特征不再只是视觉焦点,而成为人们活动的体验场所。

(1)景观渗透的地形模拟

地景式的形体拓扑通过大尺度、整体性的处理,将大空间建筑的底界面和顶面连为一体,将自然景观渗透其间,从而使建筑的巨大体量获得消解并具有了概念化和人工化的特质。因此,大空间建筑概念中“顶界面”和“底界面”的区别和界限被有意识地模糊和打破,连续性拓扑形体的起伏、动势和肌理与其所在的景观达到了紧密关联,并契合于大地形态的内在结构。美国克利夫兰新交通枢纽(图9)如同被建筑材料覆盖起来的地貌景观一样,将整个站前广场重新激活,并实现了与自然景观的无缝连接。而苏格兰阿伯丁孔雀视觉艺术中心(图10),同样运用了这种景观渗透的地形模拟方式,使巨大的建筑体量与城市公园内的地形起伏融为一体。建筑与地面、景观三者做到了相互融合,重塑了建筑与地面的关系,也重新解释了建筑与景观的关系。大空间建筑由此变成一种“环境的建筑”,屋顶重构了大空间建筑的尺度,巨构的建筑体量不再是视觉的焦点,取而代之的是建筑与环境所共同构成的复合体。

(2)边界模糊的自然模拟

随着大空间建筑功能的日趋复杂化,具有复杂综合功能的巨构体正成为一种趋向。于是,当代建筑师在大空间建筑的创作中将其视线从规则建筑中释放出来,投入到与自然更接近的形态创作中。大空间建筑自然意向的形体拓扑表现为对大自然中原生地貌、现象、物体的一种模仿和借鉴,并将建筑师对于原生形态的理解和情感用建筑语言表达出来。而数字技术的革新为自然的隐喻和象征等创作手法带来了更为丰富的可能性。以往只能在表面或局部进行装饰性点缀的手法局限被突破,建筑形体创作转向直接以自然元素为灵感来源,运用现代拓扑的形变处理方式,将自然意象融入大空间建筑,从而在较深层次上模糊自然与人工环境的边界,为日趋庞大的建筑尺度寻找亲切且有感染力的形态语汇。以扎哈·哈迪德设计的卡利亚里现代艺术博物馆(图11)和广州歌剧院(图12)为例,前者选取了海洋的自然意向,而后者被形容为“珠江河畔,流水冲刷过两块漂亮的石头。”

结语

大空间建筑复杂形态的拓扑化形变,使得建筑师能够在大空间形体创作时,将思维的过程凝聚在形体变异的表达中,使各种异质设计元素融合到单一有机的建筑形体里,从而为以复杂性语汇表达大空间建筑的设计构思过程提供一种有效的策略。

参考文献

[1]任军.当代建筑的科学之维—新科学观下的建筑形态研究.南京:东南大学出版社,2009

[2]李玲玲.大空间公共建筑发展模式研究.城市建筑,2009(04):103～104

[3]张向宁.当代复杂性建筑形态设计研究(博士学位论文).哈尔滨工业大学建筑学院,2009

[4]帕特里克·舒马赫.晰释复杂性—与扎哈·哈迪德建筑师事物所合伙人帕特里克·舒马赫的访谈.世界建筑,2006(04):18～23

[5]彼得·绍拉帕耶著.当代建筑与数字化设计.吴晓、虞刚译,北京:中国建筑工业出版社,2007