参数化设计研究与实践.pdf

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1、参数化设计研究与实践 Th e Pr a c t ic e a n d R e s e a r c h o f P a r a me t r ic D e s ig n 张 为平 Z h a n g We i p i n g 虽访裹宾 1，设 建筑，2 0 0 女 建筑学 学学 2 0 0 7 特 尔 。任职 阿姆斯 UN s I udi o(2 0 0 72 0 08)，计(2 C 4 3 1 2 0 0 5】。北 0 持 2 0 0 3 学 半 2 0 0 7年 荷 m 筑 究 士学 任 f目 uNs t udl o f 2 0 0 72 00 8)、计(2 0 0 32 0 0 5)访谈

2、持 为平，荷 夫 I女 ，曾供 HfM VRDV VBP RM J M 2 0 0 72 U 0 9 年 港 事 箍若计算机 辅助设计技术的发晨，参数 化设 计”在目外建筑学界B经被探索了多年，目前在国 内建筑院校中也B引发了同样强烈的讨论一对间 “参数化设计 成为前卫建筑方法的代名词 及未来 建筑的方向。但是，综耽目内各种以“参数化”为 名的设计成果却可以发现建筑师对于算理解似乎 差异甚大，甚至存在诸多混解。目此，本期访谈关 注 参数化设计”这一新概念，邀请两位对于参数 化设计研 究厦 运 用有深刻体验 的 设 计师进开对话，希望从根本上对于其概念、理念 方法与运用进行 梳理，以提供一种设计

3、的全新札点。一理 念探 讨 口 张 近年来 参 数化 设计B成为建筑研究的 热点之一但对其概念似乎存在诸多误解其定义 到底是什 么 王首 先我们可能需要对参数概念做十 群释 不目于变量 参数定义7一个系统的运作特征。参数化模型可以被理嘏 为一个系统这个系统的成员之间 相 关 联 参 数设计 实际 上是 对系 统 各 成 员2间。关联关 系的 设计也就是制定系统运行的规则 而对参数化模 型 的 调整也是指 对 这些 关 联关 系 的调整 只要能够 咀柏 培 各屠级层级各组成 素之间的差联关系 我 们 就可 以 建立 起复 杂但可控 的 参数化模型。这些 关系 也就是参数化设计的关键所在 这 种

4、关系既有简 单 的 线性 关系倒如在定义 7 柱 网与幕墙分隔之间的线性关系后当 柱网发生改 变时幕 墙 分 也是自动 更新 的这种更新作 为 一 很大程度上 节 省 了 时间 提 离了 效率。当 然其中也存在各种复 杂的 非 线性的算法逻辑或几何逻辑关系 倒如各种 规律 性 很强的算法逻辑包括递归L 系统丹形 等也 有各种复杂的白组织系统包 括人工智能细胞自 动机群智能幕统等这 类关 系的 应 用 将会 产生菲 预期性的设计结果是一种 全 新的设计方式可以 说是参数化设计最有价值的应用 口 张 参数化设计与数字化设计有何 别 如 何识 别伪参数化设计 王参数化设计与数字化设计是不同的这 一点

5、 对 明 确参 数 化设 计的 概 念十分重要 参数 化设计是从制定成员闻相互关系出发 建 一个 关联系 统然后通过输 不同的 条件 得到 不 同的 结果 是否能建立一十关联 系 统 是判 断其是否 属于参数化设计的基本标准因 此运 用 何种 软件并 不是判定参数化设计的依据 一 张参数 化设计的I具 大致有哪些，应该如何 选 择 一 王参数化的设计工具随时问的 发 展和 参 数化设 计的广泛应用由 一开 始的 应 用 其他 领 域 的软件 涯 渐发展到应用为建筑领域专门开发的软件 如动画 领域的 M a y a 3 d s m a x 虽然是为动 产业设计的 软件但其中 有 大量功能经 恰

6、当使用也可用来定义 物体问的几何逻辑关幕 当建筑师发现可专门用来定义物体间相互关系 的鞍件时类 似 U G T o p s o)i d 拥有明确的几何 逻辑强大的造型控制能力极为准确的建模功能 以夏直接将模 型转化为麓工日纸 的建 造 服务功能 它们虽属工业化 设计软件却被用于辆助 建筑设计 还有一 类是专 门为建筑师开 发的软件或插 件如 以 c A T I A为平台由 G T 开发的 D i g i t a l P r o j e c t 以 r h i n o 为平台的 g r a s s h o p p e r 以 M i c r o S t a t i o n 为 平台开发的 G e

7、 n e r a t i v e C o mp o n e n t 等 上述软件 目被应用于项目的 同阶段 也有 各自 不 同 的优势 G r a s s h o p p e r 较适台干前期方案构思阶段的快 速实验而 D P则是整个工程全面设计生产管 理的较好选择 建筑师 以 根据 自己 的情况选择学日 和使用软件的种类 有兴趣的建筑师也可尝试进行 脚本c 程序1的编写如 M a y a 的 Me l R h i n o 的 r h i n o s c r i p t 还 有 在各软件里 通用的V 8厦 c 等 由于脚本(程序)是以纯代码形式呈现相对比较 抽象但同时也正目为如此它带给设计师的

8、是前 所 未有的自由 度和广 阔的 发挥 空间 另 外和计算 机 专 业技术 员台作 也 是 一种 很好的沟 通方 式这 样可更好地将各 专 业领 域的 知识进行 结 台从而在 设计上取 得突 破 在我 们 工作 室中 建筑师会和软 件 编 程人 员起 合作袭们 会 针对问题提出自己 的 观 点 和解 挟方 法 程序 员 往往会在 此 基础 上 提 出 更加优化的 算 法 有时甚i是完全 同的解 决 方 案。然后我 们会 以 建筑 师 的视 角 学 和理懈这些新的 知识发 堪它们在推进设计上 的 潜 力 有时一个好 算法的出 现会 完 全改 变 我们 的 设计 方案这就形成 一种 很 好的 互

9、动 一 张参数化设计的技术I具大致有哪些 应如何 根据具体设 计 需求 进 行 选择 王正 如我们在第一个 问 题 中所面提到的基 本的运用方式 分为月 个大粪 一粪 是以应用 为 主鉴于I程本身的复杂程度而使用参数化方法控 在这一类中参 数化工具对 项 目 介 的 迟早也尝对 项目 本身产生很 大影响。有的事务所从项 目 前期设计过程就采用参 数化工具同时还会有其他 专业 软 件的 介 A比如 A n s y s R o b o t 等 结构 计 算软件和 E c o T e c t 等环境 计算软件等各 软件 问 相互传递数 据参数化模型 则根据各个数据进行请整最终得到经过优化的设 计成果

10、如 大英博物馆玻璃 面 棚 还有的事务所是 在项目 工过程项目 前期还是采用较 为 直观的物理模型 作 为设计手段 另 一类 是不同于 上文提 到的 偏重于 解 决技术问题的应用方式 根本上改变设计思想他 们 将几 何 规律算法 逻 辑 等参数 设计所依赣 的 根 本知识 直接作为设计的 原 动力运 用 参 数 式和设计方法 从某种意义上讲这种方式更有力 地推动了建筑学的发展 张除了技术革新之外你们认为参数设计与传 统设计方式最大的B别是什，王袋们认为得 了 技 术上存在很 明 显 的不同之 外参数化设计结果的不可预期性 可能就是这 两者最大的区别某种意义上讲也是这种设计方式 的最大魅力所在

11、由于参数化设计只是对关系进行 定目此提 供了 预想之外 结果 产生的可能 如果以编 程序作为参数化工具这种情况出现的 几率就会更大。我们常做的一件事就是在编 完代 码之后无数发地改变变量值令程序生成大量不 目的结果试圈从中发现既符台规则要求又超出我 们预想的方案这个过程是传统设计方法不可能实 现的 例如在 植入计划 i面生成过程 中简单 改变分形停止的边界条件 f 三角骺最小面积和最小 角的角度)就会得到截然不同的 结 果。较好掌握是 掌 握参 数化 思 维做好参数 化 设计 的 基础。如 拓 扑 是 参数设计中 经 常 要面 对的十 概念如果不能从数学层面真正了解它的 意 义 就 不 可能正

12、确地将其运用到设计中 参数设计实际上是关系设计而 参数 化模型是 建 在严 谨的几何关 系和数学逻辑 z上的关联 系 统。对于建筑师来讲最大的难点不是软件的学日 而 是立 口 何创造出一十相互关联的 统也就 是说如何 将传统的设计一座房屋转化为设计一个系统 例如 在 A D 3 中将住宅设 计转化 住宅要素问*的设计将居住 院落间相互关系的设计 当然 参数 化软件也起着不 可或缺的作用 也正是凭借此种技术手段 才能在短 时间内对我们 所设计系统的优劣进行 大量的测试 并对系统机制进行调整进一步完善幕统设计使 参数化设计不R停留在空想阶段而具有可实施的 价值 口 张可否简单介绍一 设计的一般过程

13、 主首先根据每个设计的主导构思建构系统然 后根据系统建立参数化模型或构建计算机程序(可 能不是唯一的1并测试肝构建的幕统在各设计层面 上的性能加八评价机制从系统中寻找适台条件 的解作为设计结粜f 也可能不是唯一的)举个简单的例子在城市中心一块方形土地 上设计一个高层群体 要 求 最大化地利 用 城市景观 高层建筑 的 功能 为 办公款城市型酒店 设计 中 的很 但争取最大 这也就意味着应寻求 一种建筑 问 互相遮挡最 少 的排布方式 这一城市设 计 问 题 使我们联想到历 史上的一个著名数学 问 题 N皇后 问题 即 如 何在个N x N 韵 国 际象棋 棋盘 放置N个皇后使其不能相互攻击根

14、据国 际 象棋的规则这就意味着不能有任何两个 皇 后在 同 一行同 一列 或同对角 线 上不难看 出在保证 不相互攻击的同时每 千皇后 的 视野在这 时也是最好的(目 1)因 此这个城市设计 系 统 的 可 能性之就是被设计成一个以 N 皇 后 算 法为基 础的幕统。通 过编制一段 计 算 机程 序 我 们 可 以得 出 N=8 时 问 题的所有解共计 驼 个也就是说 这 9 2 种排布方式均能满足 景观最好 的要求 而这 9 2 种排布方式就成为我们设计的出发点再 遂步 加 入其他影响因素从 而选出 最 台 理 的方案 综上 所 述这 样的 参 数化思维模 式 和侍 统 的思 考 方法 是

15、有 张睬7掌握参数化软件之外是否还有其他领 着本质 别的 域的知识对提升参数化设计起 璺证进作 王建 筑 师对参数化思维 的掌握远 比 对参 张当今各建筑教育的前沿阵地如建筑联盟学 数化 软件的掌握更有 意义有了参数化思维 校(M 和 贝尔拉梏学院(B e r t a g e i n s t it u t e)都有 才 能使 建 筑 师以 不 同的 方式思考从不同的视角看 关于参数设计的研究 但他们关注的重点并不相同 待 问 题 而对数学几何以及计算机算法等知识的 贝尔拉格学院的A s s o c i a v e D e n 是致力于城 tl m 市尺度上大批量生产所 涉 厦 的 社会环境等

16、因 素的 影响对多个目素变化法则的研究设计出相应的 建筑联 盟 学校 n 乎更加 关注建筑 单体部分 制 定某种可 控制的句法以不同的参数达到满足不同需求的建 筑几何形体。这是否说 个 比 较宽泛且广 阔 的范围 王参数 设 计是一种具有普遍意义的方法只要 是可 以 建立 确关系 的 问题就有可能用参数设计 解 决。这种方法可 以 被广泛地 运用 到各个领 域各 种 尺 度参数设计在方法论上 的 意义远 大 干其在技 米 上 的 意 义 在 不目 尺 度上我们所面临的问题是不同的解 决方 法 自 然也 有 异 z问 的 关系而这特性恰 巧 提供 了 应 用于 各 类不 同问 题 的 可能 性

17、我们可针对各种 具 体 问题建立 目的 参 数化 模 型由 于参数 化 模 型z问存在相互*联的 特 性我们可 以 将各个 不同 尺 度或领域的问题 综合起来建立一套*联系统将各方面因素综台考 虑得 出 一系列设计 成果从而避 免 孤 立解决多个 单独问题所带来的不同步性 下文案例中的 关联 设计 (A D 3)就是这方面探索中的比较全面的例子 一 张参 数设计的方法显 现出强烈的技术理 性倾 向在应对处理复杂的建筑技术要亲如日照风向 温度结构几何等等方面相当有利但 是建筑所 需面对的尚且有 诸 如社会政治文化等等人文 目素这些问题似乎难以用数学模型进行解决。我 们想知道参 数化谩计如何应对这

18、一类要素，王这是一十非常好的问题也是大家住往认为 参数化设 计只能 用来解决技术 问题或创造复 杂形 体的一个原目。霰觉得也许应该换一种角度来看待 这个问题参数化模型只可以接受和处理能够化 的参数 这 是对参数化设 计技术层面的认识 参数化 设计并非 是上世纪人们 所尝试的让计 算机 去做设计它是一种全新的思考方式这意味着它 e 鲁 国 _ _ 一 1I-_ 1 9 警：依日需要建筑师的思考及对设计的判断目样 使 用 了参数化 设计手段 的 建 筑师所得 到成果可以完 全 不同这些 成 果充分体现7建筑师十人对社会政 治 文化等目素的思考。如 A D 3项目 由于其 所 处 的城市环境院落这中

19、国住宅的主 题被 建筑师加 选择并作为构成居住区的元素通过对院落间相 互关系的设 计 从而构成整个居住 也体 现7建筑 师对当地社会文化的理解。目 此参数化设计不搜 体 现在对变量的控制上更 体 现在 设 计幕 统 对当 地 社 会文化因素的考量上 实践 部 分 1 天津于家堡工程指挥中 心 于家堡工 程指挥 中 心 作为 津 滨海新区未 来 要在极短的 程的办公中心需 作以适应金 融 整体工程进度。在此项目中参数化设计在I程 进度厦旌工过程 中 的优势被凸现 来即便是在普 遍被认为是低技旌工状 态的 中国 作为整个金融 的工程管理中心建筑=层以上所有房间的外侧均 设有环通 的 走廊 以 便对

20、整个工地进行观寮 依据各 房 间 功能的不同 按 采光需求 可分 为 办公休息大 厅库房电梯厅等 通过段脚奉可将 面采光 信息转化 成为 一个 曲 面此曲面上高低不同的每一 点对应着谈点采光率的高低因此立面构件应满足 其所在位 i的 采光要求 图 2)外廓的外立面处理 以 此 为 基础形成 不孵 的开孔率以适应内部功能的 不 同 需 求目时还为外廊生成 了 不同的景窗使观 赏过程变得更加有趣。立面构件被设计成一系列的 何构件构件问既有连续 的拓扑等价 变 化又有连续的拓扑不等价变化即 由 开放式 的 线性高采光率的景窗连续变化到封闭的 口 边形强 边形 的 低采光率景窗【妥3)即使是极 为简单

21、的几何关联在对其特性进行 充 分研 究 后经 过简单的罗列也可以产生丰富的几 何 变按关系。将 这个曲面通过另外一 段 脚本的 算应用于不目模 蛙 的控制安装和排列 为节省I期立面方案最后 被限制在 6 种不同的模块内这 6种连续变化的 模 块代表了 6 种不同的采光率经 过 外 段 脚本对 控制曲面的计算不目模块排列位置的施I图纸自 动生成 c 囤4)2 植计划(E mb e d P r o j e d)植计划是 为2。0 8 年上海电子艺术 节设计的 互动艺术装置它是套建筑再植计划创作者基 于 复杂系统概念将我们生 活的 世 界社会 甚至体本身作为一个复杂的系统进行观察认知 与研究抛弃传统

22、的建筑设计思维通过对计算机 算法的应用 尝试将算 法的内在逻辑厦执行过 程与建筑(物体)本身的逻辑相联系从而产生出超 预想的设计成 。_ 。l 皋 并将由 此产生的数字文件(3 D建筑模型 植 G c o g l e E a r t h中形 成 虚拟 再 现装 i 本身 同 时作 为虚 算 法建 筑 的 现实 版 本而 存在合作艺术家为 徐文恺 f A a a j i a o I c 圉5)G o o g l e E a r th的界面被放大并投射到地面惜 助点动技术 及 数据算法不佩戴任何设备的观血可 单纯地 通 过身 体 在 投 影 域 内的 位移或遵过改变 彼此间的 距离来触发控制 G

23、o o g l e E I E I 1 画面(镜 头焦距角 度)的 变化以某种超越 日 常经验的视 角观案 我 们生活的地 球城市碌野 及本计划 中所植 八 的多 件算 法 建筑。作 在身 体 行为视觉体验爱城市讯息问 建立起某种逻辑关联人 们在 其中 观寨城市 的变 化 过程体验思考十体行 为对 城 市 的影响 在植 计划中 细 胞 自 动机 遗传基目算法 L 系统 等 1 O种不同的计算机算法 被分别用在不同地点生 成 1 O个算法建筑以适 应 不同的 环境下特殊要 求 分形几何学 以及递归 算法被用来 生成装置本 身 分形是指具 有自 相似特 性的 现 象 图像或者物 理过程等分形 一般

24、有以T 特 质有统计的或近似 的自 相似 式和任意小 倒的细节分形 可 以用例 如选代的简单方法定义其维 数大干其拓扑维数 一个简 单 的 分形原 则 被 作为 设 计的 起 点 c 囤 6 选 择十 三 角 形找到它的重心分 性 接重心和三 个顶点 可 以得 到 三 十小 三角 对这三个小三 角 形 进行同 样 的 操作 则产 生 九个小三角 形不断 的 运用 此规 I 进行选代E 阿 得i 4 一 个 分形立面 如果每发 只对三个三角 形 中的 两个进行 细 分则 同 时会生成 不同尺度的三角形装置的出人口 就 自然 产 生同 时 三角形面积和最小角角度 成 为细 分终 止的 条 件 当

25、其 中 任何一十值小于 临 界值 时 细分都将终止。一 段计算 机 程序被用做生雎装置的参数化工其从而 使高效的调整 成 为 可能赫时直接生成I厂制作所 需的目 纸 3彩 忠 寻找 2 0 0 9 V i s i o n作为一十多媒 体 互动装 置 项目 被 法做到的形体 但是在方法论方面尔拉格关联 设计项 目 组有着其特殊 的 方式 和 方法这得益于这 些项 目 蛆的剖始者 B e rn a r d C a c h e P e t e r T r u me r 及 当 时的幕主任 A I e j a n d r oZ e r a-P o l o 关联设计蛆 不 只 满足于形式 和几 何 关系

26、方面的 创 新 更注重于 形式逻辑 关系的产生如建造 逻 辑使 用 逻 辑交 通逻辑能源逻辑空间组织逻辑等 所有这些翌 辑的生成依赫对于 当 地各种条件建造方式能源 利用等多种知识的大量研究 A D 3 选择在上海近郊水乡朱家角进行设计暮 在探索一种 中 国传统 自 组织城市结构在 当 代高密度 的城市环境下的新模式 江南 水乡 的城市结 构与中 国传统规 划 采 的 城市 截然不同 是 经 过长 时间 的 自组织在复奈的空间环境爱 自 然环境 下由于不 目时期的政浩经济文化影响而形成的是典型 的柬经统筹规划过的聚落 代 中国 经济飞速发 展 口 澈增传统的城市结构殛组成方式已不能满足 现代在

27、社 会的 需 求而短时间 内 的高强度房地产开 发形成7中国城市忽雌空间品质千面 的 城市 面貌。因而 该 如 何 向 传统 的 水 乡 学 成 宣 人 的 城市空 间同时满足现代社会 高密 度 的 要 求成为 项 目 组的研究 目 标 为此在设计开始 前项 目 蛆在统 一的理论框架下进行 7 大量集 体 研究 工 作如关于 中国近代住宅政 镱 和历 史的 研 究关 于中 国 民 居在 社会构成气候环境及建造材料与技 法 个 方面的 研 究 爱在 中国 不 同 地 区问 的横 向比 较关于江南水 民 居及聚落的研 究 关于对 朱家角当 地政 治 经 济住宅市场城市规划气候特征的研究 A D 3

28、 项 目 组的设计成果最后分为 4 组每组由 13 人 完成 关 联 设计的擤 主要是设计有关联 特性且可嵌套的几何逻辑这些几何逻辑还必须在 各个尺度 满 足其 所需 解 决的建筑或城市问 题不 目 层墩 上的几何逻辑 既不能相又需要嵌套在 起 同一级别上的几何逻辑 在 具有 相 似 性的同 时一定要 留有变化 的 可能性这种变化既有拓扑等价 的变 化 也 有拓 扑 不等价的变化同 时 当月 级别的几何逻 一 一 个 视 光 形 线 统 A 法 兴 种 起 个 的 这 种 目 现 起 光 计 年 割 同 拇 尝 基 量 设 甜 中 类 性 0 【区 圈困 搴 v 一=i=兰 三 ：=J 1 r

29、-1 且且 目 且 且 且 且且 皿。且 且 且 萋 棼 辑聚集在一起后睾产生质变 A D 3中我 们 设 计 的几 何规 则有 三 个等 级分别 是单体住宅住宅院落夏居住小区的尺度等级。单 体住宅级别曲几何逻辑是一个角部有培 口 的可变角 度的 L 型可变的角度是使其具有灵活性为下一级 嵌套做准备角部的缺口既是为了 平 面布局考虑又 可以在 下一级的聚 集后产生蒲现 的效果f 圈 1 1)住宅院落式由两个矩形旋转而成由此形成的院落 边界具有拓扑不等价变化的可能性即从具有两个 一个直角的口边形糟 有多个直角的多边形在建造和使用上都具有极大的 优势c 圈 1 2)L 型的单体 住宅会根据院落 的

30、大小 在院落边界内进行 套由 于 嵌套个数 同草体 住宅会也产生拓扑不等价变化E B 从 L 型台并成 u I ，；lI 型从而为不目家庭结构工资收八 的 人群体提供 适宜的住宅 c 目 3 。上一层的单体住宅平面 将以 其下一层的住宅平面为依据出挑人口平台阳 台以爱露台都由此生成从 改变7传统的由 楼 梯 问组织口交通的惯有流线f 图 1 4)住宅的 数 由统一院落内及相邻院落内 的单体住 宅 相互 作用 而 定决定 因寨 是 经过耩确计算后的 太 寒时的日 贿时 数由 此 保证了其高密度的 可 实 旌性 立面 的曲 面 形状和开台比例则是由人射能量遗 阳果 光以 及 立 面 所 对应的 室

31、 冉 功 能 几个参 数 共同 啶l 图 1 5)多边 形 的院 落 以 缝拼 接 的方式组台在一起形成组 团组龃 间 的道路交 X口自 然形成各 种不同的路13 形 式三 Z日Z旋五 的路 口 形式不仅与古镇的 路 口 形式一一对应 且是F d e O t t o 所研究 的 未经#t u r r E M 规划 部分 f 国 1 6 图 最后在居 住 级别上将 述所 有的几何逻辑 以层圾嵌套的方式组台在一起院落间的相互关幕 由几何避辑捷定院落大小由基地 的 自 然条件决 定目时又具有定的灵活度 以时间为轴前面 的院落成为后面院落的生长条件新生长出来的院 落又对整体环巍 生影响因此每步的生长均将 改变下一步生长所依赣的条件形成了一个生长模 式 院落问的道路宽度器节点类型均由计算网络可 选性曲软件算出道路断面越宽意畦着其承担着越 多的变通功能且具 有越高的可达性 图 1 8)最后 对生成的整体道路网络进行几何特性的评估结果 其几何特性与 F r e i O t t o 路网具有相似的几何特征 囤 1 9 一目 2 1)。一 一 一 一