導(dǎo)語(yǔ)：建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)與多學(xué)科交叉發(fā)展研究一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著計(jì)算機(jī)科學(xué)的快速發(fā)展，建筑設(shè)計(jì)越來(lái)越依賴新興的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，這些輔助系統(tǒng)也開始影響建筑設(shè)計(jì)的發(fā)展。建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)作為與計(jì)算機(jī)科學(xué)聯(lián)系最為緊密的一種建筑設(shè)計(jì)方法之一，現(xiàn)如今也大量的運(yùn)用在越來(lái)越多的實(shí)際項(xiàng)目之中。本論文從建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本特點(diǎn)出發(fā)，通過(guò)不同學(xué)科與建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的交叉角度，運(yùn)用文獻(xiàn)查閱、對(duì)比分析等研究方法，來(lái)探討在多領(lǐng)域多學(xué)科的交叉影響發(fā)展下，建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)在整體設(shè)計(jì)周期中所發(fā)揮的作用以及其未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)及潛力。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計(jì)；學(xué)科交叉；設(shè)計(jì)方法

1建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)及其特點(diǎn)

1.1建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)。由于計(jì)算機(jī)科學(xué)在20世紀(jì)末期的飛速發(fā)展，計(jì)算能力不斷提升，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)已經(jīng)在各個(gè)設(shè)計(jì)行業(yè)中占據(jù)了絕對(duì)的統(tǒng)治地位。參數(shù)化設(shè)計(jì)方法正因得益于此，在2000年前后也開始出現(xiàn)在大眾的視野中。參數(shù)化設(shè)計(jì)是指通過(guò)計(jì)算機(jī)編程，將影響設(shè)計(jì)的各種參數(shù)組織到一起，搭建一個(gè)數(shù)字化模型，調(diào)整不同的參數(shù)，就能夠獲得整個(gè)數(shù)字化模型的不同設(shè)計(jì)結(jié)果[1]。這種參數(shù)模型能夠集合多種設(shè)計(jì)參數(shù)為一個(gè)整體系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中，各個(gè)參數(shù)又通過(guò)一定的拓補(bǔ)關(guān)系，與其他參數(shù)建立聯(lián)系，對(duì)系統(tǒng)中任何一個(gè)參數(shù)的修改，都能夠直觀的看見其他參數(shù)乃至整個(gè)模型的變化，從而達(dá)到多種設(shè)計(jì)結(jié)果參考比對(duì)的目的。進(jìn)入21世紀(jì)后，多種易用的計(jì)算機(jī)參數(shù)設(shè)計(jì)工具的出現(xiàn)，使得建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)開始在全球范圍內(nèi)高速發(fā)展。1.2建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)。由于參數(shù)化設(shè)計(jì)需要通過(guò)算法將各種參數(shù)連接成一個(gè)整體的系統(tǒng)，那么這些不同的影響參數(shù)以及參數(shù)之間數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，就成為了這個(gè)系統(tǒng)中最為重要的兩個(gè)部分。通過(guò)對(duì)這兩個(gè)部分的調(diào)節(jié)，就能夠精確的控制建筑的形態(tài)。根據(jù)這一系統(tǒng)的內(nèi)外關(guān)系，建筑參數(shù)化可以總結(jié)為參數(shù)性，動(dòng)態(tài)性和系統(tǒng)性[2]。參數(shù)性是指系統(tǒng)中所集成的大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)直接或間接的構(gòu)建出整個(gè)建筑體系，以用來(lái)模擬在現(xiàn)實(shí)中影響建筑的各種條件。有的參數(shù)也是一種多維度的變量，處于一種不可見的過(guò)程態(tài)之中，一般的設(shè)計(jì)思路并不需要觸及到這類參數(shù)，但在參數(shù)化設(shè)計(jì)中，這類參數(shù)往往很多，并且能夠起到簡(jiǎn)化思路，便捷控制更多直觀參數(shù)的作用。動(dòng)態(tài)性是指在大量參數(shù)之間建立起來(lái)的數(shù)學(xué)聯(lián)系，可以通過(guò)便捷的手段來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)的修改，來(lái)達(dá)到符合預(yù)期設(shè)計(jì)的目的。這種動(dòng)態(tài)性在數(shù)學(xué)學(xué)科中被稱之為函數(shù)集，即通過(guò)修改一定的參數(shù)，來(lái)串聯(lián)性的自動(dòng)修改其他的參數(shù)[3]。這種動(dòng)態(tài)是實(shí)時(shí)、自動(dòng)的進(jìn)行，設(shè)計(jì)師只需要設(shè)置好參數(shù)并且配置好它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，以此快速的呈現(xiàn)出不同的設(shè)計(jì)結(jié)果。系統(tǒng)性就是這一由龐大的數(shù)學(xué)模型，在同一平臺(tái)之下，被有序的組織，呈現(xiàn)出精確的建筑模型。這一平臺(tái)就是參數(shù)化平臺(tái)，它不僅使建筑設(shè)計(jì)朝著一種邏輯性更強(qiáng)的方向發(fā)展，還使得建筑設(shè)計(jì)更加便捷自由并降低各項(xiàng)資源成本。發(fā)展成熟并使用廣泛的平臺(tái)是Rhino配合Grasshop－per，除此之外還有基于BIM的Revit-Dynamo等。1.3算法的思維模式。建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方法有一個(gè)明顯的區(qū)別，那就是參數(shù)化設(shè)計(jì)需要深入了解不同項(xiàng)目需要用到的最適合的算法，并考慮到算法在整個(gè)系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用，這是一種跨學(xué)科的運(yùn)用形式，建筑設(shè)計(jì)師需要具備最基本的算法選擇與設(shè)計(jì)思維，制訂出最契合項(xiàng)目參數(shù)運(yùn)行方式的算法，將計(jì)算機(jī)學(xué)科中的觀念與建筑設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。算法在參數(shù)化設(shè)計(jì)中起到了聯(lián)系樞紐的作用。算法在不同的情況下也具有優(yōu)劣之分，好的算法能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)步驟，節(jié)省時(shí)間成本，減少資源調(diào)用等，算法是建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)中最主要的部分，它體現(xiàn)了設(shè)計(jì)過(guò)程的流程形式。1.4參數(shù)化設(shè)計(jì)與非線性設(shè)計(jì)。非線性設(shè)計(jì)的起源要比參數(shù)化設(shè)計(jì)早很多，高迪所設(shè)計(jì)修建的米拉公寓以及圣家族大教堂等都可以視為非線性設(shè)計(jì)，整個(gè)建筑設(shè)計(jì)中包含了一些多維度的設(shè)計(jì)思路[4]。參數(shù)化設(shè)計(jì)所生成的建筑大多是非線性的，但這兩者之間并不能夠畫上等號(hào)。從視覺上看，非線性設(shè)計(jì)可以通過(guò)多種設(shè)計(jì)手法來(lái)達(dá)到，而參數(shù)化設(shè)計(jì)所形成的設(shè)計(jì)方案也不全是非線性的。但從整個(gè)參數(shù)化設(shè)計(jì)系統(tǒng)來(lái)看，參數(shù)是各部分的內(nèi)在聯(lián)系，一旦發(fā)生改變，就有可能影響整個(gè)流程的運(yùn)行結(jié)果，因此此類建筑可以看作一個(gè)非線性的集合[5]。

2建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)與多學(xué)科交叉發(fā)展

2.1參數(shù)化設(shè)計(jì)與計(jì)算機(jī)學(xué)科。參數(shù)化設(shè)計(jì)是建立在計(jì)算機(jī)之上的，無(wú)論是軟件還是硬件的發(fā)展，都能夠在參數(shù)化設(shè)計(jì)中體現(xiàn)出來(lái)。從Rhino各個(gè)版本的對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，隨著計(jì)算能力的增強(qiáng)，以往很多的模擬只能夠在一種很粗糙的環(huán)境下進(jìn)行，所求得的解也不夠精確。在實(shí)際建設(shè)中，非線性的幕墻需要細(xì)分曲面成為網(wǎng)格來(lái)進(jìn)行施工，這一過(guò)程在早期的Rhino版本中，無(wú)論是精確度還是速度上來(lái)看，都遠(yuǎn)不如現(xiàn)在最新版本（Rhino6），而這一變化，主要依賴計(jì)算機(jī)的發(fā)展。2.2參數(shù)化設(shè)計(jì)與建筑結(jié)構(gòu)學(xué)科。在傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)流程中，建筑設(shè)計(jì)師在完成設(shè)計(jì)之后，再將方案移交給結(jié)構(gòu)工程師，來(lái)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的搭建和計(jì)算，在一些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的方案中，就有可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和方案相沖突的情況。而在參數(shù)化設(shè)計(jì)中，往往方案與結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行同步推進(jìn)，很多非線性的結(jié)構(gòu)合理特征往往需要參數(shù)化來(lái)進(jìn)行模擬，而這種合理結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果，都會(huì)具有非線性的美感，能夠作為建筑的外表皮直接呈現(xiàn)出來(lái)。在參數(shù)化設(shè)計(jì)的同一平臺(tái)下，設(shè)計(jì)師與結(jié)構(gòu)式協(xié)同工作，僅通過(guò)調(diào)整參數(shù)，來(lái)達(dá)到雙方都能夠接受的最佳結(jié)果[6]。在現(xiàn)階段BIM技術(shù)的推廣下，結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐步往設(shè)計(jì)階段介入，在參數(shù)化的協(xié)助下，學(xué)科之間的隔閡已經(jīng)逐步縮小。2.3參數(shù)化設(shè)計(jì)與綠色建筑方向。由于政策環(huán)境等影響，綠色建筑是我國(guó)現(xiàn)階段公共建筑主要推進(jìn)的重點(diǎn)方向。然而，許多綠色建筑設(shè)計(jì)方法仍停留在傳統(tǒng)的外立面遮陽(yáng)、覆蓋綠化、拔風(fēng)中庭等手法，這成為我國(guó)綠色建筑以主動(dòng)技術(shù)為主導(dǎo)的局面[7]。在參數(shù)化設(shè)計(jì)方法中，通過(guò)恰當(dāng)?shù)乃惴皡?shù)化平臺(tái)的使用，建筑的很多物理性能都能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的模擬，然后使用優(yōu)化算法，來(lái)求得建筑相關(guān)參數(shù)的最優(yōu)解。這種方式生成的綠色建筑，在限制條件下都是最有利于節(jié)能減排的布局形式，無(wú)論是建筑的體型系數(shù)，還是建筑外表皮的遮陽(yáng)開窗大小，通過(guò)算法的優(yōu)化，得到的物理效果總是最優(yōu)的存在。讓建筑設(shè)計(jì)師能夠通過(guò)可視化的方式與建筑物理方面的人員沒有隔閡的交流，這將推動(dòng)綠色建筑在我國(guó)的發(fā)展。2.4參數(shù)化設(shè)計(jì)與BIMBIM技術(shù)，又可稱之為是建筑信息模型技術(shù)，其技術(shù)的核心主要是通過(guò)在計(jì)算機(jī)虛擬輔助工民建項(xiàng)目三維設(shè)計(jì)模型的建立及計(jì)算機(jī)數(shù)字化技術(shù)的輔助功能，為其所建立的三維模型提供可靠的、完整的、與實(shí)際狀況相互一致的工民建項(xiàng)目數(shù)據(jù)信息庫(kù)[8]。BIM在最近的幾年中發(fā)展迅速，并且由于BIM平臺(tái)本身較為前沿，適用范圍極為廣泛，因此許多的專業(yè)方向都在朝著BIM技術(shù)方向靠攏。在BIM建筑設(shè)計(jì)方向中，其運(yùn)行的核心，可以理解為一種更加簡(jiǎn)潔高效參數(shù)化設(shè)計(jì)方法。在參數(shù)化的方式下，BIM能夠集合龐大的建筑信息，形成一個(gè)高效完整的信息庫(kù)。但是BIM本身是參數(shù)驅(qū)動(dòng)的信息管理類的平臺(tái)，其對(duì)于建筑設(shè)計(jì)以及造型能力非常弱。以Revit為例，為了彌補(bǔ)這一板塊，其在后面的版本中推出了Dynamo設(shè)計(jì)工具，在一定程度上加強(qiáng)了參數(shù)化設(shè)計(jì)的能力。

3建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的發(fā)展趨勢(shì)

在計(jì)算機(jī)運(yùn)算能力不斷的提升下，現(xiàn)階段使用參數(shù)化來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)的項(xiàng)目越來(lái)越多，它所創(chuàng)造出的合理的結(jié)構(gòu)、富有變化的外立面的建筑，也被越來(lái)越多的人所接受。參數(shù)化設(shè)計(jì)本身只是一種設(shè)計(jì)方法，其好壞依然依賴于設(shè)計(jì)師的專業(yè)素養(yǎng)。由于其需要設(shè)計(jì)師具備一定的編程能力，因此在往后的建筑教育中，計(jì)算機(jī)輔助方面的教育需要向更加前沿的技術(shù)方向上推進(jìn)。當(dāng)今國(guó)家正在建筑行業(yè)大力的推動(dòng)BIM技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，參數(shù)化設(shè)計(jì)與BIM的結(jié)合在未來(lái)的發(fā)展中也成為了主流方向。BIM平臺(tái)本身已經(jīng)集合了結(jié)構(gòu)、暖通、管道、綠色建筑等相關(guān)專業(yè)于一體，參數(shù)化設(shè)計(jì)依賴于BIM平臺(tái)，也就能夠打通與其他專業(yè)之間的壁壘。建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)的趨勢(shì)也會(huì)更加依賴計(jì)算機(jī)科學(xué)的發(fā)展，當(dāng)前計(jì)算機(jī)科學(xué)中較為前沿的AI技術(shù)、VR技術(shù)等，在以后參數(shù)化設(shè)計(jì)的部分流程中，也會(huì)融入進(jìn)去，進(jìn)一步加強(qiáng)參數(shù)化設(shè)計(jì)的靈活性。

4結(jié)語(yǔ)

參數(shù)化設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)展了幾十年之久，所積累的技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，無(wú)論是算法，還是設(shè)計(jì)手法，在當(dāng)前建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)下，學(xué)科之間的交叉已經(jīng)越來(lái)越深入，各個(gè)學(xué)科之間相互借鑒相互發(fā)展是未來(lái)建筑設(shè)計(jì)發(fā)展的基本趨勢(shì)。建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)利用最前沿的系統(tǒng)平臺(tái)，來(lái)組織各學(xué)科的聯(lián)系，創(chuàng)造出脫離人們審美疲勞的新建筑。但多學(xué)科交叉發(fā)展下的建筑參數(shù)化設(shè)計(jì)，對(duì)于建筑而言，所使用的平臺(tái)越來(lái)越分散，各類型的參數(shù)化平臺(tái)往往不能夠覆蓋大多數(shù)的相關(guān)學(xué)科。因此，建筑學(xué)作為建筑設(shè)計(jì)行業(yè)的“龍頭”，也應(yīng)該進(jìn)入到平臺(tái)開發(fā)的領(lǐng)域中去，引導(dǎo)各參數(shù)化平臺(tái)的多學(xué)科跨專業(yè)開發(fā)。

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作者:彭圣杰 單位:西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計(jì)學(xué)院