SPAN——數字敏感性

林秋達

SPAN是由馬蒂亞斯·戴爾·坎普（Matias del Campo）和桑德拉·曼寧格（Sandra Manninger）在2003年創辦的一個專注于建筑學領域新工具運用的設計事務所。這些新工具不僅包括了技術，也包含了還處于理論階段的新興想法， 比如，連續性、強度、物質和空間組織等概念。在他們的設計實踐中，SPAN主要具有3個帶動設計主導思維的體系：第一，建筑在運動物質中的表現和它們的基本幾何形態；第二，如何駕馭巴洛克建筑思想譜系的軌跡；第三，用計算機控制的機器幫助他們在物理環境中實現建筑理想的可能性。所有的這些思索創造了從會議論文、工業設計作品到建筑項目等多樣性的形式。上述多樣性的表現形式，形成了SPAN根植于計算驅動的生態設計系統。由算法和生成過程驅動的創造性策略，以及對環境壓力創造的豐富而密集的空間狀態的模擬等潛在的能力，體現了SPAN對當代數字環境的敏感性。從SPAN創建開始，他們就已覆蓋了一系列的研究領域，如拓撲學、組織工程、植物學、譜系等等，隨后更延伸到建筑設計之中。SPAN最近的研究領域還涵蓋了遞歸幾何。這些研究形成了其項目的文化內涵，并呼應了從巴洛克時代到弗雷德里克·基斯勒（Frederik Kiesler）的作品等實例（圖1）。

SPAN事務所的設計體系來源于多種跨學科的研究。運動物體及其根本的構架幾何體系，由巴洛克建筑所衍生的曲線設計軌跡思想，以及數控制造機械為建筑的物質化實現所帶來的機會等都形成了他們建筑思想的源泉。SPAN最近的項目包括了澳大利亞酒莊、維也納展示住房和上海世博會奧地利館等。

SPAN對現代建筑情結近乎迷戀的探索，得益于自然界豐富的形態構成，以及將形式作為設計驅動力的設計方法。他們的作品從多種文化譜系中得到信息，例如巴洛克幾何形體或者在基斯勒的作品中體現的無限性等。隱藏在由算法和生成過程驅動的創造性策略中的能力，以及對環境變量場如何能夠產生豐富而密集的空間條件的模擬，反應了SPAN 對在當代建筑表現中的豐富環境能量的敏感和渴望（圖2）。

2 Solaris裝置

3 巴黎布朗庫西博物館曲面

4 巴黎布朗庫西博物館曲面

5 上海世博會奧地利館外景

6 上海世博會奧地利館內景

7 上海世博會奧地利館內景

8 上海世博會奧地利館細部

9 上海世博會奧地利館立面

SPAN的作品之一，巴黎布朗庫西博物館的復雜曲面幾何展現了嚴格的拓撲關系，從而有利于運用先進的制造方法實現建筑的建造過程（圖3）。和鄰近的蓬皮杜中心不同，該建筑的外圍護結構同時形成了結構系統，結構、氣候屏障和建筑表面是一體的。雙曲面的運用加強了結構的完整性，為建筑提供了一個堅實的外殼。建筑的多面體特性提供了一種非常具體的表面鑲板的制造方式，預制組件的裝配是在現場進行的，反應了在21世紀的技術環境下蓬皮杜建造方式的技術升級（圖4）。

2010年上海世博會奧地利館是SPAN的最新作品。在奧地利館設計背后的主要驅動力是聲力場。音樂作為一個概念，反映了建筑無縫銜接的不同內部空間的延續性，從主要空間、觀眾廳，到外部表皮，空間從建筑的拓撲實體中不斷展開（圖5）。這個過程創建了一系列網格和小空間，包括如商店、飯店、辦公室、貴賓區等功能的其余部分。 每一個功能領域都是奧地利大都市生活素質的反應：音樂，文化，烹飪技能，城市景觀，綠化等（圖6）。

為了實現無縫拓撲狀態，Topmod軟件在建筑體演變的設計過程中起了主要作用。該項目的主要特質形成了表面拓撲的主框架。軟件的輸出結果包括了一系列廣泛而微妙的表面狀況。根據不同的表現行為，超過100個不同的模型實體被用來測試它們對不同標準的適應性，比如，實現建筑功能的潛在能力，或者作為結構實體的結構表現，以及最終對生成的建筑外觀的影響等等。這個不斷進行的驗證過程將可能的體型數減少到了一個非常小的數目。最終的建筑體型是經過了一系列進化算法（各種網格重構、細分、優化小網格空間等）并且淘汰了無數其他可能后得到的。空間微妙的柔化過渡，以及主要房間內向式的設計，創造了一個在嘈雜的外環境中可以令人放松的氛圍（圖7、8）。

10 Maribor項目室外

11 Maribor項目室內

奧地利館的拓撲形體用了3種方式來支持建筑的各種特性，優雅而連續的曲線建筑形體的掃描過程產生了參觀者在展示區中平滑而有機的流動（圖9）。模擬流動的動畫創建了參觀者從入口區到主要空間再到出口區的連續流動。通過減少正交類型的形體，空間中的聲音品質明顯提高了。在主要空間中使用的裝飾板作為聲音的反射器，能夠進一步提高聲音的品質。它們可以被用來控制大廳混響，同時也呼應了維也納豐富的紋飾效果。

拓撲形式的材料組織模式應用在自然界中是一種普遍的現象，它在加強形式穩定性的同時降低了材料消耗。這種設計策略在奧地利館的設計中廣泛采用，令展館達到了更高層次的可持續性。在自然界中，材料的代價昂貴，然而形式卻是免費的。數控機床、工業機器人、激光切割機和計算機控制的折彎機的運用，使這些概念在建筑尺度上的應用成為可能。

SPAN設計實踐中使用的計算工具處在不斷的變動之中，事務所也一直在尋找能幫助建筑師擴大設計能力的新技術。首先，SPAN在設計過程的每一個步驟中都運用這些方法。在設計過程的一開始，計算機就像一個抽象的機器，提供了在一個項目設計中所有的固有的可能性，然后，設計師進行進一步的嚴格探索設計，直至找到具體建筑問題的足夠確定的解答。然而，SPAN在設計中使用的每一種方法都基于他們在某一個領域的理論研究中的探索，比如，對于鑲嵌方式的研究就在奧地利的酒莊項目和在維也納的住宅項目中得到了體現。 這種解決方案同時也包括了用于實際制造的各種策略（圖10）。參數化工具幫助建筑師并行審議幾個可能的架構解決方案，以測試空間性能的解決方案和他們在功能和物質化手段方面的表現（圖11）。

馬蒂亞斯的教學與研究和SPAN事務所的設計實踐一脈相承。以下簡要介紹他在德紹建筑學院DIA的設計課程學生作業及教學成果。2008年，他指導的建筑學碩士論文設計的題目是：數字技術在德國法蘭克福高層建筑設計中的應用。 歷史上高層建筑的形態不斷地發生變化。 新的發明和技術的發展影響了高層建筑的結構體系和建造技術，規劃和政策條例也針對高層建筑對周邊環境的影響施加了多方面的約束，不僅如此，建筑理論和建筑風格也在高層建筑的設計中留下了印記。因此，在當今的時代設計一個高層建筑涉及了多方面的挑戰，并且對建筑的性能具有主要的決定作用。因此，用數字技術尋求在多個領域的綜合解決方案就顯得必不可少了。

12 “高層塔樓”

13 “高層塔樓”

14 “之間”

15 “之間”

16 “拱心石”

學生莫哈納德·巴尤米（Mohannad Bayoumi）的作品探討了數字算法技術在優化建筑形式過程中的運用潛力。本設計的重點是用腳本算法生成建筑表皮，使它能響應夏季太陽的位置并控制穿透建筑表面的日光量。 同時，它為窗戶提供了不遮擋法蘭克福市容景觀的最優化遮陽系統（圖12、13）。

題為“之間”的馬里索·克拉維茨（Marysol Kraviez）、吳迪風（Wu Difeng，音譯）的作品探討了功能的限制，考慮了多層次的形態學意義，其中包含了眾多的表面狀況以及形式所提供的經濟優勢。此外，這些對表面情況的探索顧及了各種各樣的結果，包括諸如連續表面的行為特性等各種問題。“之間”項目尤其針對復雜曲面上的幾何孔徑變化，以及具體的著色所產生的色彩影響進行了深入的探討。該項目遵循了一種嚴格的由進化過程驅動的遺傳譜系，其結果形成了一個從精確而穩定的柵格轉化為互相纏繞的動態纖維狀態的實體（圖14、15）。

拱心石是學生郭廉（Guo Lian，音譯）在馬蒂亞斯指導下的作品。此設計坐落于西班牙巴塞羅那。這個城市在過去的一個世紀中受到“新藝術”時期安東尼·高迪作品的強烈影響。與這些受大自然啟發而產生的蜿蜒曲線的對話成為這個設計選擇的基礎。為此，他們試圖創造一個可以為不同年齡組服務的特殊的景觀元素，創造的建筑從它周邊的環境中得到力量，并在環境中展示了它自身性格的整體性（圖16）。□（本文屬國家自然科學基金資助項目，項目批準號51078218。本文圖片均由 SPAN事務所和馬蒂亞斯·戴爾·坎普提供。）

注釋：

[1]馬蒂亞斯·戴爾·坎普是維也納 SPAN建筑設計事務所的主持建筑師。他就讀于維也納應用藝術大學，并于2006年獲得辛德勒獎學金和到美國洛杉磯的研究訪問機會，目前是德紹建筑學院（Dessau Institute of Architecture）、ESARQ和加泰羅尼亞大學的客座教授。在2008年和2010年，他擔任北京建筑雙年展南美區策展人。

訪談/Interview：

林秋達（LIN Qiuda，以下簡稱L）：請向我們介紹一下SPAN的主要專業實踐和研究經驗，以及你們主要的設計理念。

馬蒂亞斯·戴爾·坎普（Matias del Campo，以下簡稱C）：我和我的合伙人桑德拉·曼寧格都很了解技術，并且對科幻小說和現實科學中的新興領域具有濃厚的興趣。我很幸運地處在體驗建筑數字化設計技術革命的前沿位置上。早在我的學生階段，我就接觸到運行Softimage的SGI工作站。它一瞬間就把我吸引到這種設計技術上來，因為它令我可以開拓一種在主流的常規建筑設計中無法體驗的空間視野。這種像異國情調一般的建筑風格變成了我的專長，并且在和桑德拉·曼寧格共同創辦了SPAN事務所以后，我們一頭扎進了這種以計算機作為驅動的建筑設計，以及用計算機控制的機械在物質世界中實現我們的想法的研究中。

L: 能否請您用你們最近的設計項目做實例，簡要地談談你們對建筑學的主要思考？

C: 建筑學的主要任務是組織空間材料以創造特定的空間條件。在這里，有一系列的可能性來思考這種組織架構的自然性質，以及在空間中組織材料的方法。在過去幾年中，我們通過計算機的模擬已經能夠理解環境壓力是如何實際作用于物質的聚集的，也了解了我們如何才能在設計中達到某種具體的建筑表現形式。事實上，空間的銜接不僅反應了建筑消耗能源的方式，這點在今天的標準中已經非常明確了，而且它也可以被理解為一種文化的聲明。

上海世博會奧地利館是一個完美的機會，展示了我們在最近幾年中發展的各種各樣的想法。這個建筑是完全用計算機設計出來的，在整個設計過程中沒有用到任何手工繪圖。超過100個計算機模型的推敲才演變成最終建成的這個版本。這個建筑體現了我們對拓撲結構和計算機控制加工方法的研究成果。一系列的環境壓力，如太陽輻射和聲學力場等，也影響了建筑形式。建筑的拓撲關系體現了室內室外空間的連續無縫轉換，體現了建筑的形式從它自身的中央空間展開到其他空間的過渡。我們的其他一系列項目也一脈相承地遵循了同樣的拓撲結構和環境因素思維，如在巴黎的布朗庫西博物館和在馬里博爾的現代藝術博物館等。

我們最新的研究是探索遞歸的幾何性質。已故數學家伯諾伊特·曼德爾布羅給了我非常深刻的印象。他是著名的分形幾何的發明者，在接受采訪時他曾經介紹了在羅馬參觀巴洛克建筑的經歷。他描述了當他進入一個羅馬教堂的時候，走得越近，越多的復雜細節就會在視野中出現。事實上，這就是一種幾何形體在不同尺度上重復出現的遞歸現象。這里我要明確一點：遞歸描述了一個函數的定義在自身被重復運用的過程，導致了自我相似性。 一旦我們掌握了遞歸的幾何原理，我們就開始尋找在建筑上運用的可能。因為遞歸具有在不同尺度上的重復性，事實上，我們可以在任何建筑尺度上運用這個基本的概念。我們仍然在探索它的運用可能性，也許將在下一個建筑項目中讓這個研究進一步成型。

L: 在你們構思設計概念的過程中，算法思維是如何影響你們的設計形成的？能否談談你關于數字化工具，包括參數化設計、數字制造等的理解？

C: 在很久以前，我們就采用只在計算機上設計的工作方法了。我們并不認為計算機只是一種可視化的工具；相反，我們把它當做是一個在設計進程中的合作伙伴。事實上，這個和計算機互動的過程更像是一種對話，一種計算機中的算法過程和設計師的設計理解之間的對話。這一設計方法意味著計算機可以幫助設計師處理復雜的、甚至不可能用手工來進行計算的設計過程，同時，設計師也將計算機推進到了一個特定的感性極限。最近一個時期，一種影響建筑生成的因素正在發揮作用：模擬技術。計算機模擬并不是一個新的發現，可能在第二次世界大戰時第一臺計算機出現的時候就已經存在了，這種技術最早是用來模擬彈道軌跡的。然而，模擬技術在過去幾年得到了突破性的運用，甚至可以把模擬得到的信息運用于參數化建模工具中。這意味著環境信息事實上直接影響著使用計算工具得到的設計形式，而這種算法思維也導致了一種嶄新的建筑設計分支的出現。

當這些技術不僅可用于設計過程，也能適用于生產過程時，這整個過程就真的變得非常有趣了。我們一直都感興趣的是計算機控制的機械的使用。許多其他行業，如汽車業、航空業和造船業中的工業機器人，計算機控制切割焊接機的使用已經有幾十年的歷史了。現在，這些機器正變得越來越容易獲得，并且為建造建筑項目提供了非常有力的工具。在我們的公司，我們已經學會如何使用激光切割機、三維打印機、工業機器人、數控銑床等來找到使我們的計算機生成的設計對象成為真正的物質實體的辦法。關鍵是要了解這個新興的生產環境，以找到在高端建筑設計項目中的設計策略。

L: 除了奧地利館，你們在中國有其他正在進行的項目嗎？你們對數字化設計工具在中國建筑產業的未來發展有何看法？

C: 目前，我們正在進行各種中國項目的談判，所以我相信我們將會有更多的項目在中國實施。關于對數字化工具在中國發展的問題，在我看來，中國的建筑行業和建筑教育已經對數字設計和建造所帶來的機會敞開了胸懷。這個過程是非常快的。2008年是我第一次在北京講有關腳本的課程。當時我的演講課程人滿為患！今天，我在德國德紹的工作室幾乎有一半的學生是華人。因此，中國在這方面的發展是非常非常快的。我敢肯定，很快中國將達到和任何其他國家相同的水平。我對這樣的發展感到非常高興，因為數字的代碼是一個全球性的語言，可以成為在任何地方的討論的一部分，也加強和促進了世界各地不同區域之間的溝通。

L: 請簡要介紹您的教學經驗和您主要的教學方法。

C: 因為各種原因，我畢業以后就開始了教學。在我的眼中，教育領域總是處在建筑學發展的最前沿，學術界為擴展建筑設計和課程中的新想法創造了機會。我一直有一個愿望，能將建筑實踐和學術研究結合起來，以探索一條新的建筑學之路。我所教的每一個設計課程都是針對某一個具體問題的嚴謹的探索。在教學過程中，我們盡量把注意力放在和數字化設計技術相關聯的主題上，有時可能是一個非常基本的課題。我最早在維也納應用藝術大學教授研究生課程，課程的名稱是都市策略，我們重點關注將粘性物質的行為特征作為都市狀態下的一種設計策略。后來，我被指定為德紹建筑學院的客座教授，以及巴塞羅那ESARQ的遺傳建筑學課程教授。我還任教于世界各地不同的大學的許多講習班，這里就不一一提及了。

L: 您的學術研究、設計教學方法和您自己的專業實踐之間具有一種什么樣的關系？

C: 學術研究和我們的實踐工作相互交織成一種非常復雜的格局。在我們的事務所中出現的想法經常作為一種基本的概念在大學的教學中得到進一步的發展，并且在那里探討各種不同的可能性和可能的解決方案。我最希望看到的情景是一個學生有了他自己的想法和他自己的風格，而這種風格的出現是基于我們在設計課程中探索的問題創造出來的框架。最好的情況是每個學生都能達到他們自己的目標，并且發現他們在建筑設計中獨特的道路。□

L: Please make a introduction of SPAN architect's major professional practice and research experience.

C: Both of us are very tech-savvy and driven by desires emerging out of the field of Science Fiction as well as factual Science. I was in the lucky position to experience the Cambrian explosion in digital design techniques for architecture first hand.Very early on during my studying time I came in touch with an SGI workstation running Softimage.I felt instantly attracted to the opportunities within this design techniques, as it enabled me to explore spatial conditions outside the predominant conventions in Architectural design. These exotic,opulent architectural conditions became my expertise, and after opening up the practice SPAN together with my partner Sandra Manninger we engulfed into an exploration of computational driven architecture design in full extent, including computer controlled machinery to materialize our ideas also in a physical environment.

L: Can you briefly talk about your latest main concern of your architecture, using your recent projects as cases?

C: The main task of architecture is to organize material in space in order to create specific spatial conditions. In this extent there is a series of possibilities to speculate on the nature of this organization, as well as on the methods to organize material in space. In the last years we have been able to understand, by the use of computer simulations, how environmental pressures actually influence any aggregation of material and how we can achieve a specific performance in the building by the way we form the design. In fact the articulation of space not only reflects back in the way the buildings consume energy, that should be very clear by today's standards, but it also can be read as a cultural statement.

The Austrian Pavilion for the Shanghai Expo was a perfect chance to demonstrate the manifold ideas we developed in architecture throughout the last years. The building was completely developed on the computer, not a single pen was harmed in the process. A genealogy of over one hundred computer-models resulted in the final iteration that materialized as the building on the site. The building was a result of our research in Topology as well as in computer controlled fabrication methods.Furthermore a series of environmental pressures,such as solar radiation and acoustic forces,influenced the form of the building. The Topology is present in the seamless transition between interior and exterior, the continuous circulation, as well as in unfolding of the building from its central concert room to the other spaces. There is a series of other projects that also follow the same lineage of thinking, topology and environmental factors, such as the Brancusi Museum in Paris and the Museum of Modern Art is Maribor.

The latest research we have been exploring is the nature of recursive geometries. I was very impressed by one statement of the late mathematician Benoit Mandelbrot. He was the inventor of the famous fractal geometry, and he described in an interview his experience with baroque architecture in Rome. He described how he approached a church in Rome and the closer he came the more intricate details emerged in his field of view which were self-similar in nature, in fact a recursive event, whereas the geometry starts to repeat on different scales. Just to make clear what we are talking about here: Recursion describes a process in which the function being defined is applied within its own definition, meaning that it results in self-similarity. Once we discovered how we can use the geometric rules of recursion we started to look for the architectural implications.Due to the nature of repetition in various scales it is in fact possible to us this very basic idea in every architectural scale. We are still in the middle of exploring the possibilities, with the next architecture projects we will make the step to make this research visible and physical.

L: How computational thinking come into play in the process of producing the design concept?C: We adapted the method to work in the computer exclusively already long time ago. We do not consider the Computer to be a tool for visualization,but a partner in the design process. In fact it is more like a dialogue between computational processes in the computer and the sensible insights of the designer who guides the process. Considering this design method means that the computer can help to handle complex processes, that wouldn't be possible to calculate by hand, simultaneously the designer pushes the machine to the limits of a specific sensibility. In recent times an additional factor for the formation of architecture came into play:simulation techniques. Simulation on the computer is not a new discovery, it has been around probably since the first computer came up, around World War II. In fact one of the first tasks for this computers was the simulation of the ballistic trajectories of artillery fire. However, the resolution of the simulation has exploded within the last couple of years, as well as the possibilities to connect the information resulting from the simulation with parametric modeling tools. In fact this means that information from the environment directly influences the form of the design, by the use of computational tools. This idea of computational thinking has emerged in a complete new branch of architectural design.

It really becomes interesting when these techniques are not only used for the design process but also for the production process. We have been always interested in the use of computer-controlled machinery. Many other industries, such as the car industry, the aviation industry and the ship building industry have been using industrial robots and computer controlled cutting and welding machines for decades. Now these machines are becoming more and more available and provide a very powerful tool for the fabrication of highly articulated architecture projects. In our office we have learned how to use laser cutting machines, 3D printers, industrial robots and CNC Milling machines,in order to find ways how to make our computer generated designs into real, physical objects. It is essential to understand this emerging fabrication environment in order to find strategies of formation in advanced architecture projects.

L: Except for the Austrian Pavilion, do you have other Chinese Projects ongoing? What's your opinion of the development of digital design tools in Chinese architecture industry in the near future?

C: At the moment we are negotiating a variety of projects in China, so I'm sure there will be more to see of our work in China soon.

Considering your question about the development of digital tools in China: It appears to me as if the Chinese architectural industry and education is totally embracing the opportunities inherent in digital design and fabrication tools. The process is very fast. 2008 was the first scripting course in Beijing. I was there to give a lecture.The course was packed! Today almost half of the students in my studio in Dessau, Germany, are Chinese. So the development is very, very fast,and I'm sure that China will be on the same level as any other country very soon. I'm really very happy about this development, as the digital code presents a global language that can be part of the discussion everywhere, increasing and facilitating the communication between different sites all over the world.

L: Please briefly introduce your teaching experience,and your primary teaching method.

C: I started teaching briefly after I graduated, for various reasons. On the one side the academic field is the one, in my eyes, that is always on the forefront of architectural developments. Academia offers the opportunity to increase and expand novel architectural ideas in terms of design as well as discourse. I always had the desire to combine both architectural practice and academic research in order to explore novel paths in architecture. The main agenda in every studio or workshop I teach is a rigorous exploration of a specific problem. We try to focus on one topic in the studios, connected to digital design techniques. Sometimes it is also a very basic topic. I first started teaching at the postgraduate program of the University of applied arts in Viennna,die Angewandte. The course is called urban strategies, and we focused on the emergent behavior of viscous matter as a design strategy for urban conditions. Later I was assigned as Guest Professor at the Dessau Institute of Architecture at the Bauhaus and Professor at the Genetic Architecture Program of the ESARQ in Barcelona, Spain. In the meantime I have been teaching many workshops in different Universities all over the world, it would take too long to mention them all.

L: What's the relationship of your academic research, the pedagogy in the studio and your own professional practice?

C: The academic research and the work in our practice are woven into each other in a very intricate pattern. Sometimes ideas that emerge in the office as a rudimentary concept move on to the university and explode there in a variety of possible solutions. My favorite event is when a student discovers his own idea, his own style, based on a studio outline we created emerging out of a problem we explored in the office. In best case every student reaches this goal and discovers his own approach in architecture design. □