建筑全生命周期：建造過程的生成式設計策略

（文）羅伯特?斯圖爾特-史密斯 英國AA建筑聯盟學院

郭馨＊ 深圳大學建筑與城市規劃學院

（圖）英國AA建筑聯盟學院- DRL設計研究實驗室

建筑全生命周期：建造過程的生成式設計策略

（文）羅伯特?斯圖爾特-史密斯 英國AA建筑聯盟學院

郭馨＊ 深圳大學建筑與城市規劃學院

（圖）英國AA建筑聯盟學院- DRL設計研究實驗室

Building Life-Cycle: A Generative Design Approach to Production

作為對遠古和現代文明進步的一種歷史傳承，建筑環境是人類取得成功的關鍵所在，是人類引以為豪或飽受煎熬的核心。設計和施工質量不但對建筑居住者的生活帶來直接影響，也對創造和維護這些建筑所需的全球資源產生影響。建筑消耗了全球40%的原材料、72%的電力和39%的全球總能源。這些數字可能會讓人對建筑行業的現狀產生擔憂，但它們也可以被定義為一個具有競爭意義的指標來不斷改善，即在改善生活和環境質量的同時，提升資源利用的經濟效益。從實用性角度看，建筑是一種消費品。如果忽略了這一事實，則否定了建筑與其建造過程之間存在的一種更有創意的綜合協調關系；而承認建筑是一種消費品，則會促使我們在建造過程中進行創新，從而為用戶帶來更大利益，為客戶創造更多利潤，為建筑師帶來更多的設計機會。建造過程的創新，使設計與建造之間的關系變得更加緊密、更有意義，同時讓建筑物在建筑環境和自然環境中起到更為積極的作用。

目前，對建筑行業環保效能的關注主要集中在建筑施工與建筑管理等方面，這就為深入研究探討建筑本質的設計帶來了機會。AA建筑聯盟學院.DRL專業的羅伯特?斯圖爾特-史密斯工作室通過對建筑全生命周期的反思，探索設計的生成過程。該工作室對建筑物的建造、施工、裝配、使用和拆除等方面的因素進行了探討，以期提出極具設計潛力的經濟性方案。

生成式技術是一個充滿創造力的過程。這種創造過程已經在藝術和設計領域應用了不短的時間，但它們主要關注抽象的創意方法，以避免預判和復制新奇的作品。利用分析工程的軟件和計算機編程，使得超越業內標準的3D BIM軟件的定制設計方法成為可能，從而能在獨特的富有創意的設計過程中，解決建筑中經常面臨的實際沖突和約束。獨出心裁超越新奇是因為它將設計的性能表現以及因果關聯都作為其固有的一種屬性埋藏在設計解決方案內。

本文中所列舉的項目是倫敦AA建筑聯盟學院的建筑與城市規劃碩士課程-設計研究實驗室（DRL）專業-的畢業設計成果，畢業設計課程為期12個月。該課程強調創新性設計研究，學生需要花大量時間對運算化設計方法、預制工藝及推測性設計方案進行學習研究。通過這一課程，學生可以學習計算機編程，使用工業機器人、激光切割機、計算機數控機床（CNC）、電子設備、機器人等數字制造設備，并進行材料實驗和制作工作原型。他們的研究成果為建筑業帶來了新的發展方向，并為建筑師提供了更多的技術資源。這些項目還讓學校與更多的行業和專家建立了重要的合作關系，提倡未來在建筑設計領域更注重跨學科合作，并由業內專家提出意見，對這些推測性研究結果進行論證。目前，參與合作的有結構工程師、計算機專家、機器人專家、藝術家及眾多的制造和技術公司。

工作室通過不同的項目探討生成式的預制、具有時效性的物質性，具有時效性的實用性，機器人學、現場機器人施工等方面的研究，發展形成具有創意的建筑建造方案。這一基于時間維度的工藝流程通過計算機模擬和工作原型的物理模型來運作。這些項目旨在最大程度減少材料的使用，減少建筑垃圾及運輸需求，利用自然環保工藝，實現回收或再利用。而每一項目都包含了一種對建筑全生命周期的概念性回應、一種裝配理念，以及一種運算化設計方法。每一個項目都包括材料的各種組織方式，并且比目前行業涉及到的更為細化。這種細化程度讓這些項目具有多種實用性，以及獨特的設計特性。例如，SoftKill或SCL學生小組的項目使用了獨特的高分辨率多孔材料組織，大大減少了總體建筑材料用量，但與普通結構相比仍能保持有效的結構性能。這些性能通過與AKT2結構工程公司的定期咨詢會議和合作，從概念上和技術上都得到了驗證。

總體而言，該工作室的成果展示著一種設計的興趣點，即視覺上所表現出來的設計品質是策略性的建造過程所具有的一個固有屬性。這些研究成果包括工作室從過去六年到現在的一些精選項目。讓人欣慰的是，那些較早期的項目至今并沒有失去其先鋒性，這也證明AA.DRL的研究工作保持著進取性和相關性。工作室的早期工作從算法引導設計和材料成形方面探索創新。許多項目通過創造性地利用材料力學（如，表面張力）或材料階段性的性質改變，避免了使用裝配模板，而是通過材料的自我成形對建筑各個部件進行配置。這些問題在項目描述中得以說明。

該工作室近年來進行了機器人技術研究，能利用設計算法對場外和現場施工場景所用材料和建造過程進行實時運算。最近幾個項目所展示的空中機器人研究表明，學術推測與產業實施之間的差距正在縮小，因為這項研究通過計算機編程直接在機器人硬件上進行。在最近的幾個例子中，基于計算機的設計模擬與最終建造行為之間已經沒有實質差別，因兩者都依照相同的計算機代碼將設計和建造壓縮在一個建造過程中。機器人施工和制造技術的進步，必然會讓建造過程更加自由，從而帶來更大的設計自由。

福特T型車的生產工藝讓汽車制造能夠通過量產取得巨大成功。今天，這種工藝升級為“大量定制”，實現了汽車制造的定制化，客戶可從各種不同產品中選擇內飾等汽車部件。建筑生產所要求的靈活性遠遠大于汽車制造的靈活性，因為事實上幾乎每一座建筑物的尺寸和形狀都是定制的。

直到近年來，建筑的大批量生產才通過不完善的“福特式”的框架得以實現，但建筑構件仍局限于相同的形狀尺寸。這種方式在經濟和設計上的不足使得建筑生產逐漸從“大規模生產”轉向“大規模定制”。

工業機械臂已經在汽車制造領域應用了幾十年，以實現生產靈活性，而現在這種機械手臂也在國內許多大學建筑系廣泛應用。建筑行業大量定制服務方面的進步，對建筑設計而言存在兩種可能的前景。它既可類似于汽車行業，只用來對量產部件稍作變更，或者實現向定制化制造過程的根本性轉型，而建筑設計能夠為創新生產過程制定戰略，從而產生設計效益和經濟效益。

本期《世界建筑導報》中展示了AA.DRL羅伯特?斯圖爾特-史密斯工作室的研究成果，這些創新設計研究和探索不限制于行業的時間和具體實際限制，但同時盡可能貼近行業。雖然其中許多研究成果無法直接轉化并應用到行業的實踐中去，但這些推測性設計方案以合乎邏輯和周全的方式，提出了具有環保和經濟效益、伴隨著全面設計革新的備選的行業生產模式。這些研究成果提倡一種更為全面的建筑設計方法，對生產限制條件進行研究，并采取創造性的應對措施。從這個意義上說，這些設計研究對未來建筑發展的一系列可能性進行推測，創造性地結合了其生產過程，并認識到這種結合也對設計方案本身實際有益。

＊通訊作者：郭馨 郵箱：xinguo@szu.edu.cn