參數化— 一種新的建筑設計技術

建筑曾經被看作是物質化了的草圖，而現在，這種觀點正逐漸被物質化了的數字信息所代替。新世紀以來，參數化設計越來越多的借用其他學科的研究成果，例如“遺傳算法”“群體智能”“機器智能”等來進行設計方案的生成以及優化。參數化設計真正開始成為一種潮流并被一大批先鋒建筑師，理論學家研究、推廣、應用。如哈佛大學的Kostas利用“形式語法”來構建基于語言邏輯結構的建筑自生成系統[1]，Schoch Odio 和 Paul Coates 等利用元胞自動機與遺傳算法等工具來構建生成系統，UN Studio， B.I.G， Zaha Hadid等事務所也開展了相關的實踐活動，并有一批建成作品出現。OMA事務所與ARUP工程咨詢公司在CCTV新址的設計中，利用力學分析結果來建構其外表皮。諾曼·福斯特在倫敦市政廳的設計中依據光照確定建筑體形態等。由此可見，參數化設計為建筑形態的創作生成提供了一種新的概念與手段。

形體的生成需要邏輯的設置與參數的輸入，“參數化設計”這一隨著計算機技術的快速發展而出現的新型設計手段，為形態生成理論的發展以及其設計思想的實踐提供了切實有效的技術保障以及實現平臺。從20世紀50年代在美國誕生第一臺計算機繪圖系統開始，得益于光柵掃描顯示技術（CRT）和鼠標等圖形輸入技術的發展，從90年代初開始，計算機逐漸取代圖板和丁字尺。成為建筑師推敲和調整設計方案的主要工具，宣告計算機在設計領域的應用進入了輔助繪圖（Computer Aided Drawing）階段。雖然這一時期的計算機輔助設計程序主要被應用于繪圖和表達[2]。可是，廣義的參數化設計已經出現。即：在圖形繪制以及修改過程中，所進行的操作不外乎是對繪圖程序底層的數據進行操作與修改，并借與其程序的關聯性對圖形其他部分進行響應，最終反映在程序表層的用戶界面，達到繪圖、修改、調整的目的。這是一種單項約束的參數化過程，即“輸入-反饋”模式。

新技術的發展必然會促進新方法的出現。到了本世紀初，一種更為先進的計算機輔助設計（Computer Aided Design）開始出現，這種設計方法旨在通過定義物體之間的邏輯關系，由用戶在輸入變量與輸出之間建立聯系，從而定義最終結果對輸入參數的響應邏輯，進而影響最終設計。這種方法關注的是事物之間的邏輯聯系而非具體形式，將設計過程中的數據變量化的同時建立起相互間的約束，是一種多維的參數化過程，其工作模式可抽象為（輸入-邏輯作用-反饋），當今語境下的“參數化設計”多指與此。

哈佛大學的Kostas在《Algorithmic Architecture》一書中基于建筑自組織邏輯提出了建筑生成“語法”[3]，他認為，“算法”在某種程度上來說就是一種語言結構。一種生成語法就好似一種語言，有其獨特的架構并具備可延展性、自生性與靈活性。建筑作為生成活動的主體，自然具有這種特性。通過將設計中的問題細分再細分，并將其以一定的結構重新組合起來，最后在這個框架下對建筑生成的不同可能性做出多種推演，從而彌補人腦在這一方面的不足，最終在推演出的各種結果之間選取更加符合主觀期待或者客觀要求的一個解進行實施。Kostas認為這種全新的設計體系可以一勞永逸地解決建筑設計在“形式”和“邏輯”之間的矛盾。

Patrik Schumacher（Zaha Hadid事務所合伙人）在《參數化主義-參數化范式和新風格的形成》（Parametricism – The Parametric Paradigm and the Formation of a New Style）中以尼克拉斯·盧曼的社會學理論為基礎，辨析了建筑學中時代性風格和其所屬時代的社會經濟背景之間的對應關系，并且提出參數化主義將成為繼四大時代性的風格-文藝復興、巴洛克、新古典主義、現代主義之后的第五種，并且屬于21世紀的時代性風格。[4]

牛津布魯克斯大學的GO Kawakita提出了基于Ecotect的響應式立面設計系統（Responsive Facade Design System），其系統以遺傳算法為優化選擇方法，采用Lua語言編程，根據預先設定的室內取樣點的照度值選擇相適應的立面窗形式，通過對不同取樣點的權重值設定來完成使用需求對程序選擇的反作用，實現光環境數據對建筑開窗位置和數量的控制[5]。

與此同時，國內外的設計機構也開展了許多基于環境影響的建筑形態生成的設計實踐。

由Gensler設計，同濟設計院進行配合的上海中心（Shanghai Tower）位于上海市陸家嘴核心商務區，是上海浦東新區的新地標。其表面為非標準曲面，以圓角三角形為基礎的形狀單元螺旋上升。在設計過程中運用了動態數據圖表對樓層的層高，單層面積設置以及房間排布進行了優化設計，并且依據風荷載模擬分析優化樓層旋轉角度。其雙層表皮之間的連接部分運用BIM平臺進行參數化設計以保證設計過程中的信息暢通。

由B.I.G.事務所設計的哈薩克斯坦阿斯塔納國家圖書館方案中，運用Ecotect分析所得出的網格日照數據進行開窗位置和大小的確定。

可以發現，基于環境生態性能的建筑形態生成方法已成為國內外建筑生成方法研究的前沿熱點。國外在這一領域多為研究性的探索，圍繞日照輻射，光環境和風環境，通過定量與定性相結合的方法來探討建筑形態生成過程。同時以參數化編程平臺，生態性能模擬平臺，第三方信息交互平臺為基礎，通過參數化二次編程技術實現信息數據的傳遞與響應和設計方案的生成。這些研究與探索很好的討論了參數化設計手段與建筑生態性能模擬相結合的可能性，但是仍然存在著實驗邏輯較為簡單，實驗條件過于理想，設計流程缺乏整體性這三方面的局限。沒有形成具有實際推廣意義的設計方法框架，而且缺乏多種環境影響因子共同作用情況之下的相關研究。

注釋：

[1]Kostas Terzidis. Algorithmic Architectur[M]e. Architectural Press， 2006： 73

[2] Boddy R C，Wetherill M. Computer integrated construction： A review and proposals for future direction[J]. Advances in Engineering Software， 2007， 38（10）： 677-687.

[3]Kostas Terzidis. Algorithmic Architecture[M]. Architectural Press 2006： 73

[4]Patrik·Schumacher. Parametricism. 時代建筑[M]， 2012： 22-37

[5]韓昀松. 基于日照與風環境影響的建筑形態生成方法研究： [D]. 哈爾濱： 哈爾濱工業大學碩士論文， 2012：4-5