住宅室內參數化設計初探
——設計因素信息化與關聯系統的建立

孟翔

1.參數化設計

1.1 什么是參數化設計

參數化設計被視為CAAD（Computer-Aided Architectural Design，計算機輔助建筑設計）系統第九代的特征之一，其與第八代BIM相較更加側重于幾何形體的建模。[1]“‘參數’可以定義為一個系統的運行方式及特征與其成員之間的相互關系。參數化設計據此制定出一個關聯系統，從而通過輸入不同的條件來得到不同的結果。”[2]國內建筑領域對此研究較為全面的徐衛國認為，參數化設計最為關鍵的三個環節包括“設計要求信息的數據化”，“設計參數關系的建立”以及“計算機軟件參數模型的建立”。[3]因此由室內設計專業的角度出發，確定設計因素信息的數據化，以及創建關聯系統，是能否實現參數化設計的前提。

1.2 參數化設計的應用現狀與問題

參數化設計在建筑中的應用日漸成熟。作為一種新的潮流在實踐中更傾向被應用于塑造復雜的形體，“提供連續的多樣性”。[4]伴生的室內設計的實踐同樣傾向對于外在形式的嘗試，以及與室內設備的結合，統一了內外“表皮”。但是對于室內設計內在的使用邏輯并無更進一步的助益。室內設計作為建筑向使用者的延伸，在統一于建筑外在風格的同時，立場更應向人的需求進行傾斜。因為在大多數情況之下，室內設計與建筑設計相比，對使用者需求的理解更為精確，層次更為多元。

1.3 住宅室內設計參數化的意義與價值

“每個參數化系統都是根據其自身對約束求解的方法定義的，并且針對設計工作每個系統都是根據其自身對約束求解的方法定義的。”[5]在研究室內設計的參數化可行性時，首先需要明確不同空間的屬性定義了不同的功能。與公共空間等空間對于功能性與象征性何者為先，或不一而同的美學標準等復雜考量有所不同的是，住宅作為人日常生活的基本空間類型，其室內設計應當更加貼近人的必要需求。現如今在使用者進行住宅的選擇時，通常按照使用的所需面積進行計算，即根據人口數量、結構選擇相應面積與戶型結構（受到經濟能力等因素影響上下浮動）。這也為室內設計參數化塑造以人體尺度為基準的關聯系統創造了條件。以住宅作為探討室內設計參數化可行性的范例，更加符合設計“功能為先”的標準，這對其它空間室內設計的參數化應用具有參考價值。體量巨大的住宅室內設計市場也為其提供了更高的實踐價值與經濟價值。

2.住宅室內設計信息數據化與關聯系統建立

設計要素信息的數據化，以及建立關聯系統，是參數化建模的基礎。室內設計要素之間的關聯必然以空間不同的“占用”形式作為媒介，室內參數化設計系統的運行也應以幾何體建模對空間的“分割”作為主要形式。而住宅的室內設計要素基本由建筑、人與功能擴展開來，探討三者以及三者衍生物的特征與形式，將其數據化，進而探求在空間中的依存關系與可變更程度，是關聯系統的核心。

2.1 建筑信息數據化與關聯系統建立

在對室內設計因素進行分析的過程中，首要的是對于建筑的認知，即空間構成的基本條件。現今的建筑技術水平仍然受限于結構、材料與成本等因素，因此在過去的發展過程中形成了標準化特征，即多層住宅或高層住宅中采取的相似的布局結構與管線位置以提高效率，節約成本。從室內設計的立場考慮，其中承重結構等重要因素的改動受限于技術限制、法律法規與高額成本等因素。同樣管線位置也需考慮其性質（常見的包括給排水管道、供電管道、排煙通道等），需要根據功能需求與技術條件，而限制變動方式與距離，并且考慮改動成本。這些相關信息都需要完成數據化以便更好的輔助室內設計。例如改動水管需考慮供水壓強與排水速率，改動距離的增加可能導致使用效果的衰減。在創建參數化模型時，管線原始位置可以標定坐標，以此為軸改動距離呈放射狀，距離遠近決定衰減程度與改動成本（結合材料性質）。以計算機參數化建模的角度進行審視，空間內的承重結構，包括部分立面、天花板、地面三者，形成了相對其它室內設計因素而言的“框架”或“容器”，在參數化模型中固定尺寸與坐標，建立一個虛擬的幾何體，其后的室內設計行為都可以將此作為邊界與基礎。

2.2 人體尺度數據化與關聯系統建立

與建筑中承重相似的是使用者的人體尺度，幾乎沒有可變性，包括基本的身高、體重等。在設計師過去的實踐中，人體尺度的確立依賴于既成數據的參考，特殊案例會進行專門調整。而個體行為與習慣等建立在人體尺度的基礎上，可變性稍強。設計師對使用者的人體尺度與行為習慣的了解，基本通過詢問或觀察進行。但受制于隱私等因素的考量，采集到的信息較為片面，不能構成完整的參考體系。但是住宅室內設計所面對使用者數量較少且相對固定，最具進行精確定位的可能性，同時較為容易形成嚴密的關聯體系。如果從全部功能皆以人的需求作為出發點的角度來說，人的尺度首先限定了人的基本需求，包括室內空間的坐、臥、站、行，以及其它種種個人習慣在此基礎上同樣具有重要影響。人體尺度“從內而外”決定了個人行為與習慣，進而決定了功能行為的尺度，功能承接物的尺度等。所有的功能都應以此為基準而產生一定范圍內的變化，包括滿足基本需求或達到舒適程度。無論是人體工程學還是環境心理學都對此進行了探索。在現今的科技手段中，可以通過人體佩戴傳感器來實現對人體尺度基礎上行為的取樣，即個人在不同行為時的擺動幅度與狀態。例如睡眠時的身體滾動方向與幅度確定床的最小尺度；工作時身體與上肢的擺動幅度或活動范圍確定最小工作面；行走時人體的擺動確定動線的最小寬度等，以此完成從人的尺度到人的行為的銜接。因此將使用者的人體尺度作為參數化設計中的固定不變的參數，其它尺度將都以此為基礎進行衡定。以此為出發點確定行為的尺度，能夠進一步確定功能中的尺度，從而使三者產生關聯。

2.3 功能信息數據化與關聯系統建立

功能基于使用者的尺度，始于使用者的需求，并承接使用者的行為，是使用者需求的進一步的優化，最終體現為空間中的存在形式，以及與使用者之間產生的交互。在過去的設計實踐中，功能的實現大部分基于人體與行為尺度的“共識”。首先確定功能分區，而后對室內空間進行分隔與填充。思維慣性中對客廳、餐廳、臥室、衛生間等概念的固定認知，使得部分設計師在一定階段內較少思考功能本身的意義與實現的形式。在近年來改造設計熱潮中，面對各類住宅的戶型與使用者實際需求之間的極端差異，設計師與使用者都開始重新審視人與功能之間的關系。

2.3.1 功能種類

功能的取舍與重要性排序是對于個體需求的第一考量。現代生活對于室內空間的影響趨勢在總體上使其變得更為多樣，功能種類與延伸更加多元化。因此室內設計的傳統認知需要改變，避免“同質化”設計。如果將對于使用者需求的重要程度，作為衡量功能取舍與順序的標準，不同類型的功能中最為重要的功能進行優先的實現，包括位置選擇與尺度的浮動。例如重要的功能得到保障從而避免常規形態的變化（通常最佳的形態應保持在一個水平面），以及在基本行為尺度之上的空間占用。以此類推，處于序列“末端”的功能通過獨立的形態或尺度變化節約空間，或與其它末端功能進行組合，實現對剩余可用空間的占用，最終達成空間各項功能的實現。

2.3.2 功能尺度

在功能取舍之后，人的需求也可基于人體尺度，開始向功能實現方式的轉化。功能的實現取決于行為尺度與其承接物的尺度。首先人體行為尺度的通過佩戴傳感器（或可穿戴設備）進行采集是可行的。在對已有的功能承接物的使用過程中，使用者肢體的擺動幅度通常暗示了行為的必要尺度。那么以軀干移動距離與肢體末端的擺動范圍（以軀干為軸），確定功能承接物的尺度范圍是合理的。因此以人體尺度為基礎，能夠確定行為尺度與功能承接物尺度，三者構成了空間中功能實現形式的基本單位。功能分區也應以功能實現的“三要素”作為基本的“單位功能”，結合功能種類的選擇與排序確定其優先級，以此規劃室內空間。而結合以上建筑“框架”存在的種種限制因素，基本可以確定出“單位功能”可行的大致方位。例如下水道預留位置隨延長距離而削弱排水功能，以此為軸將洗手臺等功能限制于一定距離之內。多個功能皆以此方式確立空間中的位置，則會產生豐富可能。每一個細小限制因素對于“單位功能”的改變，都將關聯整個功能系統——這是參數化對于室內設計的核心價值所在。

2.3.3 功能形式

在依據人體尺度與行為尺度確定功能尺度之后，功能承接物的形式不可避免的與之產生了關聯。在采集行為尺度的過程中，原空間中的功能承接物對于行為有一定的影響，需要通過分析甚至建模建立明確的認知。通常功能的最佳實現形式，大多數應當是以人軀體為軸，上肢伸展而產生最大行為距離，從而形成的平面。以此為基礎在保持軀體行為較為舒適的前提下橫向或縱向延伸產生衰減。在功能承接物的展現上例如櫥柜設計，臺面承接最為豐富的即時行為，上下則多用于設備安置或儲物空間。在近幾年興起的小戶型設計或改造設計中，功能形式在實踐中展現出豐富的類型。例如通過抽拉或折疊實現餐桌靈活的空間占用；可移動中臺提供廚房備餐臺的豐富變化；榻榻米設計提供了可升降的“床”與儲物空間。功能與功能之間展現出個體折疊、兩相重疊，模塊化組合等不同形式，這也是設計師在室內設計中負擔的主要任務之一。在數據信息化的過程中，依然要維持對“單位功能”的單人最小使用面積的明確認知，通過“最小使用面積”的組合變化豐富功能的形式。在參數化設計中，可以通過上傳數據庫提供儲備，以相同的限制條件作為前提，為其它遇到相同問題的設計方案提供參考甚至直接的代入。

2.3.4 功能聯系

除了人體對于功能的提供，以及建筑對于功能的限制之外，功能之間的聯系也是確定功能在空間中處于何種位置的因素之一，是人的行為內在連續性的外在表現。如同設備預留接口對于功能的位置限制一樣，功能之間的位置也決定了功能的使用效率。在住宅空間中，小范圍獨立空間內的關聯，通常展現為近距離的功能承接物的組合，例如沙發與茶幾、邊幾等。而在大范圍內，因為相互關聯而以功能分區層級的基本劃分中體現出來的，例如臥室與衛生間，餐廳與廚房等。在進行室內設計時必須考慮其間的通達性。包括：夜間衛生間的使用，如何在保持基本照明的同時減少對他人的影響；在使用廚房時，既隔絕油煙對餐廳的影響，又能保證傳菜的效率——保持新鮮的同時兼顧安全性。相關空間的鏈接還要避免與其它空間的影響，例如利用空間或時間上的錯位進行處理。如果將相互關聯的功能區域進行“連線”的話，這條“線”必須盡量滿足兩個條件——相互間距離盡量縮短；同時減少交叉。

在完成對建筑、人體與功能的數據化，以及建立關聯關系的同時，如何反觀現有的室內設計存在成為了必須面對的問題。因為無論室內設計理論發展到何種程度，除了建筑技術水平限制之外，室內設計實踐還受制于相關產品的發展程度。室內設計的相關產品還受限于材料、工藝、成本等要素，是室內設計師必須考慮的問題。產品往往帶有一定的風格傾向，所以室內設計參數化也涉及到室內風格的選擇與實現。經過整個人類歷史的積淀，“經典”與“創新”并存，如何將其代入參數化設計之中也是一個重要問題。

3.相關概念的參數化建模與應用

3.1 相關產品的參數化

現今市場的發展提供了繁復的產品種類。無論是滿足設計師要求的定制服務，還是經營者自行組織、提供的設計服務，都展現出設計者、消費者與經營者三者迫切彌合差距與分歧的意愿。相關產品可以通過標定限制條件從而進行參數化建模，直接介入設計案例的建模過程。也可以結合大數據與云計算，由設計師上傳針對某一問題而創造出新的解決方案，由經營者與產品設計師隨時提供產品線上針對不同方案而研發的產品數據，形成限制條件相同或近似的參數化模型。稍作調整從而介入正在進行的設計之中，幫助設計師解決當下問題。在不具相對應的現有產品的情況下，產品設計者能夠根據限制條件判斷可否提供定制服務，由生產經營者提供參考價格。以上能夠提高設計師與材料商、家具商與電器商等的溝通效率，加快可行性論證的進程。

3.2 風格的參數化

在室內設計實踐中，設計師對于風格的把握多借助于自身對外在形式的理解。風格的形成基于一個區域的地理條件與其間人們的生活習慣，也有歷史文化的積淀。因此對于風格的理解首先要明確其中所展現出的特征，即對待內外環境的態度。例如日本建筑中所采取的挑檐表達了一種人與自然統一的愿望，但在既成建筑中并不能夠輕易實現。即使有條件可以實現，也要充分考慮其間的氣候差異等因素。其次是坐具等基本功能承接物的形式與尺度。以榻榻米為例，其與常規意義上的床的差異，在于幾乎布滿整個空間，以“地板”的形式而存在——從空間的立方體“占用”變為對于層高的“切割”。可以作為參數化對于某種風格特征的理解與借鑒，在平面布置時遇到空間不足的問題可以采用。同樣的，當設計要求對此沒有明確限制的情況下，也可以作為室內設計空間（平面）不足狀況下的解決方案之一。隨著產品線的豐富，不同形式的坐具與臥具都能保證基本的舒適，這為特定風格的實現提供了助益。但是對于風格的參數化設計應持謹慎態度，以免產生僵化，束縛室內設計的發展。

“傳統的設計系統是對古老工作方式的簡單效仿。參數化建模（也稱為約束建模）引發了根本的改變：‘標記’，也就是一個設計的幾個部分，以一種協同的方式相互關聯和共同改變。”[5]參數化與BIM的根本差異，并非簡單的設計效率的提高，而是其明確約束條件，通過明確設計因素組合形式的多種可能，建立了一個開放性的結構。設計師能夠通過完善限制條件而縮減設計結果的范圍，從繁雜的反復修改過程中解脫出來，能夠有更多精力去發現問題與解決問題。在具體實踐中，設計師可以據此將明確限制條件的解決方案上傳，制造者據此尋求實現的技術手段，多方參與使新的解決方式成熟化，最終應用于實踐。整個過程形成一個完整的鏈條。這為今后室內設計通過人體取樣與云計算的結合，從而提高設計精度與深度提供了可能。兩者將進一步推進個性化需求的實現。與室內設計相關的，建筑設計與產品設計同樣在嘗試變更人體本身之外的所有條件，例如“互動建筑”與“智能家居”的出現。對于設計手段的探索，最終目的是更好的實現人的需求。

注釋：

[1]孫曉峰,魏力愷,季宏.從CAAD沿革看BIM與參數化設計[J].建筑學報,2014

[2]楚琦,楊茂川.淺談參數化設計在室內空間中的運用趨勢[J].藝術與設計（理論）,2013

[3]徐衛國.參數化設計與算法生形[J].世界建筑,2011

[4]XWG建筑工作室合伙人.參數化主義——帕特里克·舒馬赫訪談[J].世界建筑,2003

[5][美]羅伯特·伍德伯里.參數化設計元素[M].孫澄等譯.北京：中國建筑工業出版社,2013