參數化設計在景觀裝置中的低技化應用

許可溈　吳曼

摘要：歸納既能滿足現有參數化設計造型要求，也能在室外環境中保持穩定性狀的可塑性較強的材料以及其對應的加工工藝，探尋便利、精準、高效的低技化營建方式。分析了3D打印、機械臂等材料前期材料加工工藝以及VR技術輔助與低技化營造的結合過程并嘗試優化。獲得更合理的低技化組合營建方式。該方法可為施工階段的參數化景觀裝置提供參考。

關鍵詞：參數化設計 景觀裝置 低技化

中圖分類號：TU986 文獻標識IR：A

文章編號：1003-0069（2019）07-0105-03

一、參數化設計概況

（一）參數化概念

1.“參數化”是技術、方法、算法，更是一個系統：參數化能讓眾多學科的交叉點匯聚在一起，通過計算機平臺轉化成統一的語言進而應用。參數化作為一種學術思想理念，來自于跨學科知識互通，這也正是構建參數化平臺的核心意義_構建跨學科的知識交匯的平臺。18世紀偉大的建筑師高迪就在用類似的參數化思想進行設計，將非線性自然形態與建筑相結合，但當時并沒有先進的計算機輔助運算，也沒有現代數字化加工，這說明參數化思想并不完全依賴算法和先進設備。

2.參數化與數字化的關系：參數化與數字化不同，數字化是將數字和數據轉換為一系列二進制代碼，這些二進制代碼被引入計算機并進一步處理以構建數字模型。當前計算機的所有操作和功能都是用數字完成的。當應用于設計領域時，數字設計涵蓋了非常廣泛的范圍。在范疇上，數字設計包括參數化設計。

3.參數化設計的特點：參數化范式作為設計語言的—種變革與發展，也隨著時代的發展而變化，不斷在批評中自我更新。雖然目前的參數化設計只能做有限的工作，依賴計算機的審美困境具有消隱設計師主觀表現的嫌疑，而且非線性的審美表現也不一定能被大眾接受。但參數化設計本身具有復雜性和演化特征的設計方法必將繼續改進自身，滿足時代發展的需要。作為一種自下而上的設計方法，參數化設計突破了傳統設計的局限性。產生的設計多種多樣。計算機輔助設計提供新的形態生成方法可以通過參數在景觀裝置的構建過程中得到控制，通過應用算法，自動產生空間與形狀。這顯示了一個令人著迷的現象：合乎規則的計算產生大量看似隨機的結果。也許這種設計方法更貼近宇宙和自然的本質，也蘊涵著新的審美潛力。

（二）參數化軟件

參數化設計軟件系統包括以下幾個方面：結構分析軟件、GIS工具、遙感圖像處理、水文分析工具、地理信息數據轉換平臺、統計和科學計算工具、可持續設計和分析工具、流體分析工具、模型構建工具、渲染工具等。以Rhino為例，其主要優勢是基于外部環境進行定量分析和一些特殊的曲面構造。

二、參數化景觀裝置

（一）參數化景觀裝置概況

參數化景觀裝置設計是基于參數化思維和參數化工具生成藝術裝置設計結果的過程。參數化景觀裝置設計的核心是選擇和設置參數、設置裝置形狀的生成規則，以及控制景觀裝置中每個元素形狀的布局和結構。根據目前的發展狀況，景觀裝置在設計和施工的整個過程中都可以使用參數化的思想。例如確定某種類型的參數化布局，基于布局自動匹配和轉移到其他功能元素上并進一步深入設計。參數化景觀裝置的內涵是各種設計條件轉換成邏輯控制語句生成形態結構。在形式方面，Patrick Schumacher建議參數化實踐需要遵循參數化技術支持的基本設計原則?！氨苊馐褂脛傂詭缀卧?，如正方形，三角形和圓形;避免簡單的功能重復，避免不相關的功能或系統搭配?？紤]所有參數塑性形狀，差異的梯度（在不同的比率下），系統地變形和相關?！边@一宣言昭示著凡冠以“參數化”之名的景觀建筑作品幾乎都具有柔和多變的線條、平滑的曲面和復雜的空間形態。

（二）低技策略在參數化景觀裝置營建過程中的必要性

1.有效降低成本。由于采用了更新，更高難度的設計方法，參數化景觀裝置從設計到施工具有模型修改方便快捷、零件模塊化加工、結構精確、拼接簡易的特點。但這種“數字設計”和“數字結構”也意味著高成本和低容錯性。“數字化建設”所需的技術包括激光切割技術，多軸機床技術，數控彎曲成形技術，智能機器人技術和快速成型技術。應用這些技術都會大大抬高裝置成本。在這種條件下，探索低技術，低成本的參數化設計實踐，即“高科技”非線性參數化設計方法與“低技術”建筑方法的結合。這符合國內現狀，有利于促進景觀裝置的參數化發展，還能給富有想象力的設計師創造更多作品的機會。

2.提高景觀裝置完成度。雖然有了前期高技術水平的材料加工，但在環境干擾因素、原材料密度等現實條件下，組件成型過程中避免不了一定程度的誤差。通過選擇較強可塑性的材料、易操作的拼接工藝以及設置富有彈性的誤差控制裝置都是保證景觀裝置效果的低技化實踐途徑。

三、參數化景觀裝置的低技化應用實例分析

“低技術”施工是相對于“高科技”設計、加工存在的，由于學科之間的差異以及地區發展水平的不均，從以前到現在到未來，兩者一直并且繼續并存?！案呒肌弊鳛榧夹g進步的直觀體現，推動景觀裝置的創新，具有先鋒性;“低技”作為其補充，具有更強的廣泛性和普遍性?！案呒肌钡膮祷O計方式拓展了景觀裝置的多樣性，為設計師實現個人意圖增加了路徑;“低技”的建造策略則提供了應對現實條件制約的有效途徑，增強了作品的可實施性。兩者的結合能更好地創造作品。

由表1可知，近年來許多參數化景觀裝置的落地都對高技術手段有所涉及，前期的高技術手段基本都能為后期落地拼裝提供便利;也有部分裝置回避了前期流程，選擇使用如竹片、PE管等自身可塑性強的材料，控制成本;在裝配過程中靈活應用高科技設備，提高裝配精度。例如北京林業大學王向榮教授作品“心靈的花園”，它是一個充分應用廉價材料，其材料的前期加工工藝與后期制作都較為低技的作品。其主要裝置的構造節點上使用了參數化設計，在節點確定的基礎上建設完善。設計理念是在有限的空間內展示中國園林的空間變化和詩意。它能帶給人們心靈的寧靜和理解。煙霧籠罩著灰色的礫石板和翠綠的竹林，花園中央是一個10平方米左右的蓮塘，給人們的心靈帶來平和與淡然。是人類在這一自然生境中，圍繞著人類生存與發展的核心主題，進行著人類科技發明的應用性轉化，并不斷改善人類生存環境的行為或結果，如圖1、2。

而由清華大學徐衛國教授團隊發明的“機械臂自動砌筑系統”則是綜合了眾多現有參數化手段后落地的例子，其基本不涉及高成本高技術的原材料及加工工藝（對混凝土配比有一定要求），而后期營建選擇由多組機械臂共同完成，盡可能避免了人工的參與。與現有的砌磚系統不同，其將機器人手臂自動砌磚和3D打印砂漿首次相結合，形成了全自動一體化智能建筑系統。并且這個系統首次應用于實際施工現場，建造了“磚藝迷宮花園”。先低技后高技的建造流程也不失為一種突出重點的有效組合，如圖3、4。

四、低技策略的優化

（一）拓展傳統工藝的應用

各類傳統工藝廣泛使用鄉土材料，具有良好的經濟性與鮮明的地域特征，部分材料及工藝已成為某種文化符號。將參數化設計的數字模型結合諸如傳統竹編工藝、造紙工藝、陶瓷工藝等表現方式，既可以擺脫參數化裝置缺少設計師個人痕跡的嫌疑，也能進一步發揚優秀傳統文化，賦予作品更多意蘊。“天人合一”是傳統哲學生態觀的基本精神，蘊含著對天人關系的終極思考，認為人與自然界本為一體，應和諧共處。例如通過參數化軟件設計的“無限（∞）形”鄉野景觀裝置，其將新穎的設計手法與當地手工藝、傳統營造技藝緊密結合，該裝置和場地構建了一個純粹的幾何找形過程，超越了材料和語言學的范疇。讓景觀成為大眾文化下的公共藝術，“無限（∞）形”裝置表達了對時間，空間和環境關系的思考，是“竹”元素形式與精神的延伸，如圖5、6。

（二）更新構件組裝方式

以人力代替部分機械加工，是低技化的主要方式，通過簡明的分工快速準確完成復雜的裝置難度較高，這需要對設計方案進行拆解簡化，安排合理的施工步驟，繪制簡明扼要的施工圖紙。在以往加工裝配景觀裝置的過程中，我們在誤差面前常有兩個選擇：改變裝置的局部的空間點位或是改變組件的尺寸。若組件尺寸較大加工成本加高，不宜選擇后者;若裝置拼裝的點位聯系緊密，則不宜改動前者。選擇前者或后者都會為進一步施工帶來不利影響，在誤差難以消除的現實情況下，如何盡可能減少后期人為誤差是我們努力的方向。前文提到的VR虛擬現實技術作為“高技”的一環，在此時也不失為輔助“低技”提高準確度的良好方式，在關鍵節點使用VR眼鏡幫助定位可以快速有效地實現目標，如圖7、8。

（三）統一誤差控制機制

“數字化建造”技術使用高精度設備來最大限度地減少錯誤，當工人進行手動低精度的建設時難免出現很多錯誤，控制實際工程中的錯誤的各種方法有構建誤差控制機制，這要部件本身具有的適應和調整的可能性。譬如常見的彈簧、拉索兩端的松緊螺絲等。但過于豐富的彈性裝置會破壞景觀裝置的整體性，影響進一步施工的準確度，因此，主動限制彈性裝置的類型、尺寸、安裝位置、安裝數量有利于提高施工質量，如圖9、10。

結語

目前，參數化設計在建筑領域的實踐已達到較高水平。近年來，其與快速發展的3 D打印技術和數字化制造技術相結合，充分考慮了最終施工過程的低技術要求，簡化了后期施工過程。而景觀裝置的構建，既是建筑營造的試驗田，也被建筑技術的提升成果所惠及。近年來我國許多學者和設計師都參與了參數化景觀裝置的構建，也根據現實情況摸索出了許多實用的低技化施工技巧，就我國現今的整體技術條件而言頗具現實意義。拓寬景觀裝置設計思維，通過富有邏輯、包含大量數據關系的數字模型，結合多樣的營建技術，使景觀裝置具有更高的完成度與更好的效果，是未來我們需要共同努力的方向。