數字營造與實驗建構

張穎

摘 要：隨著數字技術在設計領域的不斷發展，設計方法與實踐方式在數字平臺下被重新改寫，建筑設計師在注重設計生成的同時，也需要設計理論的支持。場域理論作為一個跨學科理論，對參數化設計研究有著重要的價值與意義。在復雜性科學與參數化技術的影響下，場域理論與參數化設計之間存在密不可分的關系。文章以場域理論為研究基礎，以算法為切入點，以數字化建筑裝置為設計對象，研究分析參數化實踐背景下的數字營造與實驗建構。

關鍵詞：參數化設計;場域理論;算法;數字營造

基金項目：本文系江蘇省研究生科研與實踐創新計劃項目（SJCX19_0446）研究成果。

一、場域理論

（一）場域概念

場域（Field）理論最早可追溯到19世紀中葉的物理學，英國物理學家邁克爾·法拉第（Michael Faraday）首先發現電磁感應現象，由此以“field”一詞開啟了物理場論的序章。這里“場”指的是一個以時空為變量的物理量。在之后的所有學科研究中，心理學首先引入物理學中的“磁場”概念，并將其哲學轉向為“心理場”。隨后這一詞不斷被引入多個學科之中，包括社會學、建筑學、藝術學等學科。社會學將場域理論作為學科內部主要的理論之一，法國社會學大師布爾迪厄在社會學領域中將場域定義為社會關系中的網絡或結構，并提出資本、慣習、場域三個概念作為剖析社會環境的范式。從人類社會關系上看，人的行為與行為發生的場地將構成一個場域環境，在此環境中，身在其中的人也會受自身影響。由此可見，場域并非是單純的物理環境，也包括人們的行為以及相關聯的諸多因素，強調的是場內單元與群體、環境關系的探究。從物理學到心理學再到社會學，可見場域不僅是一種空間關系，也是一種社會關系。

（二）建筑場域

20世紀末，美國建筑師斯坦·艾倫首先提出了“場域狀態”來解釋場域建筑內的形式與空間的關系，探究場內個體規則性與集體秩序性之間的關聯，以此創新型方式應對現代城市的復雜性。自此，場域理論在建筑學科中開始出現并發展。步入21世紀，參數化設計逐漸走入人們的視野，帕特里克·舒馬赫提出了“參數化主義”來定義這一時代風格。同時，他將“場域”一詞引為“參數化主義”建立的概念。他與扎哈合伙建立的扎哈·哈迪德建筑事務所也一直以“field”等詞匯作為設計的核心思想，一種動態的、流動的、關聯的場域在建筑領域中形成。科技的迅猛發展，使實際建造逐漸不再受到技術的限制，致使設計形態造型不斷突破常規形式，涌現出大批先鋒建筑?？焖偕L的先鋒設計與當下城市面貌中仍然存在一定的沖突性，這一問題也引發諸多設計師的思考，他們由此將目光轉向環境場域的構建中去。計算機技術的發展，給設計方法注入了新的血液，給設計師帶來巨大助力，場域理論在此背景下發展，于參數化設計中出現了相關算法應用。

二、參數化空間設計

（一）概念定義

參數化設計是指受參變量控制的設計，經一定的邏輯關系，利用計算機語言計算出有序的數據用于設計中。把限制、影響設計的諸多要素數據化，通過建立一種或者幾種邏輯規則和關系借用某種計算機語言進行運算，在計算機之中建立出設計雛形，通過調整、改變參數的值來改變整個數據，以生成最后的設計結果。參數化空間就是利用參數化設計方式物質性呈現的客觀形式，本課題研究的參數化空間以建筑學相關概念為主。舒馬赫將參數化設計風格稱為“參數化主義”，當代建筑已經開始在重新組織與更新設計方式，來滿足日益增長的復雜性需求。參數化設計風格已然在當代建筑界占據主導地位，基于參數化設計范式，發展出這一先鋒的建筑設計風格。不同于解構主義的無序性，參數化的特性就是其有序性、關聯性、連續性，參數化內部單體與群體之間的存在差異之外，也存在個體的差異性。正是因為其自身的特性，運用參數化設計的空間層出不窮，其新穎獨特的形式逐漸被大眾喜愛，甚至成為一種設計潮流趨勢。

（二）設計發展

1960年后，現代主義的衰落使參數化的種子悄悄地種下了。以先鋒建筑師弗雷·奧托（Frei Otto）為代表的參數化先驅們開始通過物理模型進行找形實驗，這之后逐漸發展直至當今參數化在各個領域的普及。到了2008年，帕特里克·舒馬赫參加了第十一屆威尼斯雙年展“Dark? Side”俱樂部，首次提出“參數化主義”一詞?！皡祷髁x”作為傳統建筑風格的繼任者，具有全新的時代性特征，顛覆以往的設計風格。如舒馬赫之言，參數化設計表現出的強烈時代感以及不可復制的特征。他強調，傳統建筑是自上而下的，人們描述理想化的形式、對稱的形態、精細的結構、清晰的幾何關系和功能分區。如今，建筑進入了他所說的“自主性”階段。就像蝴蝶效應一樣，細節的規則將引起一系列整體的變化，事物之間不受控制地折疊，功能也將出現多區域、模糊化、高混合的概念。自此，參數化設計正式被定義，成為一種具有復雜、現代特征的新型設計風格，飛速應用于諸多設計當中。因此，從弗雷·奧托到帕特里克·舒馬赫，從物理找形到系統生形，從手工模擬原型到計算機模擬生形，可以將參數化的發展過程分為四個階段，分別是原型階段、初始階段、參數化主義 1.0 階段、參數化主義 2.0 階段。參數化設計通過四個階段的發展，逐漸走向成熟，并且在世界范圍內表現出獨樹一幟的設計風格。被參數化方法所定義的設計，在建筑、室內、景觀、產品等多種設計領域中成為最亮眼的一部分，這是人類在設定規則之后，計算機語言再生的直觀呈現。

三、算法實驗建構

（一）實驗緣起

人類實則生存于一個巨大的場域之中，人類、環境、文脈、自然之間存在著千絲萬縷的關系。正是在此環境下，隨著工業革命以及技術的發展，城市環境與面貌受到一定沖擊，使得人們開始將目光從城市轉向自然景觀。場域算法是根據物理現象研究得出的一種形態生成方法，蘊含一定的科學性與數字美感。筆者將以數字手段抽象表現為設計實驗的切入點，借助算法模擬來試圖轉譯自然景觀，嘗試運用參數化設計手段與數字建造方式再現風景。

（二）數字營造

在應用實驗中，首先確立設計靈感，以風吹過麥田留下麥浪后的景致為設計著眼點，將這一自然律動景觀投射到設計中;而后提取定格畫面下，麥子充滿動態、自然、隨機的變化形態;最后通過運用場域算法，生成多變的自由形態，參數化模擬出這一景觀現象。在模擬過程中，先是在二維空間中預設點陣，通過場域算法中的點磁場干擾，集散偏移出新形式的點陣，以此得到目標點的X軸Y軸坐標。點陣中每一個點隨著場域中的干擾因素而在二維空間中移動變化，這便形成了二維空間點，以此為進一步生成點做準備。之后將原始點陣中的點與之前的干擾點拉進，計算出每個點到干擾點的最近距離，提取距離將其對應轉化成區間在 [0.6，3]的數值當中，并輸出作為之前二維空間偏移點的 Z 坐標。由此得到了桿件兩端的端點，即預設點陣為起始端，磁場干擾到的三維點陣為桿件末端。這些點將隨著參變量的變化而變化，無序漸變位置不同。這樣一來，生成的桿件長度不一，傾斜方向不一，每一根桿件都獨一無二，不可復制。

（三）實驗生成

實驗裝置最終以600根桿件，且每根圓管都有不同的傾斜角度和高度，按序排列組合而成。裝置空間中每一個單元圓管相互之間存在一定聯系，有序連續成為整體，但彼此之間存在差異性。裝置整體呈現秩序性，但局部呈現差異性，在此場域內部對于同一與差異和諧包容。裝置內部預留了穿越漫游、駐足體驗的路徑與休憩空間，生成具有趣味性與參與性的空間形態，以此將“風景再現”與“風景敘事”用一種數字形式呈現出來，數字設計的現代手法與材料的非自然屬性從另一面來呼吁大眾對原生自然環境的重視（圖1、2）。

四、結語

通過對場域理論的多學科概念、參數化空間設計的概念與發展的梳理，能夠發現場域理論于多學科之間的貫通以及參數化設計多元發展的趨向。在數字營造實驗中，筆者以場域理論為研究依據，以腳本算法為實踐方式，將自然界中風吹麥浪的印象投射到數字營造實驗中，以參數化設計手段創造性地再現動態的視覺景觀。在一系列實踐研究過程中可知，算法的應用突破了傳統手工的生成方式，其理論的提出使得人類文明不斷進步。在技術革新的社會背景下，場域理論所具有的全局觀，具備的動態、關聯的應用格局，給參數化設計帶來巨大的發展前景與挑戰。在快節奏的城市氛圍下，關聯場域環境對人類生活有著決定性作用，借此希望參數化設計以自由、綠色、平衡的趨向發展，并且期望人們能夠更多地以全局觀看待自然、城市、建筑之間的和諧關系。

參考文獻：

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作者單位：

南京藝術學院設計學院