作為圖形的建筑圖解
——信息傳達視角的研究

周忠凱

趙繼龍

孫繼開

一般意義上，圖解（Diagram）是一種基于設計研究和實踐，由各種圖形、符號和文字按照一定空間秩序組成的、能夠表達某種概念、邏輯或關系等抽象信息的復合圖形。與康德（Immanuel Kant）提出的、在先驗哲學和心理學語境下具有專門意義的“圖式”（Schema）不同[1]，圖解作為一種專業人員輔助思考和人際間溝通交流的直觀工具，在科學技術各領域都得到持久、廣泛而深入的應用，并隨信息可視化技術的進步而不斷發展。以形象思維和視覺判斷為突出特征的建筑學領域則更加倚重圖解，作為當代建筑學的核心語匯之一，對其概念內涵的界定眾說紛紜，如認為其是一種概念模型，抽象圖形符號，或是一種設計操作程序等[2]。經過近幾十年的發展，“建筑圖解”（Architectural Diagram）縱深發展成為一種以空間信息為基本依托的特有專業圖形語言，其要素、結構、組織方式甚至功能目標與一般意義上的圖解已有明顯區別。

作為圖形語言的圖解，其主要目的是實現有效和高效溝通，而建筑圖解的制作和使用，常依賴于建筑師的直覺經驗和主觀判斷所驅動，某種程度上呈現出個性強烈、模糊難懂的特征，其圖解信息傳達是否暢通有效、準確到位，很少得到應有的關心和科學測度。通過歸納相關學科的研究成果，試圖將建筑圖解從主流學術話語中的設計生成工具還原為信息的圖形載體，從信息傳達的視角對建筑圖解進行再審視，揭示其處理和傳達各種具象或抽象設計信息的內在規律，及作為圖形的內涵、屬性和結構，期望可以為建筑圖解研究探索一種理性分析方法，拓展其作為設計認知和信息傳達工具的潛力。

1 建筑圖解的研究現狀和發展

自2 0 世紀70 年代建筑圖解取代制圖（Drawing）成為“建筑知識的基本技術和工序”（索莫爾，2005）后，建筑圖解一直是當代建筑設計工作的基礎。一方面，以亞歷山大、艾森曼、維德勒及其追隨者的建筑理論探討為主流，以建筑物質形式的設計生成為主旨，并逐漸走向與數字設計技術的融合，國內學者在這一方面已經或正在進行相關研究，如探索圍繞圖解思維建立起來的新數字建筑的發展趨勢和課題[3]；另一方面，以Simon、Do、Tversky等人的跨學科研究為基礎，以圖解的圖形結構和設計過程認知的科學解釋為目的，并以服務計算機視覺技術開發為后期重要發展指向。建筑學視角下，圖解作為圖形的內涵和屬性很少受到創造和使用它們的建筑師的關注，卻在信息可視化、認知心理學和符號學視角下得到持續和深入的研究。

2 圖解的圖形屬性研究

圖解對人類思維的作用機制主要體現在其作為圖形的屬性和內涵，不同科學領域的圖解有著若干相似的屬性，而建筑圖解的空間屬性是其區別于一般圖解的明顯特征，也是推動抽象思維和設計創新能力的重要特征[4]。具有多學科屬性的建筑圖解應該融入新的信息技術手段以增加有效信息量，并實現建筑空間系統的圖形化組織[5]。但是，圖解表達并非天然具有高效的信息處理和傳達能力，這一點非常重要，作為建筑的自然語言，應該與所表達的設計思想密切整合，因此建筑圖解的基本原則應該是簡單有效、清晰易懂[6]。Simon在為構建計算機信息處理系統進行基礎研究時，發現了圖解和語言文字的有趣差別，即語言表達是按時間順序組織和呈現信息，而圖解用二維空間來組織信息，用平面位置為信息建立索引，它允許將所有信息分組并同時呈現[7]。EYL Do和Gross通過廣泛對比不同類型的建筑圖解，認為建筑問題本質上是空間的，而建筑圖解最突出的特征在于其圖形要素和空間的相互關系，與建筑實體中的物理要素和空間關系具有強烈的對應性[8]（圖1）。某些條件下，建筑圖解不僅要表達空間實體元素，還要表達太陽能、風能，以及人、材料和水等要素的流動關系，其中的箭頭、線條等圖符要素傳達出大小和方向等空間特征信息，甚至最抽象的設計圖解都是在努力探索和解決空間布局及組合問題。拓撲、形狀、大小、位置和方向等各種圖形標識在建筑圖解中的使用，及其所傳達的意義，要比其他領域的圖解更為豐富多樣（圖2）。顯然，擁有空間信息是建筑圖解的基本特征，這在當前廣泛的建筑實踐中已形成明顯共識。

圖1路易斯·康在Goldberg House設計中，設計圖解包含的抽象圖形元素反映了建筑實體的空間特征

圖2 包含箭頭圖形元素的剖面圖解表達基于空間實體要素的水體分配及流動狀況

圖3 圖解的圖形元素及其語義要素舉例

圖4 “線狀”元素圖解表達時空轉換狀態下人行為 的動態信息

圖6 城鄉斷面圖Rural-to-Urban Transects表達城鄉空間過渡變化關系

圖5 桑基圖Sankey Diagram表達社區物質代謝的流向和流量

圖8 David Craib測量視覺傳達設計效果的視覺實驗方法

3 建筑圖解的要素、結構和類型研究

建筑設計研究和實踐運用多種形式的圖形符號，這是建筑圖解信息的基本構成要素，符號又以圖形為主要特征，不同圖形符號在建筑設計信息表達中有不同的內涵和認知意義，如“線條”表達變化趨勢、連接或離散關系，“箭頭”表明系統的運動路徑和次序，“圓圈”標示范圍和位置。對圖解中圖形符號要素進行提取分析，論證不同類型要素的適用范圍，并辨明圖形符號作為基本圖解構成元素的結構及其語義學意義，是理解設計信息傳遞和交流、有效提高設計過程及成果可讀性的關鍵。

3.1 圖解要素

符號學對圖解的圖形要素進行了深入研究，鑒于圖解與一般制圖有著類似的構成要素，一些學者也把圖解納入制圖的統一概念下進行研究。Dreyfuss系統梳理了不同領域的圖形符號，總結了包括圓形、線條、箭頭、十字交叉等具有概括和包容性的基本圖形符號，并將它們稱之為“有意義的圖形形式”，為后續圖解研究奠定了基礎。而后，基于Dreyfuss的研究，Tversky將圖解定義為由圖形元素組成、帶有語義學權重、用于傳達某種語境和特定概念的示意圖，她借助心理學試驗，闡釋并強調了圖解中包含的線條、箭頭、十字交叉線、圓圈和圖塊等不同特征的基礎圖形要素在不同語境下的語義信息（圖3），認為整個圖解的意義受圖形要素自身傳遞信息的能力制約，只有了解不同圖形符號及其組合方式的形式意義，才能準確再現和傳遞視覺信息[9]，并以“線”狀圖形為例，比較分析了其在記錄和傳達人在時空轉換狀態下行為活動動態信息的價值及優勢[10]（圖4）。Borisova從符號學角度剖析建筑圖解的發展演化歷史，認為在現有的建筑信息傳遞方式下，“建筑圖形”作為建筑設計的主要信息表達載體，應作為一種符號系統進行審視，通過當代建筑設計溝通過程特點的分析和建筑元素的比對，為符號學視角的建筑圖解研究提供了比較參考[11]。

3.2 圖解的結構和類型

圖7 DPG圖解解析法對圖解進行要素識別和關系推斷

與圖解的圖形要素深入研究相比，對于建筑圖解結構和類型的認識水平仍相當粗略。建筑學視角下，埃森曼從設計認知和過程操作的角度出發，將建筑圖解區分為解析設計成果和表達設計思想的“分析性圖解”，以及參與設計過程且啟發設計思維的“生成性圖解”，并強調了“生成性圖解”對隱藏在建筑設計背后的社會、美學、文化思想等內容表達的能動性[12]。Purcell等把包含抽象理念并與創造性思維相關的圖解稱為非結構化圖解，而把平、立、剖等規范性制圖視為結構化圖解，試圖揭示設計圖解作用于設計過程的規律性[13]（表1）。Clayton以樂譜為比照，將建筑圖形視為一個用于編排事物和思想的符號系統，把圖解分為模擬建筑圖解和數字建筑圖解兩大類[14]。Duli?仔細比較了圖解和草圖兩個建筑設計最常提及且容易混亂的概念，認為圖解是由符號組成的概念化圖形，以不確定的刻意抽象的圖形來近似地表示空間關系，而草圖則包含反復描畫的線，通常在確定位置、尺寸和形狀方面，比圖解包含更詳細的信息。即使是側重于信息整理和邏輯建構的圖解，傳統上并不認為屬于建筑圖解，但是隨著建筑設計需要考慮的因素增多，這類圖解開始越發頻繁地出現在設計表達中。周忠凱等關注了這一現象，并對桑基圖和城鄉斷面圖兩個典型的結構化建筑圖解類型進行了圖形結構分析（圖5～6），更多的圖解類型也得到了初步梳理[15-16]。

盡管建筑圖解的系統化構建和結構模式尚未得到充分研究，但為了將設計理念和意圖傳達給信息接受者，建筑師必須通過圖形語言有效描述設計的結構類型，并在可解釋的形式中表達抽象的設計邏輯，以提升圖解的視覺性能和信息傳達效能。

4 建筑圖解的信息傳達研究

以當前科學研究領域的熱點問題“信息可視化”來看，圖解借助視覺圖形這一重要載體和表現形式，實現對視覺信息的加工處理和有效傳達，其過程通常包括信息輸入、信息加工、信息輸出和效果評估等環節。然而在建筑學界作為研究熱點的圖解，設計內容的可視化過程往往伴隨著一定的藝術化再創作，帶有較強的主觀色彩，很多頗具美學價值且令人印象深刻的圖解，卻缺少必要的信息交流傳達屬性。成功的設計不應等同于審美直覺，圖解應是一種對抗浪漫美學的方法，通過構建有效的圖解工具系統，實現設計思維和信息傳達規范化的理念[17]。建筑設計的過程操作及成果表達要從信息可視化及視覺溝通的角度出發，與信息圖形設計充分關聯[18]。然而，應用于建筑設計輸入、推理、加工、輸出和評估過程的可視化工具及科學化方法仍然較為有限，而計算機圖形學、符號學等具備系統性圖形理論構架及信息可視化操作模式的學科，進行了有益嘗試并取得了一定成果（表2）。

4.1 圖解信息的推理和加工

相較于建筑設計過程的其他階段，設計前期分析包含大量的客觀信息，如環境類型、對象關系、空間距離等，需要借助理性圖解加以整理和直觀呈現，對于這一部分，慣常視野中的建筑圖解并不能提供足夠的養分，其他學科領域進行了有益的探索和嘗試。與信息可視化緊密關聯的計算機圖形學領域，近年來出現了基于信息可視化原理用于解決和優化圖解推理、信息傳遞和要素分析的研究。例如有學者運用幾何學思維解析圖解的方法，識別圖解中的視覺元素、提升文本信息和視覺數據的對應度及一致性[19]。Kembhavi運用計算機語言研究圖解解析和推理問題，引入圖解解析圖DPG分析法（Diagram Parse Graphs），建立包含5000余幅圖解的數據庫，對圖解的組成要素及要素關系進行編碼和句法分析，研究圖解的語義內涵和信息推理過程（圖7）[20]。

4.2 圖解信息的認知和讀取

需要注意的是，圖形信息傳達的有效性取決于信息認知和讀取兩個方面，在強調圖解創造者提升信息制作水準的同時，也要關注接受者對于信息的認知理解能力。Suwa和Tversky通過心理學分組對比實驗，進一步揭示了認知水平差異如何影響圖解信息的理解，相比于設計初學者，專家在讀取包含感性和抽象信息的設計草圖時，可以更有效地從圖解中提取重點內容和功能信息[21]。由于閱讀和解釋圖解受到人們的閱讀習慣和思維偏見影響，因此能否充分發揮圖解的信息傳達優點，更多依賴具備專業知識的信息接收者對圖解的成功閱讀和解釋[22]。項目設計理念的推動和傳播（即信息的傳達和交流），是由圖形信息的清晰程度所驅動的，并由圖形閱讀的效率所確定[23]。在實踐層面，Craib通過整合與視覺傳播有關的學科知識，研究旨在提高設計研究效果的視覺傳達設計標準和工具，然后將這些標準和工具應用于基于網絡和印刷制品的可視化演示實驗，以測量視覺傳達的設計效果及它們作為研究工具的可行性，強調了良好的認知設計對于圖形信息傳達效率和有效性的重要影響[24]。

4.3 圖解信息的評估及驗證

視覺圖形信息傳達是否有效，以及如何才能有效的問題，需要進行科學評價，其評價方法從早期基于經驗和感知的實驗驗證，發展到后期基于信息可視化理論和計算機圖形分析技術進行評價。一方面，設計行為主要與以圖形分析為代表的視覺抽象能力有關，圖形分析反映了人的視覺思維能力，而口頭分析則代表了觀察者的語言思維能力，Ulusoy在一項調查實驗中，要求參與者用圖解表達設計思路，并對設計進行口頭評價，通過比較圖解和口頭評價等內容，找出這些變量之間的相互作用關系[25]。華盛頓大學建筑學院的人工智能輔助設計團隊，針對圖解的圖形特征及其與建筑設計認知過程的互動規律，安排62個建筑學學生進行了依據故事繪制圖解、依據圖解講述故事的任務，研究結論表明在同一個專業人群中，口頭表述和圖解表達在意義傳達上具有高度的一致性，較少發生歧義[26]。另一方面，對于圖解和圖形的評價方法逐漸從早期基于經驗和感知的實驗驗證，發展到后期基于信息可視化理論和計算機圖形分析技術，形成了科學評價指標和量化評價體系。David Craib運用視覺實驗方法，采用 Floch及Greimas的符號學矩陣來評價參與心理實驗者對設計圖形的理解速度和深度，并引入信息可視化理論奠基人Tufte的10個設計原則，衡量圖形數據在可視化表達介質中的最佳呈現方式，同時結合Ware提出了“前注意線索”理論（Pre-attentive Cues）和即刻感知視覺信息的適當技術，構建了前注意指標標準，用以測量人們對于可視化信息的“即刻感知變化”[27]（圖8）。計算機圖形學和信息可視化技術對建筑圖解表現方式的發展和信息傳達效率的提升產生了重要影響。

圖形信息可視化及其傳達和評價機制在以建筑學為代表的設計學科中雖然還未得到規范性的科學驗證和系統總結，但計算機圖形學及符號學等相關學科已進行了大量的理論研究和科學實驗，積累了較多成果。通過適當的分析手段與建筑圖解的運行機制相融合，可以有效推動建筑圖解的信息加工、傳達的效果和效率。

表1 Purcell的圖解類型研究

表2 基于信息傳達過程的圖解分析方法舉例

結語

綜合相關學科對圖解研究的豐富成果，尤其以認知心理學的圖形屬性研究、符號學的圖形要素研究、信息可視化對信息傳達有效性的評價研究為代表，從信息傳達角度對圖解的圖形化研究所形成的基本共識和科學化分析方法，揭示了建筑圖解美學表現背后的科學規律，對建筑學視角下建筑圖解的研究、認知和運用有重要啟示意義。

傳統模式下作為建筑師溝通交流主要媒介的平面媒體和二維數字媒介，正面臨數字交互技術的全面介入，可以預計建筑圖解的未來發展將會呈現多元復合化和信息智能化的趨勢特征。因此建筑圖解研究將更加注重多學科間的交叉融合和相互借鑒，借助符號學、認知心理學和信息可視化等學科的系統性分析方法和科學性研究手段，辨析建筑圖解作為圖形的幾何特征、符號學結構及語義學意義在信息構建和傳達中的互動作用機理，以明確建筑圖解的認知規律和應用特點，這也是對建筑圖解作為信息圖形的本源回歸。此外，建筑圖解的研究工作在注重其實踐性和應用化的同時，應形成一種理性分析方法，進一步拓展并與數字化研究和可視化技術相整合，以便為建筑設計概念構思、過程推動及成果表達的發展提供全新的技術視角。這也是當今全球化和數字化的時代背景下，利于建筑圖解自身進化，并關乎建筑圖形語言系統的完善、建筑學專業核心表達技術的發展及設計工作的成效。

資料來源：

圖1：引自參考文獻[8]；

圖3：引自參考文獻[9]；

圖4：引自KESSELL, Angela M.; TVERSKY, Barbara.Cognitive methods for visualizing space, time, and agents.In: International Conference on Theory and Application of Diagrams.Springer, Berlin, Heidelberg, 2008.p.382-384, 由作者改繪；

圖5：引自https://www.cyclifier.org/project/flintenbreite-neighborhood，由作者改繪；

圖6: 引自SmartCode精明準則，https://www.dpz.com/Initiatives/SmartCode，由作者改繪；

文中其余圖表為作者自繪。