參數化非線性公共建筑空間設計

郭艷云，黃宇申

（廣州番禺職業技術學院，廣東 廣州 511483）

1 參數化及非線性設計

參數化設計就是參變量化設計，也就是把設計參變量化。首先把影響建筑的主要因素作為參變量，然后通過規則系統（即算法）作為指令來改變其他參數，當在計算機語言環境中輸入參變量數據信息，同時執行算法指令時，就可實現生形目標，得到建筑方案雛形[1]?！胺蔷€性”即不是“線性”的，所謂線性，指兩個變量之間可用直角坐標系中一段直線表示的一種關系[2]。

2 建筑原型生成過程

2.1 煙霧擴散動態過程

項目位于廣州番禺職業技術學院青山湖旁，設計靈感來源于煙霧。首先對煙霧擴散時間過程進行拍攝，拍攝結果如圖1所示，記錄出不同時間點煙霧呈現的形態?？捎^察煙霧在不同時間點呈現形態不一，且都有其內在結構形態。為進一步了解其內部結構情況使用CINEMA4D來對某時間段的煙擴散過程進行模擬內部粒子活動過程，從擴散動態過程中可看出內部有很清晰且穩定的結構支撐，而不是雜亂無章的走序，將根據模擬出來的煙霧粒子分布形態，提取其中關鍵幀或某個形態用來深入分析。

圖1 煙霧拍攝（圖片來源：網絡）

2.2 點云粒子分析

在提煉出來的C4D模擬系統中的點云粒子系統分布顯示如圖2所示，不同時間段的粒子密集程度來觀察出集中點和分散點，挑選3s和5.2s的時候這個型是相對最穩定且分布也是最有層次的，將這兩個點云粒子圖作為建筑原型進行進一步拓展。

圖2 點云粒子分析

2.3 粒子系統找出建筑空間動線

對選取的T=2.55s和T=4.65s的粒子分析圖使用Grasshopper的最短路徑，得出基礎形態和空間走向的路徑線如圖3所示，然后提取空間主要動線為空間動線及建筑形態走向，從得出的路徑線可以初步推算出空間的聚合及分隔。在原有的空間動線的基礎上運用Geomagic Studio逆向工程封面來找出建筑外殼形體，在這個過程中GS會根據之前的空間進行優化并得出建筑雛形，如圖4所示。

圖3 建筑動線

圖4 建筑外殼形體

3 技術路線

根據建筑位置環境分析太陽運行軌跡并計算出1d內的受光時長及溫度，選址于廣州屬于南亞熱帶季風性海洋氣候，夏季時段超過6個月。通過用Ghrasshopper設定好建筑地區位置計算得出建筑光照就9月9—15時的日照時長及太陽方位圖，從圖6中可得出最高氣溫可達到25.5℃，其最低溫度都保持在23.2℃以上。同時從建筑照射時長圖可得最長光照時長為5~6h其面積均處于建筑受光面最高處，其次是3~4h受光時長處于較分散區域面積多在最長照射區域附近，其中從立面視圖可得出建筑最大照射時長為0~2.4h的區域是最大的，如圖5所示。

圖5 建筑區域溫度模擬

對建筑表皮照射時長圖中再進一步通過計算建筑表面體積及體積中心并根據重心體積慣性力能數據分析出建筑表皮的部位的開口形狀。同時還會根據建筑光照時長來確定建筑表皮上開口的疏密及大小間距，在藍色區域間距相對較大，保證充足的通風，在黃色區域光照照射時長較長表皮都處于封閉狀態或少量開口，這樣才能更好地避免建筑長時間被日光照射，最終通過計算機生成的建筑表皮結果如圖6所示，在通過GH優化表皮結構，最終得出建筑效果如圖7所示。

圖6 建筑表面日照時長分析

圖7 建筑造型效果

4 結語

參數化設計過程中的規則系統及描述規則的語言、軟件參數模型、參變量，以及生成的形體都是顯形可見的，與建筑師傳統的設計過程相比，再也不是人腦黑箱生成的不可見過程，相反，它是邏輯化可控的科學設計過程。