參數化視角下的建筑地域化表達

徐建勤 中國建筑設計研究院有限公司中級建筑師

蒯 鼎 昆明理工大學建筑與城市規劃學院建筑學碩士在讀

隨著全球化進程的推進，各個國家的建筑設計師都越來越意識到地域化的重要性，并有不少都在材料、構造、空間意向以及文化等多個方面進行了嘗試，建筑的地域化表達已經是一個非常重要的設計需求。與此同時，一部分先鋒設計師意識到參數化技術對于設計帶來的無限可能和對施工建造的強大輔助，開始嘗試在本土文化語境下利用參數化技術進行創作，從而創造出既能夠保留民族個性、傳統建筑文化特色，又能彰顯新技術、新發展的建筑設計方法。

1 參數化技術概述

1.1 參數化技術的基本概念

20 世紀80 年代以來，計算機技術不斷發展，建筑師也開始引入計算機技術進入建筑行業，而參數化技術最早誕生在工業設計領域，后被引入建筑設計。與普通的計算機技術代替手工繪圖不同，參數化技術的特點在于把建筑設計過程中的眾多要素盡可能通過計算機轉變成某個函數或某個變量，并在彼此之間建立關聯，通過調整變量來生成不同的設計方案。目前的參數化設計在實踐領域主要是作為一個強大的工具輔助建筑師進行設計，幫助設計師解決設計中各種各樣的問題，尤其是傳統建筑設計方法中很難處理的復雜問題，借由參數化設計可以很容易處理[1]。扎哈事務所合伙人舒馬赫更是在眾多實踐設計的基礎上提出了“參數化主義”的概念，指出其最明顯的外在特征是復雜與動態的曲線特性，并以連續的、差異化的構件進行排列變換，強化視覺效果。

1.2 參數化技術發展現狀

目前，參數化技術在建筑界內已經廣泛使用，國內高校的研究也已持續多年，越來越多的復雜建筑都是借助參數化技術才得以順利實施。但大多數的設計都僅僅為了利用參數化技術實現夸張、新穎甚至奇怪的造型，流于形式主義，而且缺乏與我國本土文化及地域特色的結合，以至于造就了一個又一個城市里的龐然大物，與周邊格格不入，缺少交融。這也造成了很多人對參數化設計的錯誤印象，簡單直接地將參數化設計與異形畫上了等號。而同時，建筑的地域化表達、傳統文化的傳承需求又愈發強烈，但大多數的設計都是在現代主義框架下，沒有突破，參數化設計的獨特視角為建筑設計拓展了思路，讓設計師可以嘗試更多的可能。

2 參數化技術視角下建筑的地域化應用思路

每個國家地區都必然有著其獨特的地域文化，如何運用參數化技術結合這些地域文化來創作富有地域特色的建筑成為很多先鋒建筑師研究的課題，下面筆者將通過總結一些案例來探討如何運用參數化技術創作富有地域特色的建筑設計。

2.1 參數化技術與傳統文化融合

不同的國家和地區由于各種客觀因素的不同，其文化也會截然不同，而這些文化中必然有其特有的圖騰，像中國的吉祥圖案、日本的友禪圖案、非洲的蠟防印圖案、英國的莫里斯圖案等。許多設計師可以通過尋找當地文化中最具特色的圖騰，進行結構重組，來回應建筑對文化的呈現和承載。在讓·努維爾設計阿布扎比盧浮宮時，他從阿拉伯傳統建筑文化中尋找靈感。由于伊斯蘭教宗教信仰的相關規定，不能有與動物、人物有關的藝術形象，因此誕生了由獨特幾何圖案構成的圖案藝術，即幾何紋飾。常見的10 種阿拉伯圖案如圖1 所示。

圖1 常見的10 種阿拉伯圖案

讓·努維爾就從其中提取了八邊形的圖案作為單元進行重復陣列，形成不同密度和旋轉角度的4 種基礎圖案。將這4種紋理在鋼結構上下各布置重疊的4 層，使得光線射入經過8 個層次的過濾，形成斑駁的光影，既減少了內部的光照，又回應了當地的歷史文化，形成了令人耳目一新的視覺效果，同時也給眾多設計師一個啟發。傳統文化的傳承并不一定要使用傳統材料，同時也要考慮如何發展變化。阿布扎比盧浮宮的生成邏輯如圖2 所示。

圖2 阿布扎比盧浮宮生成邏輯組圖

而坂茂在設計法國蓬皮杜藝術中心梅斯分館（圖3）時，則是從一頂傳統編織草帽中獲取靈感。坂茂設計了一個巨型且構造復雜的木結構編織屋頂，其編織肌理同傳統編織物草帽一樣為六邊形圖案，并且采用相似的方式讓不同方向的木構件彼此穿插疊加在一起，在通過參數化技術，設計師可以在計算機中建立好詳細的高精度三維模型，然后輔助施工。

圖3 蓬皮杜藝術中心梅斯分館組圖

2.2 參數化技術與傳統材料融合

傳統材料有著極為厚重的文化內涵，非常適合用于進行建筑地域化的表達。由于其力學性能遠不如混凝土等現代材料，所以使用越來越偏向于表皮屬性，建造工藝也因此發生了巨大的轉變，由常見的砌筑搭建轉變為編織，而新的工藝和建造方法，尤其是參數化技術的使用，將賦予它們更多的活力。

2.2.1 運用參數化技術將傳統材料重構

Behet Bondzio Lin Architects 設計的明斯特紡織協會行政樓采用6 種定制規格的紅磚，營造出漸變的視覺效果。整個墻面由于不同紅磚凸起高度的不同，隨著光影產生豐富動人的變化，從而模擬當地貝多芬雕像蓋在腿上圍巾的感覺（圖4）。

圖4 明斯特紡織協會行政樓組圖

dEEP Architects 設計的鳳凰谷山頂藝術館（圖5）從“勢”這一概念出發，根據山勢和谷勢的交匯，依山就勢，生成了一個復雜雙曲面造型，而為了更加呼應中國傳統文化，屋頂選擇了鋪設筒瓦。由于在復雜雙曲面上鋪設瓦非常困難，因此設計師利用參數化技術在計算機中模擬了多種情況，并將曲面優化成了直紋面，使得每一根縱向梁和掛瓦條都是直線，從而大大降低了施工難度，只需要按照規則在施工時沿著事先繪制好的直線掛瓦條進行鋪設即可。

圖5 鳳凰谷山頂藝術館組圖

而創盟國際設計的池社在建筑外圍采用了青磚這一傳統材料與老建筑相協調，且入口位置處凸起形成的褶皺肌理讓建筑立面更添了份現代感，可以說是用傳統的材料表達了現代的張力。這一立面效果很明顯是普通砌筑手法無法實現的，設計師使用了專門的機械臂砌筑工藝，實現了現場真實建造的數字化施工，將傳統的青磚和現代的機械臂相結合（圖6），使得砌筑這一古老建構方式煥發了新的生機，適應了新時代的要求[2]。

圖6 池社組圖

2.2.2 運用參數化技術將數學幾何概念與傳統材料融合運用

由于計算機技術的發展，設計師可以嘗試將抽象的數學概念引入建筑設計，如拓撲學則是近代發展起來的一個數學分支，是研究幾何圖形或空間在連續改變形狀后，還能保持不變性質的學科[3]。一個典型的拓撲學例子就是莫比烏斯曲面，北京鳳凰傳媒中心的造型靈感就是取自莫比烏斯環。

由創盟國際設計的竹里（圖7）通過參數模擬無限符號“∞”的拓撲找形來生成建筑屋頂的基本形式，而無限符號“∞”在平面上呈現出的兩個圓，也使得整個建筑最大化地利用了場地，創造了一個具有連續性、延展性的空間，互相盤旋的屋頂讓整個建筑空間更加有層次[4]。環繞的空間大大增加了空間的長度，有曲徑通幽的神秘感，更好地融合了當地的地域文化。

圖7 竹里

2.2.3 運用算法對傳統空間材料進行模擬優化

借助參數化技術，設計師已經能夠在設計前期借助各種算法，對各種復雜現象進行研究模擬，以輔助方案推敲設計，如利用優化算法進行最優空間布局或者最優路徑規劃；或者利用人流算法模擬現有人流從而輔助空間規劃；利用性能算法進行空間舒適度優化；利用螞蟻算法集群算法等進行造型模擬創作設計；方案前期利用有限元分析軟件進行建筑找形。這些目前還多處于理論階段，基本沒有實際應用，但是給設計師進行創作的時候提供了更多的方向，能夠讓設計師從以往不可能的方向介入設計[5]。

利用傳統材料進行建造的時候，除了造型上可以利用參數化技術進行輔助設計外，還可以利用相關的力學插件來進行受力模擬或力學找形。這一點單憑建筑師手工建模無法做到，而在很多時候又很必要，現在大部分都交由結構設計師，設計師利用參數化技術在設計階段就可以進行一定程度的找形以及優化，最終提高設計效率。

沒有計算機技術或者計算機技術不發達的年代，設計師們都是借助手工模型來進行力學特性的模擬或者單單依靠設計者的經驗。Sameep Padora& Associates 在設計印度沙爾達中學的Maya Somaiya 圖書館時，就借助蘇黎世聯邦理工學院Block Research Group 開發的Rhino Vault 軟件來為項目構建純粹的承壓結構形式，從而使得項目能夠使用磚這一傳統材料，并且發揮其受壓能力的優勢。也通過參數化技術的輔助，大大提高了施工效率，最大限度利用了材料性能。

3 結語

通過上述實例的分析可以發現，越來越多的設計師和項目在使用參數化技術進行地域化設計的創作。由于參數化技術的介入，建筑師得以用全新的視角和理念來創作設計。創作屬于新時代的建筑設計，雖然傳統材料承載著豐富的歷史文化內涵，但是并不代表進行建筑設計創作的時候，為了表達傳統文化，就一定要使用傳統材料。重要的是文化的傳承，而傳承本身可以有很多種形式。即便是利用現代的建筑材料，也可以很好地與傳統文化相結合。一來可以使用現代技術提高傳統建筑材料的各項性能。中國傳統文化向來是重意不重形，講究以形寫意。傳統材料在當代建筑設計中的傳承發展并不一定要禁錮在使用傳統材料本身，也可以是繼承其形態、質感或精神。傳統的繼承一定是辯證發展的，不是固定不變的，而參數化技術正是提供給設計師這樣一個新思路新方向，值得設計師們去不斷嘗試。