編織形態建筑參數化表皮設計研究

申帥兵， 龐春美

（華藍設計（集團）有限公司）

1 編織形態建筑表皮特點

編織形態建筑表皮設計原型一般來源于日常生活中的編織紋樣，如竹編，織物編織等。特點是將傳統的編織紋樣具象化處理，結合建筑材料以及結構受力特性，形成符合建筑使用要求的裝飾或受力表皮。除了美學以及地域特色的文化表達外，還可以結合建筑的采光、通風等要求達到特定的效果。

2 編織形態研究—以竹編織為例

2.1 竹編織基本形態

竹編作為常見的編織，制作原理是通過挑壓不同數量的經緯篾條形成不同的編織圖案，篾條的數量、寬度、間隙的改變帶來感觀上的千變萬化。竹編工藝在我國有著極大的實用價值，且種類繁多、歷史悠久，具有深厚的文化底蘊。全國竹編的形態據不完全統計有180 多種，而且還在不斷更新迭代發展中。傳統的竹編織形態主要有十字紋編、人字紋編、三角形編、六角形編、圓口編、菊底編、收口編等。

通過對竹編織紋理進行研究學習，并了解竹編制作的基本原理后，我們可以將常見的編織形態歸類為四種基本形態：十字紋編、人字紋編、三角形編、六角形編（見圖1）。通過調整影響編織紋樣的變量如篾條寬度、間距等，四種基本形態通過變化組合即可形成十分豐富的編織品類。

圖1 竹編基本形態

2.2 參數化還原十字編織（挑一壓一）

挑一壓一竹編法是篾條相間排列，隔一條編篾壓一條徑篾，徑篾與編篾做垂直交叉，多根篾條做一壓一挑十字編織（見圖2）。

圖2 參數化還原十字紋編織成果

①在Rhino中建立曲面并拾取到Grasshopper的Surface電池節點中；

②運用Isotrim 電池搭配Divide Domain2電池將曲面按照UV 方向分割為大小相同的網格，分割的UV數值對應網格數量，而網格數量則決定了橫豎竹編篾條的基本數量；

③Area 電池可以提取每一格矩形網格的中心點，并按照橫向和豎向兩組分別進行分組排列，橫向使用Dispatch電池進行分組，豎向需要在Dispatch電池前添加Flip Matrix電池調轉點的排列方向后再進行分組，間隔篩選出需要的點并使其向Z 軸移動波峰波谷來得到高低起伏的效果，使用Weave及Interpolate電池進行連接形成起伏的結構線；

④得到結構線之后就可以將其使用Extrude 電池擠出成面，賦予一個數值來實現調節竹編篾條的寬度及厚度尺寸。最后運用Custom Preview電池可以給對應的結構體賦予材質。

3 建筑表皮的編織形態

我們通過大量的類編織的建筑表皮案例的分析，研究表皮的形態、肌理等表現特征，從客觀的表現特征和主觀的認識感知，分析總結出編織類建筑表皮的分類，本文將其分為三大類六小類表皮形態，以此將此類型的建筑表皮更好的與編織形態進行聯系結合[1]。

3.1 格柵表皮

形態特征：有強烈的序列感和方向感，往往強調某一方向排列達到主次分明的效果。

縱向格柵：強調豎向肌理，通過豎向的構件有序的排列形成韻律肌理，通常利用竹木的天然特質，營造自然寧靜的氣息，引起觀賞者精神上的共鳴，凸顯地域文化特征，同時有著良好的采光和通風等物理性能。縱向格柵通常主要強調豎向的線條感，橫向線條起輔助襯托或者支撐的作用。

橫向格柵：強調水平的延展和體塊的舒展感，可以是直線也可以是弧線，與縱向相反，橫向格柵主要凸顯橫向的線條感，豎向線條起輔助襯托或者支撐的作用。

3.2 格構表皮

形態特征：通過不同材質線條不同方向的交織搭接形成網格，網格形態變化豐富，有三角形、菱形、多邊形等等，肌理上通過交錯的圖案網格形成平面或曲面的韻律感和構成感。

平面格構：平面格構往往呈現在一個基本平整的平面上，平面的彎曲率變化很小或者沒有曲率，通過格構的單元形態組合變化呈現豐富的光影變化。

曲面格構：曲面格構顧名思義與平面曲率明顯區別在于格構的平面有彎曲的變化，通過調整格構形態和曲率變化，呈現比較現代化、飄逸輕盈的表皮造型。

3.3 構成表皮

形態特征：通過直接賦予圖案或者采光洞口形成具有平面構成類的特殊效果。

圖形構成：圖形構成往往會結合參數化技術，將圖形轉化為構成的表達方式結合立面材質變化，形成圖形在立面上的映射效果，圖形可以是具象的也可以是抽象表達。

滲透構成：滲透的原理是在表皮上進行孔洞排列，孔洞的形狀多種多樣，有簡單的圓形方形，也有復雜的多邊形，結合參數化技術對孔洞進行編序排列，這種方法通過在表皮上做減法達到比較美觀實用通透的表皮效果。

以上三大類六小類表皮既是常規設計中常見的表皮形態，又可以利用參數化技術，利用編織的原理進行還原，將類編織表皮進行歸類后，方便表皮設計選型與編織更好地結合。

4 編織類表皮參數化生成

4.1 參數化建模原理和步驟

現階段參數化表皮的建模原理（見圖3），通常是根據方案的表皮設計理念，確定想要表達的表皮形態和意向。然后運用參數化的邏輯將抽象的概念具象化處理，梳理好生成表皮的規則算法邏輯[2]，規則和算法再進一步細化成各類參數，將這些參數用數學原理聯系起來，初步形成想要表達的表皮結果，再根據實際效果反饋優化規則算法和參數，最終形成表皮方案。

圖3 參數化表皮建模原理

通過對建模原理的理解，我們策劃出參數化建模三大步驟：劃分全局網格、設計模塊形式、設定變化原則。

劃分全局網格：大部分編織類表皮是由大量相似但又不同的網格劃分作為基礎，所以，參數化表皮設計的第一步就是從全局出發劃分建筑表皮的網格形式，網格種類有三角形、矩形、菱形、六邊形以及一些異型網格，網格劃分在建模的時候可以直接在曲面上劃分，也可以用平面網格擬合建筑形體。

設計模塊形式：單元模塊是表皮某一個網格或某一組網格的表現形式，模塊的形式決定整個表皮基本表現手法，是決定建筑表皮表達內容的基礎。

設定變化原則：變化原則是影響單元模塊產生連續變化的主要因素，經過劃分全局網格和設計模塊形式之后，基本具有參數化表皮的雛形，如果加強表現效果，我們需要進一步設定變化原則，將這些網格模塊去映射設定的變化原則，達到豐富多樣的表達效果。影響變化原則的因素很多，有外部環境如歷史文脈、自然環境，有自身影響如建筑形象和建筑技術，可以將這些影響因素抽離成具體的參數因子形成變化原則。

4.2 項目應用

該項目位于貴港市覃塘區，項目包含了酒店、商業、康養、研學等多種業態的建筑類型，編織表皮設計應用于酒店（見圖4）項目的二層裙房立面，表皮設計理念結合廣西地域六角紋編織和足球多邊形元素后提取六邊形作為表皮基本模塊。

圖4 九凌湖足球訓練基地酒店效果圖

1）劃分全局網格

在Rhino中建立所需的光滑表皮模型，并拾取到GH中，使用Hexagon Cells電池將曲面進行UV方向的劃分，保證UV 滿足一定的比例[3]，通過調節輸入UV的數值，即可控制劃分的六邊形網格的數量。

2）設計模塊形式

提取每一個六邊形的中心點，根據每一個中心點的位置，使用Polygon 電池在中心點處生成多邊形，且多邊形的尺寸大小需比初始的六邊形的尺寸要小。調節Polygon 電池內的Segments 的參數，可增加或減少多邊形的邊數量；提取出六邊形以及生成多邊形的邊，使用Ruled surface 電池將邊進行橋接，根據需求調整相應數值，即可得出需要的單元形態；根據不同的編號提取出六邊形元素的邊，使用Rotate Axis 電池將所有元素沿線段方向進行旋轉，旋轉角度可根據需求任意調節，即可得到單元沿軸旋轉的效果。

3）設定變化原則

在從Rhino 建立的表皮拾取入GH 的基礎表皮上，建立具有一定函數圖像規律的一條曲線；添加Pull Point電池得到每個六邊形的中心點到曲線的距離，將該距離重縮放并使用該距離數值作為六邊形的縮放數值，應用規則為距離曲線越近則縮放數值越大，反之距離越遠縮放越小。

5 結語

通過研究編織基本形態和類編織的建筑表皮形態，將他們進行歸類總結，同時學習認識地域特色元素，結合參數化建模原理和建模步驟，共同形成一套具有地域特色的編織形態建筑參數化設計邏輯，希望以此指導實際項目的方案設計過程，達到既高效又美觀的目的。