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摘要:本次设计尝试引入数字化的设计方法,编写图形的生成脚本。当代入有效的参数后,生成一系列的图形组,从中挑选有建构可能的图样进行发展。整个设计过程重复的进行人机的交互,发挥各自优势,带来一种从设计起点就更注重逻辑与关联的设计过程。...
 
 
西安建筑科技大学建筑艺术中心(二)
 
(西安建筑科技大学  建筑学专业  李伟光毕业设计  2010年)
 
西安建筑科技大学建筑艺术中心效果图
 
数字化建筑设计探索   
    信息时代,数字化技术已经广泛的渗透到了设计界的各个领域,在建筑设计领域的应用已经从最早的计算机辅助演变到模拟的人工智能的,以预算法的数字化设计阶段。这是继现代主义运动,又一次基于技术更新的设计革命。目前,西方学术界比较盛行的观点之一是我们正处于一个非标准化的多元世界,也就是个性化的设计时代。
 
    纵观人类技术的演变,总是以能否提高生产效率为最终目的,即以相对少的时间、物质和人力投入,创造出更多的成果。每一次技术的革新,在和社会需求产生碰撞后,都能带来一次效率的飞跃。数字化设计也不例外,它不但能够解决很多以前无法实现的实际想法,而且还能提高已有建筑设计体系的效率。数字化设计的核心是把设计的限制条件,通过相关数字化脚本,与设计的形式输出之间建立参数关系,生成可以灵活控制的计算机模型。在这个过程中,通过类似mapping&diagram的技法(图晰与图解),将非形式的信息记录并转化为图形信息,以此作为建筑设计的依据。
    
数字化设计在当代建筑设计中的高效体现
    数字化设计不仅能让建筑师控制以前无法实现的复杂形式,更重要的是它能提高已有建筑设计的效率。在这个多元化的时代,如何能够创新成为一个事务所能否生存的关键。如果依然沿袭旧的古板的设计技术和技能以及相关的策略和方法,无论如何总是在一个圈中徘徊。在技术,技能上没有创新的大多数建筑实践单位,都很容易陷入创造类型的重复中。主观先入为主的因素越多,设计预加的限制就越大,创新的气味就越淡。这里的创新指的是提高建筑的使用效率。
 
    复杂的形式往往源于方案的复杂文脉,比如交织共生的功能,四通八达的流线、环境能量的有机响应。数字化在处理复杂形式时,通过自己设定形式输入和输出之间的参数关系,为设计师提供一个精确控制模型的平台。使设计从视觉直观走向量化理性的经济可行。
 
    选择方案是每个项目都不可避免的,是方案优化的需要。在主流经典设计方法中,建筑师总会主观按照不同的可选前提单独处理每一个选择方案。之后,还要花很大精力做筛选。
 
    然而在数字化设计中,选择方案的数目不依赖于设计时间,只要建立了参数化模型,做出10个选择方案的时间和做出1000个的时间相差无几。另一方面,建筑师在建模的时候完全可以不用浪费时间顾虑当前的形式是否如意,只需关注输入与输出之间的参数关系。一个模型的完成。就意味着一个系列的产生。在设计过程中斟酌形式这个环节被省略掉了。
 
    如果说生成选择方案是形式在某一时间点的多样化展开,那么调整既定方案就是形式在时间轴上的延续展开。随着方案的不断深入,可预料和不可预料的改动,对方案推进速度的影响极大。有时候这种改动是毁灭性的。就还比方案都上板了,突然发现一草时候的总体尺寸错了。这种改动,在以前意味着你要一丝不落得重演之前的所有作图行为,而现在,只要形式的内在逻辑关系没变,数字化设计就可以让你游刃有余的往返“过去”与“
现在”之间。
 
    我们所说的数字化设计,是一种运算法则,一种形态之间的联系规则。基于运算法则的形态是客观生成的,因为它的形式输出取决于运算法则的制定和带入的参数,而非个人的主观偏好或视觉经验。然而,数字化设计也并不排斥主观的能动性。因为运算法则的制定,从中衍生出结果的筛选,仍然需要人主观的筛选。尤其是规则的制定,编织数字与图形的对应关系与输出方式,是非常依赖人的经验,知识,天赋的作用。
 
数字化设计在不同设计阶段的角色
    在理解了数字化设计如何使建筑师提高建筑设计的效率后,我们可以把数字化设计的不同方案阶段的任务作一个小结。
 
    可行性研究阶段,数字化设计的任务是根据设计任务书,设定需要解决的设计问题,拟定可以解决问题的设计技法,并确定最适宜的软件平台。在这一阶段,设计师建立数据与图形的联系,引用已有的脚本或编写新的输出脚本。
 
    概念设计阶段,数字化设计的工作是在实验不同选择的基础上确定最终的技法。与此同时,通过调整参数,证明模型的可操作性,并生成一系列的选择方案,汇编整理。
 
    初步设计阶段,需要得到业主和其他所有相关工种的反馈,审核参数的设置是否可以响应未来可能的变化,同时根据反馈信息调整参数化模型的输入变量,分析和评估形式的输出。
 
    扩初设计阶段,要在上个阶段评估选择方案的基础上,确定最终的形式大样。开始到处建筑的二维图纸,供其它协作单位配合设计,以及物料数据以供工程预算之用。大形确定之后,可以在模型上发展细部设计,保持和相关技术人员的交流互动。另外一个重要的工作是及时发现和更正模型中不交圈的问题,同时更新二维图纸。
 
    施工图阶段的主要任务是,从确定的参数化模型中导出所有技术之图,配合其他协作单位完成各种相关的专业任务。
 
    施工阶段,数字化模型设计人员主要是对承包商和制造商的模型、图纸审核,确保他们的信息数据和参数化模型导出的信息协调一致。并对于生产制造中的不可预料的实际问题,做出相应的数据调整和数据更新。

 

数字化设计在本设计中的实际应用
    在这次设计中,由于时间有限以及掌握的资源有限,我们尝试在数字化设计中以尽量少的参数与元素,以一种简单的生成运算法则来编织建筑,看能否在这种低限度的参数设计方法下能否形成丰富的建筑结果。
 
    在小组的讨论和与指导老师的参与下,我们制定了一个简单的脚本----圆形。从相切园的母体出发,根据几何学中,两个给定的圆可以确定一个给定半径的与之相切的唯一圆。例如已有圆1、2,他们分别给定了半径7米和10米,然后可以做出一个确定了半径8米的圆与之相切。得到的圆编号3。再以2、3圆为依据,可以得到半径为12米的圆4,与2、3 圆相切,如此可以一直繁衍生成下去。这其中,预先给定了比如20个圆的半径数值,在每次半径的选取中,让计算机随机抽取。这样就完成了一个简单脚本的编写。
 
                        
           
    在这个过程中,我们与一个计算机专业的研究生合作,由我们来提出脚本的法则,而他将这种法则编写成了一个运作的计算机程序。完成以后,我们只要每运算一次,就可以得到一组在脚本法则下形成的相切圆形图样。
 
    如图所是,我们设定了一组圆半径的数据,然后交由程序自动生成,得到这样的图形。在反复输入圆半径的参数后我们得到了20组类似的图形,再从中挑选出了有建构可能的图形,来进一步深入。选中一簇原型,再用所给基地的红线以及已有建筑的轮廓进行限定,去掉超出边界的圆形,最终得到相切圆图形的一个有效的片断,作为建筑发展母题。
   

     在确定了基本图样之后,我尝试将其进一步发展成为可操作的建筑。这时就要在图形的基础上确定一个可行的建构方式。我所选择的方式是,将得到的相切圆形图案当作建筑的平面楼板,柱子通过圆心,连接层层的楼板。而各层的平面通过随机的选择,每层都在边缘处去掉若干的圆形,最终形成表面成波浪状的建筑外形。由于相切的各个圆的半径并不形同,导致柱子间的距离也参差不齐。再加上各层边界变化的平面,形成了异常丰富的立面及内部空间效果。
 
    进行到这一阶段,我不禁赞叹与这一设计方法的强大。通过简单的规则,简单的图形母题,就可以产生巨大的复杂性与模糊性。
 
    在有了母题和基本的建构方式之后,设计就有了深入下去的基础。而之后的深入设计,我也是中贯穿着对生成法则和其对应图形的遵从。
 
    建构方式往下发展,就到了如何用现有的科技手段将概念性的建构模式呈现出来。我所采取的策略是:从圆形的边界形成曲型的图样,并作为楼板。然后从各个圆心出发做梁并一直延伸至边界。这样就形成了圆心到圆心的柱网。由于有的圆形半径较大,导致梁的跨度过大,因此我对于跨度较大的梁再进行分型。取三角形的各边中点再连线形成新的梁。如此便形成了具有足够密度的空间网架。
 
   之后为了增强其整体性,再用上下两次钢板将梁夹在中间 ,焊接在一起。形成有足够强度的刚性楼板。柱子仅仅作为一种支撑,从楼板中穿过。这种方式既保证了跨度的安全,也解决了平面边缘挑出过多的问题。
 
    解决了建构方式的问题。就到了如何发展规则来生成各层平面的问题。作为建筑艺术中心,必然对建筑的公共性有很高要求。建筑需要以一种非常亲和与开放的姿态出现。因此建筑的底层架空,形成一个巨大的,不设过多限制的开放空间。一层里主要的功能是展示空间,交流空间,报告厅以及配套的服务。尤其是展示用的展板,也成为了一种建筑空间的限定手段,需要特别的设计。
 
    在这里。我在原有生成法则的基础上,发展出一个子系统。原先是圆圆相切的体系,而作为一层四处立柱的负空间,展板应当躲过柱子自成一体。所以我将原有的穿过圆心的柱子作为圆心。以过三点确定一个圆为法则生成。这样同样得到了一组由若干相离或相交的圆形成的图形。再制定筛选的法则,即半径过大或过小的圆和超出原有边界的圆形都会被删掉,这样就想成了展板的位置。
 
    正是贯彻了参数密切关联的法则。由一套参数来反复衍生图形,使设计不管进行到哪一步,都和原先的数据有着密不可分的联系。也使设计在每一步都可以找到进行下去的依据。
 
    二层平面的房间分布也以圆形为主。将母本的圆行按需要进行同圆心的偏移。形成原型的房间平面,同时留有人通过的足够距离。更重要的是,圆形的负型作为交通空间,充满着各种可能性。窄的地方仅仅作为过道,而较宽松的地方可以作为既能通过,也能驻足进行小范围交流的宜人场所。在更开阔的区域,则成为开放性的工作场,布置桌椅,形成大型自习室。在这种情形下,这种建筑空间类型显得更由潜力。不管以后建筑的实际功能如何变化,建筑空间都为这种不可预期的变化留有足够的余地。
 
    二层以上都延续了这种生成方式。第四层作了屋顶绿化,有效的降低建筑表面的温度,同是与建筑基地旁的绿化有效的对接。屋顶的圆形树池是从原有母题中截取而来。
 
    还有外环境的设计,也是从原先基本的圆形中,筛选出多个圆形,形成了外环境的空间结构。至此,以数字化、参数化指导进行的设计主体结束。整个过程贯穿着清晰的逻辑和可操作性。在头脑中未有建筑的形象前,大量的工作在于制定生成下去的法则,最终得到了令人惊喜的,充满丰富性与复杂性的设计结果。这种结果大大超出了人脑的空间想象能力,而显得充满创造力。考虑到我们仅仅建立了一个最最简单的法则,就产生了异常精彩的结果,这种基于脚本与法则的设计方法无疑具有无限的潜力。
 
 
 
(本文来源:陕西省土木建筑学会  文径网络:文径 尹维维 编辑  刘真 审核)
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