基于参数化的建筑设计研究

基于参数化的建筑设计研究
摘要：近几年，“参数化设计”在国内建筑设计界被广泛提及，它是一种利用计算机编程进行设计的方法。

因其在建筑设计领域产生的耀眼设计成果而受到许多建筑师的追捧与模仿。

本文将对这种简要介绍这种方法并对其特点进行分析，同时简要探讨其在中国建筑设计领域的应用现状。

关键词：参数化设计；建筑设计
一、前言
二十一世纪以来，科学技术有着日新月异的发展，同时各学科间也出现交叉发展的趋势。

在这样的趋势下，一些新兴学科如信息工程、生物科学，环境科学等已经深入渗透并影响到建筑领域的发展。

其中，数字化技术对建筑设计产生了尤为重要的影响。

在建筑设计领域，数字化技术的应用从最早的电脑辅助，已经发展到现如今参数化设计阶段。

参数化设计是一种模拟人工智能并基于算法的建筑设计方法，可以比较精确的解答复杂的建筑问题，这种特性适合于当今时代变化迅速、因素复杂的设计环境，体现了现有时代精神以及社会需要和技术特征。

因此，参数化设计可谓是又一次基于技术更新的设计革命。

基于参数化的建筑设计研究正成为国内建筑教育与实践领域的热门话题。

二、参数化建筑设计简介
“参数化”的概念来源于关联几何学，于二十世纪六七十年代开始被引入到计算机科学中在发展相对成熟后被应用到实际生产中，主要是应用领域是制造业，例如轮船制造业、飞机制造业等等。

“参数化设计”(Parametric Design) 是指对于结构形状比较定型的设计对象，设计者可以利用一组参数约定其拓扑关系从而通过参数的变化改变其整体图形，这种方法可以大幅提高设计人员的效率，使其有更多的精力专注于设计过程本身而非过程中繁琐的反复。

“参数化建筑设计”作为一种建筑设计方法其核心思想，就是将建筑设计的所需用到的全要素都变成某个函数的变量，通过改变参变量的数值以够获得不同的建筑设计方案。

简单来讲，可以将“参数化建筑设计”理解为一种借助计算机技术实现设计方案自动生成的方法。

我们可以用公式这样来表达：
A=F(m1,m2, ……，mn)
这是一个简单的函数式:A 是建筑形式，而m1到mn是可以看做是对建筑形式产生影响的各种参变量，参变量既可以是可以是具体变量（如长度、曲率），也可以是抽象指标（如容积率、密度），F则是由按照决定建筑生成规则所编辑出的算法。

因此，我们可以这样理解：参数化建筑设计就是将建筑设计问题通过选择参数建立程序的方法转变为逻辑推理问题。

这种方法可以将建筑设计过程从主观想
象转换为理性的思维设计，它的重点不在于建筑形态的美学结果而在于思考推理的过程，可以使人对设计的规则产生重新认识，并大幅提高运算速度和运算量，它将设计师的工作用实现从“个性挥洒”到“有据可依”的转变。

三、参数化建筑设计的流程与特点
目前，我国许多设计单位都将参数化设计运用于实际设计中，也有很多学校将这种前卫充满时代感的设计理念运用于教学中，如清华大学、华南理工大学等，也取得了广泛好评。

对于参数化建筑设计在实际中的运用流程，清华大学的徐卫国教授等学者基于长期的实践与教学中对其进行了总结，其具体过程如下：
（1）调查场地与整理设计条件：这一步是整个参数化建筑设计的起点，在设计刚开始就要进行。

其目的是通过对设计场地进行实地调研以获取与设计相关的各种因素，在经过进一步汇总整理与分析，确立影响设计的主要因素，并将这个因素设为参数化模型的输入参数。

（2）参数化模型的建立与建筑雏形的生成：在这一步，设计师基于对影响因素之间的关联分析，建立出参数化建筑设计的算法模型并生成建筑的初步形态。

（3）根据次要因素对雏形进行修正：通过上一步的主要因素确定建筑雏型后，需要对建筑雏形进一步修正和完善，其主要依据就是次要因素。

这一步中，要注意根据专业的相关知识和规定对建筑的功能进行适配。

（4）建筑形态的进一步完善：在完成建筑形体的分析后，就该由与本次设计相关专业的人员根据建筑形态进行结构体系的配置，并对其构造逻辑深入研究，完善建筑表皮系统。

（5）对设计结果进行性能检验：在经过上述各步骤后，就可以对设计成果进行模拟测试以对其性能进行检验，这些检验通常包括建筑声光热环境、人流组织、交通疏散等等。

和以往任何一种建筑风格与思潮不同，参数化建筑设计不仅是建造技术的改变，更是设计思维的变革。

这一点使其具有很多个性鲜明的特点。

首先，参数化建筑设计是一种基于过程的设计思想，所以运用此方法时设计方案是连续动态发展中的一个瞬间的状态而非传统中作为结果而存在，设计师始终以动态、发展的眼光对待设计成果，有利于其思维的发散；其次，相对于传统设计方法的“自上而下”的理念（建筑师先构思出建筑方案的大体形态，再进一步考虑每个细节），参数化建筑设计是一种“自下而上”的设计方法，即首先从需求出发，分析各个因素间的关系并建立规则，最后综合各因素生成综合作用形态；同时，它还是一种人机互动的设计模式，设计者分析设计条件与需求建立数字模型，用计算机强大的计算能力代替人脑的思维，通过计算机的语言描述设计过程进而生成所需的建筑形态，实现真正意义上的计算机辅助设计；最后，参数化的
灵活性其设计结果具有动态可控性，每当设计的条件或设计想法改变的时候，可以直接通过修改模型参数得到新的结果。

四、关于参数化建筑设计的反思
毋庸置疑，参数化建筑设计为建筑设计注入了新的血液和活力，对建筑设计师产生很大影响，这种设计方法的特性使其具有许多优点，比如可以高效地创造多种方案从而大幅提高设计效率、其使用可以贯穿各个方案阶段、在发散建筑师设计思路的同时使其思维更加缜密等等。

但是，任何事情都是双面的，对于参数化建筑设计的反对声也一直不绝于耳。

反对者们认为设计者的思维是永远无法被软件程序所取代的，而参数化设计依赖于电脑和软件，由于电脑所代表的数字世界和人脑代表的模拟世界无论如何也不会出现互相替代的情况，这种设计方法注定只能是作为一种强大的工具存在。

举一个简单的例子，建筑设计领域会涉及到美学问题，而美学问题主要涉及传统和个人的主观感受，很难被“参数化”，故无法利用计算机解决这个问题。

正如不是所有的建筑因素都能被参数化，电脑的“0”和“1”二进制算法远远无法取代全人脑的主观判断。

除此之外，人脑对设计结果的区分能力和对模糊性结果的界定也是计算机无法替代的。

如果将国外同行的设计成果和国内的成果相比较，可以很明显发现国内的参数化建筑设计还处于一种很低级的阶段。

国内的建筑项目，绝大部分遵循“形式追随功能”的思路，在政府和开发商定好了容积率等技术经济指标，再满足日照标准，然后才进行参数化设计，这时建筑方案只有很少的几种可能性。

就目前来看，中国的整体经济环境客观上还没有提供给设计者太多完全使用参数化项目的设计机会。

五、结语
自2008年以来，国内建筑教育与实践领域对参数化建筑设计的研究愈发热烈，这种炙手可热的设计手段似乎将成为未来建筑设计行业的主导力量，但同时关于这个方向的分歧与争执亦十分激烈。

参数化设计的根本目的是用新的软件工程方法来延伸人的思维，为我们提供更多可能的选择。

因此，对于目前中国的建筑师，应该在加深对这个工具的理解，才能更好的利用它为自己乃至社会服务。

当然，要达到这样的目标更需要社会各行业多方通力合作。

相信在未来，我国基于参数化的建筑设计研究会有新的突破。

参考文献：
[1]《数字建构——青年建筑师作品》尼尔·林奇等，中国建筑工业出版社
[2]《现代建筑理论》刘先觉等，中国建筑工业出版社
[3]《信息时代的建筑与建筑设计》张利等，东南大学出版社。