参数化设计在中国的建筑创作与思考_清华大学建筑学院徐卫国教授_徐丰先生访谈

参数化设计在中国的建筑创作与思考
—清华大学建筑学院徐卫国教授、徐丰先生访谈
Architectural Creation and Thinking of the Parametric Design in China:
Interview with Professor Xu Weiguo & Xu Feng of School of Architecture of Tsinghua University
■ 受访嘉宾
徐卫国，清华大学建筑学院教授、博士生导师、建筑设计研究所所长、XWG建筑工作室（x-w-g. net）主持建筑师。

他曾是美国麻省理工学院访问学者，曾在日本留学，获日本京都大学博士学位，工作于日本村野藤吾建筑事务所。

徐丰，毕业于清华大学建筑学院、英国建筑联盟建筑学院，曾工作于伦敦Zaha Hadid建筑事务所，现为北京XWG Archi-Studio合伙人。

■ 访谈主持：
《城市建筑》编辑部
当前数字化设计潮流的强劲涤荡，常使建筑师
兴奋地想起20世纪初现代主义建筑的蓬勃兴起。

此
时，正值建筑师告别“现代”转向“后现代”以及
“解构主义建筑”的历程中，而数字技术以一种革命
性的力量推进设计领域的迅速扩容，使其跃迁到新
的技术时代，向世人展示出其自身的无限张力及其
支撑下建筑创作的发展无限。

中国，这个发展中国家，自改革开放后屡创建
筑“奇迹”，但在这种繁荣的背后，依然铭刻有发展
中国家、世界建筑实验场、无差别城市、巨构尺度
和中国速度等一系列的典型特征。

同样，中国也面
临环境危机、能源危机等全球性的问题。

这就是当
代建筑师的存在环境和创作背景。

而在这诸多现象
背后正悄然兴起一股先锋性的革新力量—数字
化设计。

我们知道数字化设计将改变世界建筑的面
貌、推进建筑师的创作，但我们更想知道，数字技
术主导下的中国建筑师的研究成果和实践策略，这
对于中国建筑发展而言具有特殊且重要的意义。

结识徐卫国教授是在2004年《城市建筑》创刊
伊始，从他的文章《自由形体及其建筑化伦理—
阐述存在主义的造型观念》中我们看到了很多精彩
的内容，而与徐丰先生的结识要感谢台湾交通大学
建筑研究所刘育东先生。

这次笔谈，是对“数字化
设计”主题的挖掘和思考，并且《数字建构—青
年建筑师作品展览》得成功举办，及清华大学建筑
学院“非线性建筑设计”课程历时7年的教学科
研，当然，还有XWG建筑工作室的实践积累。

可
以说，徐教授和他的团队及徐丰先生正是数字化设
计潮流的弄潮者，《城市建筑》期望能在本期杂志的
平台上，拓展数字化设计领域中的新主题、探讨新
意义、追求新价值。

■《城市建筑》杂志社（以下简称UA）：两位能对
“数字技术”、“数字化设计”及当下热议的“参数化
设计”之间的关系予以定义和区分吗？
■ 徐卫国教授、徐丰先生（以下简称徐）：数字技术，
我们查了一下百度百科，其中是这样定义的：广义
的“数字技术”(Digital Technology)是一项与电子
计算机相伴相生的科学技术，它是指借助一定设备
将各种信息，包括图、文、声、像等，转化为电子计
算机能识别的二进制数字“0”和“1”后，进行运
算、加工、存储、传送、传播和还原的技术。

由于在
运算、存储等环节中要借助计算机对信息进行编码、
压缩、解码，因此也称为数码技术、计算机技术等。

它涵盖社会生活与生产的各个领域，在各种使用计
算机进行工作的专业领域都有相应的技术手段。

数字化设计，是针对具有“设计”要求的行业，
将数字技术应用其中进行设计创作的方式。

它涵盖
工业、民用、艺术等多个领域，建筑的数字化设计
也是其中的一个重要组成部分。

建筑的数字化设计有别于传统的设计方法，在
设计过程和表现方式上着重于整体化建筑信息模
型（Building Information Modeling, BIM）的建立。

建筑信息模型对建筑的科技进步起到了不可估量
的推动作用，大大提高了建筑工程的集成化程度。

百度百科对BIM的解释为：“它以三维数字技术为基
础，集成了建筑工程项目各种相关信息的工程数据
模型，是对该工程项目相关信息的详尽表达。

建筑信
息模型是数字技术在建筑工程中的直接应用，以解
决建筑工程在软件中的描述问题，使设计人员和工
程技术人员能够对各种建筑信息做出正确的应对，
并为协同工作提供坚实的基础。

”
参数化设计本质上就是要找到一种关系或规
则，把影响设计的主要因素组织到一起，这里将影
响建筑设计的因素看作参（变）量或参数，形成参
数式或叫参数模型，并用计算机语言进行描述，通
过计算机技术将参量及变量数据信息转换成图像，
这个结果就是设计的雏形。

参数模型给建筑设计带来了灵活性，使设计结
果具有更大的可控性。

当设计的条件或设计想法改
变的时候，可以修改参数模型得到新的结果，当变
量的大小值改变时，可以不用改变参数模型而只改
变输入信息就可得到新的结果，使结果变得可控。

对于简单形体的设计，如一些标准的几何形体，
不借助参数化平台，也很容易修改它的形状；但对
复杂的不规则的形体来说，如果用传统的设计工具，
当某个设计条件改变时，它的形状要随之改变的话
很困难。

现在如果有了参数化设计平台，只需修改
模型或改变变量的大小，就可以马上得出设计结果。

从设计方法的角度来看，我们有了控制复杂形体的
城市建筑|UA访谈|Urbanism and Architecture|UA Interview
方法。

事实上对设计项目来说，从设计开始到设计结束，设计要求会不断改变，条件也在不断改变，建筑师在分析和研究的过程中也会不断发展自己的想法，这就造成了影响设计的因素的变化，而这些变化若在参数化设计平台上，可以很容易反映到最后的结果上，这就是参数化设计的特点。

■ UA：能否简单地介绍一下参数设计的工具、设计过程、设计成果表达等特点。

■ 徐：参数化设计与传统设计方式的区别在于，参数化设计可以改变设计的思路和概念。

因为在传统设计中，将概念变成最后的设计结果，完全是靠人脑想象出来的，这些想法和思路要借助于逻辑的分析，需要借助于关系的实现。

实际上建筑师在分析和建立参数化关系及对逻辑关系进行分析时，并没有把刚开始的概念变成形象。

建筑师起到的是控制作用，并最终体现于参数模型上。

传统建筑设计方法是通过师徒相授的方式得以传承和发展的，是一种经验性的方法。

参数化非线性设计方法则是将计算机中的模拟和生成等科学方法引入到设计环节，并强调整个设计过程的逻辑性。

首先，我们探讨参数化非线性建筑设计的理想化过程。

基于教学与实践，我们初步总结出参数化非线性建筑设计的理想过程（表1），将进一步论证并完善这一理想过程，并对这一过程进行理论阐述，内容包括：第一，参数化非线性建筑设计方法的思想基础；第二，参数化非线性建筑设计方法与传统建筑设计方法的分歧；第三，参数化非线性建筑设计方法的特征；第四，参数化非线性建筑设计的理
想化设计过程；第五，分别阐述参数化非线性建筑
设计方法中关键环节的定义、工具、操作、实例；
第六，参数化非线性建筑设计方法的完整案例举例；
第七，参数化非线性建筑设计应避免的问题。

其次，我们试图整理一下参数化非线性建筑
设计中常用的数字化软件工具。

我们在实践中系统
总结了目前正被使用或将可能出现的软件工具的特
点、使用技巧及运用实例。

目前常用的软件工具和
算法包括：曲面建模软件，如Autodesk Maya和
Rhinoceros等；参数化建模软件和工具，如Gehry
Technology在Catia基础上开发的Digital Project、
Bentley的Generative Components及Rhinoceros
插件Grasshopper等；计算机程序和脚本语言，如
Maya内置语言MEL、Rhinoceros中的脚本语言
Rhinoscript、面向图像和动画的编程环境Processing
及C++等计算机程序语言等；模拟工具，如Maya
中的流体和粒子系统模拟、流体模拟软件fluent、
建筑物理环境模拟软件Ecotect、结构计算软件
SAP2000和Ansys等；从参数化设计用到的算法
来说，包括L系统、多代理系统（MAS）、元胞自动
机、遗传算法、Voronoi算法（泰森多边形）等。

最后我们正试图建立“参数化非线性建筑设计
工具箱”。

我们在系统地总结参数化设计方法的同
时，也着力于构筑参数化非线性建筑设计工具箱，
也就是将上述总结的研究内容以计算机内软件工具
集的形式阐释出来（表2）。

以上各环节中，针对每一工具条都将有工具条
使用说明、工具原理、软件及使用模式、运用实例
等内容。

这个工具条体系也是一个开放系统，我们
将在研究中逐步增加和调整相关内容。

■ UA：参数化设计的实质是对软件、工具的依赖，
还是设计师自身“参数化思维”的建立？建筑师的
操作在其中起到怎样的作用？
■ 徐：参数化设计是因对建筑设计的新认识而产生
的新的设计方法和平台。

今天我们将建筑设计看作
是生命的有机发展过程，并认为建筑设计具有动态、
连续性特征。

其中，有两个概念对这一认识起到了
主要作用。

一是“过程”概念。

“过程”代表着正在发生的
动态的新生活动，过程体现为转变和新生。

转变即
一种现实个体向另一种现实个体的转化，它构成了
暂时性，因为每个现实个体都是一些转瞬即逝的事
件，灭亡就意味着转向下一事件。

新生则意味着生
成具体，在新生的过程中没有时间，每一个瞬间都
是崭新的，都是“现在”，从这个意义上说，它又是
永恒的。

二是“生成”概念。

“生成”是一个运动过程，
总是逃避在场性的“现在”，因为它不能被固化成一
种空间性的先后秩序（过去或将来），在某个特定的
时空，它既在又不在，二者总处于互动和转换之中。

它的存在状态必然是开放的、时空统一的；生成的
结果就是形成无数处于时空边缘、“家族相似”、但
不“类同化”的“事件”。

“过程”的概念建立在自然机体论基础上，它对
场地调查与设计条件整理
构筑参数化模型，生成建筑雏形修正和完善建筑雏形
生成结构和表皮系统
设计结果的性能检验参数化非线性设计方法的特点是通过参数化模型将影响建筑设计的各种因素组织在一起并生成设计，设计的起点是场地条件、建筑功能需求等内外部因素。

因此，首先需要进行场地调查及人的行为、活动分析，收集与设计相关的各种条件信息，之后通过分析找出其中的一种或几种关键因素，作为参数化模型中生成建筑雏形的输入条件。

这是参数化非线性设计过程的关键步骤。

根据上一步找到的影响设计的关键因素与需要解决的设计问题，寻找适当的算法或关系规则，构建参数化模型，以反映影响因素间相互作用的复杂关系，生成建筑的基本形体。

上一步参数化生形过程得到的建筑雏形已反映出主要因素对设计的影响。

这一步则按照次要因素的需求对建筑雏形进行修正和进化。

深入研究形体结构系统及构造逻辑，寻找构件生产及建筑建造的有效途径。

前面步骤生成的建筑设计是否满足设计要求，需要建筑师进行检验。

这里将对建筑设计进行模拟检验，包括与建筑相关的环境测验，如声、光、热环境分析，人流、车流模拟及人的活动与建筑关系的测试等。

表1 参数化非线性建筑设计的理想过程
表2 参数化非线性建筑设计工具箱
尽管不少建筑师已运用“过程设计”的方法进行建筑设计，但是，他们仅停留在人为操作的境地，设计过程的生命有机特性及动态连续的复杂性，要求对更高智能技术的解析及把握，仅靠人工操作已远远不能掌控。

因而，计算机技术及其参数化平台成为“过程设计”的有力工具。

参数化设计方法是将建筑设计看作对复杂系统的处理。

建筑设计过程借助于数字工具，使设计结果最大程度地接近建筑设计所要求的复杂性问题。

这是与传统设计相区别的。

因而，可以看到软件为建筑师提供了一个全新的设计工具，建筑师并非被动的依赖于这些数字工具，而是主动地利用它们，使“过程”和“生成”设计更趋完善。

建筑师的作用还是主导性的，只不过“武器”更新了。

■ UA：参数化设计作品呈现的形态比较特异，过程极度理性，那么诸如文脉、象征、内涵等一些建筑精神层面的内容，怎样在数字化设计中表现出来？■ 徐：从上述参数化设计的思想过程来看，参数化设计的前提之一就是要对当地环境和场所因素进行深入考察和研究，把这些作为设计因素进行综合信息处理，其中也包括对项目所在地文脉、象征、文化等非物质的精神内涵在内。

在此过程中，建筑师对它们进行分析归纳，并作为设计参数直接影响到设计结果。

目前阶段，在我们完成的一些项目中，正是把包括文脉、象征等各种文化因素的场所环境信息作为生成设计的基础，下面可结合工作室的实际项目理解这一方法。

■ UA：能结合具体作品为我们详细谈一下数字化设计吗？
■ 徐：好的，下面列举四个作品，作为典型案例予以剖析：
北京奥林匹克公园玲珑塔室内设计（图1～图5）。

奥林匹克多功能演播塔，被称为“玲珑塔”，位于奥林匹克公园内，国家体育场“鸟巢”北侧。

2008年北京奥运会后，将由原来赛事期间的电视转播设施转变成接待和观光场所。

“玲珑塔”主体采用钢
结构，外饰玻璃幕墙，结构平面形式为等边三角形，
城市建筑|UA访谈|Urbanism and Architecture|UA Interview
共七层。

XWG建筑工作室承担了其中第五层的室
内设计。

设计思维本能地吸收和体现环境提供的暗示。

设计的任务便是将这种潜在意识以物化的途径表达出来，再借由视觉、触觉、第六感等人们获取信息的手段得以体验和认知。

极富新意和动感的场地性格奠定了新奇、前卫的设计立意，而玲珑塔固有的三角形元素则成为室内空间设计的主题。

材料的选择和组合是取得建筑空间知觉体验和延伸的重要媒介。

镜面不锈钢仿若吸纳外物的观景镜，把周围的建筑、天空、阳光、阴影全部反射进来，在直观地反映周边场地环境的同时，本身也映射出一种贴合场地精神的空间特质。

乳白色耐力板在与镜面不锈钢形成对比的同时，白天能够让阳光透射入室内，夜间则成为人工照明的发光体。

光作为游离的介质，在三角形组件形态高低的变化及材料的对比中被捕捉，并与时间形成互动，流露出丰富的表情。

材料的特性将光与色彩的变化结合起来，碰撞出斑斓的效果：镜面不锈钢的反射和白色耐力板的透射特性使室内的色彩不再拘泥于单一的色调，而是在环境变化中形成多变的色彩。

由此，通过材料质感对比以及光的直射、反射、透射等的渲染，共同营造出光怪陆离、极富光感的空间。

钦州交投宾馆及办公楼（图6～图9）。

建筑从水的自然形态以及海豚的优美身躯中抽象出流动的形态，加以升华，寓于建筑立面的变化中。

同时，宾馆及办公楼建筑形象还汲取了当地大量种植的“发财树”的形态特征，将其借鉴到建筑形体的生成中。

建筑设计对水、白海豚、特色植物的提炼不单是简单呼应当地文化，而是借鉴中国山水画对山水的写意手法，并不刻意描绘客观的景致，而是表达情与景的交融，在这里，也就是要表现建筑视觉与城市深层文化之间的交融。

设计既要在简单的形体变化中，抽象地表达建筑与环境的形态联系，又要将当地资源和文化的形态精简地寓于建筑的形体和立面表情中。

同时，建筑景观视线需求和内部功能成为驱动建筑立面变化的主要因素。

建筑面朝白石湖方向开窗面积逐渐增大，同时创造出立面垂直方向上虚实韵律变化。

建筑形体也试图打破高层设计竖向设计的单一性，建立竖向流动性，力图创造建筑功能和空间在垂直方向上的变化。

钦州规划展示服务中心（图10～图15）。

设计中以齐白石的“虾”作为设计的线索贯穿始终。

总体规划布局构思上，研究了一系列齐白石大师的群虾图，借鉴齐白石的虾“形式如龙，生龙活虎”的姿态和布局方式，对用地做了统一的规划和景观设计。

设计中取白石“群虾图”（八只）之意 ，在用地中结合草地景观，湖畔漫步道，以及规划展示服务中心建筑本身，形成八种或动或静，或跃或游的运动姿态，与白石湖独特的水域景观相得益彰。

建筑造型设计中借鉴白石老人“对虾图”的意趣，以一正一反，两个方向游动的“虾”组成一个格局严谨，富
于动态的建筑体量。

在立面上，这两只“虾”—两部分体量由低到高，仿佛跃跃欲试，要跳入白石湖中。

两部分体量自然围合出一个中心—通高的大厅空间，作为规划主模型的展示区。

建筑立面设计中紧扣虾的主题，立面上以垂直的金属遮阳板创造出类似“虾壳”状的层叠效果，给整体造型的动势增加了细部上的韵律，同时也避免了太阳的直射，有利于节能和展览空间的采光控制。

远远望去，层层的遮阳板如同虾脚戏水，生动活泼。

“云南文苑”概念性方案设计（图16～图22）。

项目是集文学艺术作品展览与珍藏、各文艺相关部
门办公、艺术家创作以及文艺市场交流等各种功能
为一体的综合性建筑和景观群，是具有展览、创作、
观摩、收藏、培训等诸多功能的文化设施。

庭院是
平面的也是空间的，是虚的也是实的。

艺术馆、文学
馆、艺术家之家和文学院四组建筑各自通过庭院系
统组织起来，同时在全局上又整合在一起成为一个
相对完整的建筑群。

这样的庭院系统又连续分布到
场地的每个角落成为景观的一部分。

在场地景观中
庭院系统被抽象出来，大多变成二维的，可供不同
景观项目展示的场所。

这种通过一个庭院系统，从
二维演化成三维空间，从景观延展到建筑内部空间
的设计思路，是对传统城市空间无缝延伸的发展和
尊重。

■
城市建筑|UA访谈|Urbanism and Architecture|UA Interview。