参数化设计研究与实践_张为平

■ 张为平 ■ Zhang Weiping

The Practice and Research of Parametric Design

参数化设计研究与实践

作者单位：都市可能概念工厂（IFUP）（南京 · 210007）

收稿日期：2009-10-10

■ 受访嘉宾

王振飞，华汇设计北京分公司主持建筑师，2001年获天津大学建筑学院学士学位，2007年获荷兰鹿特丹贝尔拉格建筑研究院硕士学位。曾任职于阿姆斯特丹U N s t u d i o（2007～2008）、华汇设计（2001～2005）。

王鹿鸣，华汇设计北京分公司主持建筑师，2003年获天津大学建筑学院学士学位。2007年获荷兰鹿特丹贝尔拉格建筑研究院硕士学位，曾任职于阿姆斯特丹U N s t u d i o（2007～2008）、华汇设计（2003～2005）。

■ 访谈主持

张为平，荷兰代尔夫特理工大学硕士，荷兰注册建筑师，曾供职于M V R D V 、V B P、R M J M等事务所，2007～2009年在香港从事高密度都市状况研究。

随着计算机辅助设计技术的发展，“参数化设计”在国外建筑学界已经被探索了多年，目前在国内建筑院校中也已引发了同样强烈的讨论，一时间“参数化设计”成为前卫建筑方法的代名词及未来建筑的方向。但是，综观国内各种以“参数化”为名的设计成果，却可以发现建筑师对于其理解似乎差异甚大，甚至存在诸多误解。因此，本期访谈关

注“参数化设计”这一新概念，邀请两位对于参数化设计研究及运用有深刻体验的设计师进行对话，希望从根本上对于其概念、理念、方法与运用进行梳理，以提供一种设计的全新视点。一、理念探讨

■ 张：近年来，“参数化”设计已成为建筑研究的热点之一，但对其概念似乎存在诸多误解，其定义到底是什么？

■ 王：首先，我们可能需要对“参数”概念做一个解释，不同于变量，参数定义了一个系统的运作特征和系统成员间的相互关系。参数化模型可以被理解为一个系统，这个系统的成员之间“相互关联”。参数设计实际上是对系统各成员之间“关联关系”的设计，也就是制定系统运行的规则。而对参数化模型的调整也是指对这些关联关系的调整。只要能够明确给出各层级、层级各组成元素之间的关联关系，我们就可以建立起复杂但可控的参数化模型。这些“关系”也就是参数化设计的关键所在。

这种关系既有简单的线性关系，例如在定义了柱网与幕墙分隔之间的线性关系后，当柱网发生改变时，幕墙分隔也是自动更新的，这种更新作为一种在制图与施工方面的新技术，很大程度上节省了时间、提高了效率。当然其中也存在各种复杂的非线性的算法逻辑或几何逻辑关系，例如各种规律性很强的算法逻辑，包括递归、L 系统，分形等，也有各种复杂的自组织系统，包括人工智能、细胞自动机、群智能系统等，这类关系的应用将会产生非预期性的设计结果，是一种全新的设计方式，可以说是参数化设计最有价值的应用。

■ 张：参数化设计与数字化设计有何区别？如何识别“伪参数化设计”？

■ 王：参数化设计与数字化设计是不同的，这一点对明确参数化设计的概念十分重要。

参数化设计是从制定成员间相互关系出发，建立一个关联系统，然后通过输入不同的条件得到不同的结果。是否能建立一个关联系统是判断其是否属于参数化设计的基本标准，因此运用何种软件并不是判定参数化设计的依据。

■ 张：参数化设计的工具大致有哪些？应该如何选择？

■ 王：参数化的设计工具随时间的发展和参数化设计的广泛应用，由一开始的应用其他领域的软件逐渐发展到应用为建筑领域专门开发的软件。如动画领域的Maya、3dsmax，虽然是为动画产业设计的软件，但其中有大量功能经恰当使用也可用来定义物体间的几何逻辑关系。

当建筑师发现可专门用来定义物体间相互关系的软件时，类似CATIA、UG、Top solid 拥有明确的几何逻辑、强大的造型控制能力、极为准确的建模功能以及直接将模型转化为施工图纸的建造服务功能，它们虽属工业化设计软件却被用于辅助建筑设计。还有一类是专门为建筑师开发的软件或插件，如以CATIA为平台由GT开发的Digital Project、以rhino 为平台的grasshopper、以Micro Station 为平台开发的Generative Component 等。上述软件可被应用于项目的不同阶段，也有各自不同的优势。如Grasshopper 比较适合于前期方案构思阶段的快速实验，而DP 则是整个工程全面设计、生产、管理的较好选择。建筑师以根据自己的情况选择学习和使用软件的种类。有兴趣的建筑师也可尝试进行脚本（程序）的编写，如Maya 的Mel，Rhino 的rhinoscript，还有在各软件里通用的VB 及C#等。由于脚本（程序）是以纯代码形式呈现，相对比较抽象，但同时也正因为如此，它带给设计师的是前所未有的自由度和广阔的发挥空间。另外，和计算机专业技术人员合作也是一种很好的沟通方式，这样可更好地将各专业领域的知识进行结合，从而在设计上取得突破。在我们工作室中，建筑师会和软件编程人员一起合作，我们会针对问题提出自己的观点和解决方法，而程序员往往会在此基础上提出

王振飞

王鹿鸣

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

更加优化的算法，有时甚至是完全不同的解决方案。然后，我们会以建筑师的视角学习和理解这些新的知识，发掘它们在推进设计上的潜力。有时一个好算法的出现会完全改变我们的设计方案，这就形成一种很好的互动。

■ 张：参数化设计的技术工具大致有哪些？应如何根据具体设计需求进行选择？

■ 王：正如我们在第一个问题中所面提到的，基本的运用方式可分为两个大类。一类是以应用为主，鉴于工程本身的复杂程度而使用参数化方法控制复杂的几何形体及其施工过程。在这一类中，参数化工具对项目介入的迟早也会对项目本身产生很大影响。有的事务所从项目前期设计过程就采用参数化工具，同时还会有其他专业软件的介入，比如Ansys，Robot等结构计算软件和EcoTect等环境计算软件等，各软件间相互传递数据，参数化模型则根据各个数据进行调整，最终得到经过优化的设计成果，如大英博物馆玻璃顶棚。还有的事务所是在项目后期采用参数化工具进行设计深化和控制施工过程，项目前期还是采用较为直观的物理模型作为设计手段。另一类是不同于上文提到的偏重于解决技术问题的应用方式，一些先锋事务所则尝试从根本上改变设计思想，他们将几何规律、算法逻辑等参数设计所依赖的根本知识直接作为设计的原动力，运用参数化的思维方式创造出全新的建筑形式和设计方法。从某种意义上讲，这种方式更有力地推动了建筑学的发展。

■ 张：除了技术革新之外，你们认为参数设计与传统设计方式最大的区别是什么？

■ 王：我们认为得了技术上存在很明显的不同之外，参数化设计结果的“不可预期性”可能就是这两者最大的区别，某种意义上讲也是这种设计方式的最大魅力所在。由于参数化设计只是对关系进行限定，因此提供了“预想之外”结果产生的可能。如果以编写程序作为参数化工具，这种情况出现的几率就会更大。我们常做的一件事就是在编写完代码之后，无数次地改变变量值，令程序生成大量不同的结果，试图从中发现既符合规则要求又超出我们预想的方案，这个过程是传统设计方法不可能实现的。例如在“植入计划“立面生成过程中，简单改变分形停止的边界条件（三角形最小面积和最小角的角度）就会得到截然不同的结果。

■ 张：除了掌握参数化软件之外，是否还有其他领域的知识对提升参数化设计起到重要的促进作用？■ 王：建筑师对“参数化思维”的掌握远比对“参数化软件”的掌握更有意义，有了“参数化思维”才能使建筑师以不同的方式思考，从不同的视角看待问题。而对数学、几何以及计算机算法等知识的

较好掌握，是掌握参数化思维、做好参数化设计的

基础。如“拓扑”是参数设计中经常要面对的一个

概念，如果不能从数学层面真正了解它的意义就不

可能正确地将其运用到设计中。

参数设计实际上是关系设计，而参数化模型是

建立在严谨的几何关系和数学逻辑之上的关联系

统。对于建筑师来讲最大的难点不是软件的学习，而

是如何创造出一个相互关联的系统，也就是说如何

将传统的设计一座房屋转化为设计一个系统。例如

在A D3中将住宅设计转化为住宅要素间相互关系

的设计，将居住区设计转化为组成居住区要素—

院落间相互关系的设计。当然参数化软件也起着不

可或缺的作用，也正是凭借此种技术手段，才能在短

时间内对我们所设计系统的优劣进行大量的测试，

并对系统机制进行调整，进一步完善系统设计，使

参数化设计不只停留在空想阶段，而具有可实施的

价值。

■ 张：可否简单介绍一下运用参数化思维方式进行

设计的一般过程？

■ 王：首先根据每个设计的主导构思建构系统，然

后根据系统建立参数化模型或构建计算机程序（可

能不是唯一的），并测试所构建的系统在各设计层面

上的性能，加入评价机制，从系统中寻找适合条件

的解作为设计结果（也可能不是唯一的）。

举一个简单的例子，在城市中心一块方形土地

上设计一个高层群体，要求最大化地利用城市景观，

高层建筑的功能为办公及城市型酒店。设计中的很

多因素均会影响建筑组群的排布方式，但争取最大

化的景观无疑是头等重要的，这也就意味着应寻求

一种建筑间互相遮挡最少的排布方式。这一城市设

计问题使我们联想到历史上的一个著名数学问题，

“N皇后”问题，即如何在一个“N×N”的国际象棋

棋盘上放置N个皇后使其不能相互攻击。根据国际

象棋的规则，这就意味着不能有任何两个皇后在同

一行、同一列或同一对角线上，不难看出，在保证

不相互攻击的同时，每个“皇后”的“视野“在这

时也是最好的（图1）。因此这个城市设计系统的可

能性之一就是被设计成一个以“N皇后”算法为基

础的系统。通过编制一段计算机程序，我们可以得

出N=8时问题的所有解，共计92个，也就是说这

92种排布方式均能满足“景观最好”的要求。而这

92种排布方式就成为我们设计的出发点，再逐步加

入其他影响因素，从而选出最合理的方案。综上所

述，这样的参数化思维模式和传统的思考方法是有

着本质区别的。

■ 张：当今各建筑教育的前沿阵地，如建筑联盟学

校（AA）和贝尔拉格学院（Berlage institute）都有

关于参数设计的研究，但他们关注的重点并不相同。

贝尔拉格学院的“Associative Design”是致力于城

市尺度上大批量生产所涉及的社会、环境等因素的

影响，对多个因素变化法则的研究，设计出相应的

参数系统最终达成城市实体的理想状态；而建筑联

盟学校似乎更加关注建筑单体部分以制定某种可

控制的句法，以不同的参数达到满足不同需求的建

筑几何形体。这是否说明参数设计的运用其实是一

个比较宽泛且广阔的范围？

■ 王：参数设计是一种具有普遍意义的方法，只要

是可以建立明确关系的问题就有可能用参数设计解

决。这种方法可以被广泛地运用到各个领域、各种

尺度，参数设计在方法论上的意义远大于其在技术

上的意义。

在不同尺度上我们所面临的问题是不同的，解

决方法自然也有差异，参数设计的核心是研究元素

之间的关系，而这一特性恰巧提供了应用于各类不

同问题的可能性。我们可针对各种具体问题建立不

同的参数化模型，由于参数化模型之间存在相互关

联的特性，我们可以将各个不同尺度或领域的问题

综合起来建立一套关联系统，将各方面因素综合考

虑，得出一系列设计成果，从而避免孤立解决多个

单独问题所带来的不同步性。下文案例中的“关联

设计”（AD3）就是这方面探索中的比较全面的例子。

■ 张：参数设计的方法显现出强烈的技术理性倾

向，在应对处理复杂的建筑技术要素如日照、风向、

温度、结构、几何等等方面相当有利，但是建筑所

需面对的，尚且有诸如社会、政治、文化等等人文

因素，这些问题似乎难以用数学模型进行解决。我

们想知道，参数化设计如何应对这一类要素？

■ 王：这是一个非常好的问题，也是大家往往认为

参数化设计只能用来解决技术问题或创造复杂形

体的一个原因。我觉得也许应该换一种角度来看待

这个问题，“参数化模型只可以接受和处理能够量化

的参数”—这是对参数化设计技术层面的认识，

参数化设计并非是上世纪人们所尝试的让计算机

去做设计，它是一种全新的思考方式，这意味着它

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