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1、Analysis of Parameters Accessing in Parametric DesignZhaiDuBingb oXiaohui翟炳博杜小辉中图分类号 TU192文献标识码 A文章编号 1003-739X（2010）06-0022-04目的浮现，而不再拘泥于传统模式的再现或是从草图引出的发明。”所以，“参数化”设计的核 心任务是构架“F(x)生成式关系”和获取合理的 “参数x”。（即探索如何影响和影响因素的过 程。）这样，在整个“生成”过程中，建筑设计 得以对所处场所环境、人文变化保持敏感，并具 有“自适应性、自组织性”等类生物体特征。3 然而，当今参数化设计正处在发展的相对
2、初 期阶段，必须面对生产技术与经济因素等的相 对滞后、使用者的意识水平差异较大等现实问 题。因此，“参数化”在面对建筑设计方法的革 新上，表现得并不彻底，或多或少带着一些传统 设计方法的痕迹。陆续的，参数化的运用在建筑 中的体现大体可分为两类：其一是“先参数后传 统”。即设计者先用参数化设计思想、技术进 行前期“找形”，生成了一系列前期体量“雏 形”。然后再由设计者主观协同多种因素确定雏 形并进行“传统式”深化发展。另一种则为“先 传统后参数”。即设计者先进行“传统式”设 计，然后在建筑某一部分（由于技术的限制， 目前多为表皮）按预想效果进行“参数化”处 理。近期在建筑行业兴起的“建筑数字技术
3、咨询 公司”多为这一性质。绝对脚本生成（Scripts Generating）类的“纯参数化”基本只停留在实 验室阶段，或是建造一些小型构筑物，并没有被完全运用到实际项目中去。 但是，无论参数化被运用到何种程度，只要涉及其本质，就无法回避相关参数的获取、参数 模型建立等技术问题。然而，建筑所处的场所因 素众多且变化纷纭，当使用者参与其中后所引发 的复杂性和矛盾性更加不言而喻。所以，参数系 统的获取是十分复杂多变的。因此，本文只就目 前参数化技术发展运用相对成熟的领域建筑 表皮的参数化问题展开探讨。1923年，柯布西耶在走向新建筑中 提出建筑的三要素：体量（mass）、表皮 （surface）和
4、平面（plan），并且将表皮定义 为“体量的外包（envelope）并能减小或扩大 我们对体量的感觉。”4随着经济技术的发展， 混凝度、高强度钢等可塑性极强的材料出现，使 表皮不再仅仅是建筑体量的维护，内外空间的分 割，表皮从此独立并具有抽象性，而开始探讨稳 固与流动、地域文化、生态环保等问题，表皮已 经从建筑体量中脱离出来成为抽象的符号，成为 一个“半真实半虚构的物质存在”，那么它就可 以更加彻底的通过自己的自适应性和褶皱等因素科技革命带动产业革命。同样，计算机技术的发展则促进了各行各业的“转型”。就像20世纪初由于材料革新而带来的建筑革命那 样，今天的建筑学也面临类似挑战数字化 设计、数字
5、化生产技术的介入，使得建筑不但 走进屏幕同时还走出屏幕。英国建筑评论家查 尔斯詹克斯（Charles Jencks）曾在1997年宣 布“非线性建筑”时代的到来。而今，参数化 设计（Parametric Design）浪潮席卷全球建筑 设计界。Zaha Hadid Architects、UN studio、 MVRDV、MAD等这些国际先锋建筑设计单位 无不例外的将“参数化设计”作为他们“克敌 制胜”的“法宝”。在这些“先锋”们的设计 作品中，就有一部分表现为“参数化表皮”、 “传统式空间”（例如Zaha的Civil Courts of Justice， Madrid）等与参数化相关的设计。这
6、 种现象一方面可以被看作是新兴事物发展的必 经之路；另一方面，也可以反映出参数化表皮 设计技术的可操作性与参数化表皮施工的可实 施性。清华大学徐卫国老师曾谈到“我们可以把 各种影响因素看成参（变）量（Parameter）, 并在对场地及建筑性能（Performance）研究的 基础上，找到联结各个参（变）量的规则，进 而建立参数模型（Parametric Model）。”1但 是，参数化设计的“参数化”到底如何体现？ 什么是“参数化表皮”？其参数如何获取？ 如何建立被吉尔 德勒兹称之为的“抽象的机 器”？协同实际设计案例和这些疑问，本文将 就参数化表皮设计的参数获取等相关内容展开 探讨和分析。
7、1 “参数化”体现“参数化”的意义所在，是将传统建筑设 计模式下的“自上而下”（Up to Bottom）方 法论转换为“自下而上”（Bottom to Up）过程 式设计。它打破了头脑中固有“形式霸权”， 从而期待未知的超越想象的结果产生。2整个设 计过程带有动态的、未知探索式的、交互式等 种种特征。从而，建筑设计由传统意义上的注 重结果转换为强调“过程”的设计探索，进而 实现了连续的多样性而非传统设计模式下的标 准化和可复制性。支持这种转变的正是德勒兹 哲学中的“生成”概念。亚历杭德罗赛拉波 罗（Alejandro Zaera Polo）曾经讲到：“我们 在设计中引入了连续的发展过程，而不
8、仅仅是摘 要 在数字技术持续发展的未来，随着参数化设计体系的逐渐完善，建筑师的任务将定位于两点：其一是 参数的获取，凭借建筑师的修养和对建筑设计的经验， 选择适合场所特质及使用者需求的参数源，并确定参数 模型建立方向；其二是众多参数化技术生成形式的选择 与再深化，这仍然需要建筑师的职业判断力。关键词 参数化 表皮设计 参数获取Abstract To continue to develop in the future of digital technology, with the grad ual improving of pa rametric design system the archit
9、ects task will be targeted at two points: Firstly, to choo se the pa rameters, with the architects acc om plishment and experience in architectu ral design, select th e app ropriate sites characteristics and user n ee d s th e pa r a m e t e rs o f th e s o u r c e , a n d determine th e pa rameters
10、 of mo del building orient ation; The second is selection and re- dee pen of many forms generated by technology of pa rametric, it still nee ds to th e architects professional discretion.K e y W o r d s P a r a m e t ri c d e si g n ，E p i d e r m is design，Parameters acc essingacbd524678图1 RGB色彩信息的
11、参数化提取图2 中钢国际大厦（MAD设计） 图3a PS灰阶图制作图3b Rhino软件灰阶图生成曲面图3c Grasshopper软件参数表皮模拟图4图5 图6 图7 图8长沙文化中心项目投标（MAD作品）“长沙文化中心”第五立面探索 天津滨海CBD（HHD_FUN设计） 天津滨海CBD表皮分析（HHD_FUN） 天津滨海CBD表皮模拟2 基于主观环境因素的参数提取由于其相对简单的可操控性，这一类参数的 提取是最常见的（但是大多数情况下会伴随其 它的影响因素如客观的物理环境，地域环 境等综合设计），因为其基于的最大因素是人 的主观感受和以人为基础的主观环境。但是不 可否认，这类参数化的“无意
12、义”运用的确带 来了建筑形式的革新。例如，大量的商业化宣 传立面得以被参数化等。2.1 RGB图色彩信息参数提取以在平面以二维点阵的形式取点并提取颜色信息（RGB值），并整体控制点阵个体形式的改 变，完成提取参数转换数据的过程。这种“象素 点原理”在数码技术上早已应用。2.2 灰阶图信息参数提取灰阶图信息以NURBS曲面的形式表达，然后通过参照标准平面至NURBS曲面间空间距离的平 滑变化，来控制表皮形式。同这种参数提取思 路类似的还有MAD的作品“长沙文化中心” （图4）。有所不同的是其并没有回避参数的 转译过程（NURBS曲面），而是将其作为建 筑的体量元素，使第五立面同建筑形体更好 的结
13、合（图5）。 2.3 基于感官体验的“自定义参数”有相当一部分的参数获取是基于参数化系统 自身创造的，可以被看作是参数化技术的自治， 或是“寓于主观的参数获取”。通过设计者宏观 调控来获取大量参数，来驱动参数化模型的运 作。这种参数获取大体可分为两类：一类是“浑通过灰阶图的灰度信息，同样可以提取参数。此种参数的提取方式类似于RGB图色彩信 息提取，均是以建筑表皮的变化来折射图像上反 映出的数字信息变化，MAD设计的项目中 钢国际大厦表皮的参数化处理可以被看作是这一 类（图2）。但是,在实际设计操作中将会有多种 参数控制获取的方法,此处仅列举一例（图3）。 此模拟总体思路是将参数提取并“转译”。
14、利用 PS软件制作灰阶图信息，并结合Rhino技术来将此类参数提取可以出色的完成商业化立面改造类任务。图1是一个此类参数化系统提取的 一个试验。运用参数化软件Grasshopper，可1115121614图9 古建营造参数化模拟图10 编织单元探索 图11 编织表皮模拟图12 ECOTECT同Rhino Script结合的参数提取设计过程 图13 阿斯塔纳国家图书馆方案设计（BIG事务所）图14 阿斯塔纳国家图书馆表皮设计分析（BIG事务所） 图15 芝加哥水塔（Aqua Tower）项目方案（StudioGang事务所设计）图16 芝加哥水塔表皮参数获取研究模拟沌状的”自生成参数，典型的例子
15、是“随机数法（Random）”。通过一定范围的随机数，来模 拟无序状态下的自然生成现象。另一类则是带有 指向性的“主观”参数，设计者通过处理模型节 点与节点之间的相互关系而制造所需的参数，可 以说这是利用技术条件自身而提取的变量。这类参数化表皮设计同样被反映在实际项目中，更有些已被实施。2009年前后HHD_FUN事 务所的项目“天津滨海CBD”（图6），其表皮 设计的参数化控制方法便可以被理解为“指向 性主观参数”。在这个项目中，FUN事务所官方 的分析图表明，其表皮设计的开窗方式主要取决于功能和人所处的空间感受（图7）。然而在实际的参数化表皮设计中，设计者则需主观的为不 同功能空间影响范围
16、内的表皮赋予不同的参数群 体，来达到设计初衷。同样我们在对此方案表皮 设计的探索研究中（图8），利用不同的基础单 元格来“镶嵌”到曲面的不同范围域。然而，范 围域的确定则需要依靠细分曲面的相对空间距离 来决定，将这些空间距离范围划分成连续不间断 的“连续域”，而后利用数学“内插法”以及参 数化设计技术来实现不同单元的表皮分布。3 基于客观地域环境的参数提取考虑客观地域、文化、人本等非物质因素， 建筑作品得以在精神上传承。在全球一体化迅速 发展的今天，世界统一格调的局面变得尤为突 出，此时建筑的“地域性”被越来越多的建筑师 所关注。技术的发展并不阻碍割裂时代的传承， 与此相反，技术科技是在传承中
17、诞生壮大的。参 数化设计技术的应用亦是如此。3.1 古建营造法式的参数提取利用新技术研究传统是一种与时俱进的科学 方法。中国古建筑的种种营造法式便是一个前人 留给我们的庞大“参数提取库”。柱距、几进几 间、开间进深、屋顶形制等等，如利用参数化技 术创建过程关系模型来模拟，将会在很大程度上 提高研究效率。现今此领域的研究还比较初级， 但却很有潜力（图9）。3.2 以“地域文化符号”为基础的参数研究抽象的文化符号在建筑中的体现早已有之， “后现代主义”建筑便是这一风格的典型代表。 然而，一些有意义的抽象符号，不仅传达了地域 文化，同时体现了受力与形式美。目前比较常见 的就是符号的转译和编织表皮。符
18、号的转译强调的是地域文化的抽象转换， 再将其通过一定的组织方式反映到建筑表皮上的 一种参数获取方式。通过对特定地域环境的了解， 概括出具有一定代表意义的地域“符号”，进一 步抽象得到X（在参数化设计中通常强调的是“直 译”而非“意译”），然后,X在一定的规则下组 织变换，形成表皮机理，最后将其附着在任意的 NURBS曲面上（建筑表皮），形成具有场所意义 的表皮，超越了原有意义上单纯空间分割的工具。 从古代最初的巢居建筑形式开始，“编 织”这种建筑手法便不断发展更新。由于其特 殊的肌理效果，目前被广泛的应用于建筑的各 个领域。 6 而今的参数化设计，也正开展着对 其广泛而深入的研究。目前的过程方
19、式，主要 是将“编织”纹理分解为单元进行研究。不同 的编织单元可以被看作不同的“参数原型”， 对各种编织不断的抽象过程便可以看作是“参 数提取”。所以，编织表皮设计的核心是编 织单元（图10）的参数 获取。一旦编织单元确 定，同符号转译表皮一样，就可以将其附着在任 意NURBS曲面上，再进行进一步的组织结合，从而生成编织表皮（图11）。 基于地域文化环境下获取的参数而进行的参数化表皮设计，有助于构建新技术与旧传统之间 的联系，充分发掘场所的文化地域特征，让使用者产生场所的认同感，也使场所精神得以传承，同时能够体现地域民族特征，打破世界一体化下 的全球僵化外壳的格局。此种方式将会是参数化 技术发
20、展主要的进行之路。4 基于客观物理环境的参数提取建筑物理环境的优劣直接影响着使用者的舒 适状况，是评价建筑是否人性化的重要标准。建 筑物理环境中潜藏大量数据：光照、辐射、热舒 适、气流、声衰减等，而且，日趋成熟的建筑物 理模拟软件可以提供大量分析数据，为建筑物理 环境中的参数提取提供可能。而今，在建筑生态 策略同参数化技术结合这一领域也日趋成熟。大 量实际项目的表皮设计为了追寻“有理性”和 “人本性”而采取这种策略。4.1 气流流场影响下的参数获取通过Fluent等CFD软件，可以得出建筑外界 面一定空间范围内的气流流场变化，将此参数提 取输入参数化设计软件来控制表皮变化。除此以 外，还可以通
21、过Maya软件编写Mel脚本来模拟 风场环境，进而直接控制参数化表皮生成。4.2 光环境下的参数获取光环境下的参数提取，多用在整体性表皮虚 实控制及遮阳设计上。用ECOTECT软件进行分 析，结合Grasshopper或是Rhino scripts脚本编写， 来实现这一过程。此项技术已较成熟的被运用。（1）整体式表皮设计此种参数提取运用的一般过程是：用Rhino软 件获取目标表皮曲面雏形并进行细分（图12）， 而后导入ECOTECT进行模拟分析（图例为阳光辐 射分析）并导出分析数据到EXCEL表格中去，最 后利用Rhino Script提取EXCEL数据并控制表皮 处理。一个比较著名的案例是B
22、IG事务所设计的 项目“阿斯塔那国家图书馆”（National Library in Astana）（图13）。从其表皮设计的分析图 中，清晰的表达了“生态参数化”技术的运用（图14）。BIG的这个设计充分表现了技术革新 带来设计上的优势，通过EC的分析和参数化技 术，既解决了图书馆对于采光的严格要求，又满 足了使用者视觉上的需要。（2）遮阳设计的运用把物理模拟数据运用到参数化遮阳设计上， 同样可以获取炫酷的表皮和适宜的使用环境。 Studio Gang事务所设计的建成项目“芝加哥水 塔”（Aqua Tower）便是此种表皮设计在建筑 中的运用（图15）。同样，我们对此种参数提取控制也作了详细
23、 的研究模拟（图16）。首先在Rhino中获取目标 曲面并进行细分，而后导入ECOTECT进行日光 辐射模拟，导出数据，最后运用Grasshopper参 数化软件进行表皮遮阳处理。思路是借助分析得 出的数据，来控制曲面细分后法向向量的缩放， 并将得出的点生成曲线从而最终放样挤出。基于客观物理环境的参数化表皮设计，利用 自身的自适应性、可调节性等特殊性能，完成对 周围环境的应激性反应。一方面，依靠建筑自 身很好的解决建筑内部的舒适性问题，节省能 源，为生态建筑的研究发展提供一条捷径;另一方面，客观物理环境中提取的参数，反映了周围最真实的客观环境，是场所特质的写真，增加了 建筑的可识别性。基于客观
24、物理环境提取参数， 增强了建筑设计的理性因素，是对参数化表皮设 计理性的证明。结 语科技不会倒退，作为建筑设计领域中的新兴 力量，参数化设计同时代的命运息息相关。作为 “生成式”设计，它要求设计者掌握更多的计算机 技术，与此同时，不管科技发展到何种程度，建筑 为人服务的基本准则不会发生变化，换句话说，也 就是建筑师努力寻找矛盾，解决矛盾，创造人性化 的使用空间的根本职责没有变。所以，建筑师永远 不会被程序员替代，建筑设计不可能仅仅依靠编写 程序来完成。也就是说，建筑不可能脱离主观而仅 仅寓于程序存在。但是建筑师也应作出“转型”， 来适应社会科技生产力的变化。毫无疑问，在数字技术继续发展的未来，
25、随 着参数化设计体系的逐渐完善，建筑师的任务将 定位于两点：其一是参数的获取，凭借建筑师的 修养和对建筑设计的经验，选择适合场所特质及 使用者需求的参数源，并确定参数模型建立方 向；其二是众多参数化技术生成形式的选择与再 深化，这仍然需要建筑师的职业判断力。至于参 数化模型、复杂系统的建立与众多备选方案的生 成调试，或许需要一个新的职业建筑数字技 术咨询师来处理了。因此，在这个处于变革期的时代，建筑师更 应该放开心胸去接受并尝试新事物，提高自身修 养，至少了解和关注参数化设计的参数源获取等相关知识，提高数字化设计的水平。资料来源：图2、4：MAD官方网站；图6、7：HHD_FUN官方网站：图9
26、：Grasshopper3d官方网站；图10：Rinus Roelofs官方网站图12：Architecture Research Laboratory 建筑研究所官方网站；图13、14：BIG事务所官方网站；图15：Studio Gang事务所官方网站；其余图片均由作者自绘。参考文献1徐卫国.褶子思想，游牧空间关于非线性建筑参数化设计的访谈.世界建筑，2009（8）. 16-17.俞泳. 数字时代的生成设计一次建筑设计基础 联合教学及其思考. 新建筑， 2009（3）:4-9.徐丰. 参数化主义帕特里克舒马赫访谈.世界建 筑，2009（8）：27.张伟殊，胡朝昱.浅谈对建筑表皮的一些认知.大
27、众 科技，2009（9）：70-71.Neil Leach. New Materialism/数字建构.北京：中国 建筑工业出版社，2008.扶国，张楠，张轶群. 编织建筑. 建筑学报， 2004（5）:64-65.23456作者单位 华中科技大学建筑与城市规划学院 第一作者 本科生第二作者 本科生邮 编 430074电子信箱 327549638收稿日期 2010 02 26file:/D|/我的资料/Desktop/新建文本文档.txtAppliance Error (configuration_error)Your request could not be processed because of a configuration error: Could not connect to LDAP server.For assistance, contact your network support team.file:/D|/我的资料/Desktop/新建文本文档.txt2012-07-12 20:42:52
