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1、Interpretation of Parametric Design内容摘要：参数化设计是建筑设计领域中继现代主义运动以后又一次基于技术更新的设计革命，它以全新的思维方式和善于解决复杂设计问题的能力而日渐为人关注。参数化设计有3个层面：作为设计工具的参数化技术；隐藏在参数化技术后面的思想方法以及由这种思想方法和技术造就的设计风格。关键词：参数化设计；参数化主义；建筑设计；参数化设计解读任衣伟任侠2009年10月13日，扎哈.哈迪德建筑事务所合伙人帕特里克.舒马赫在北京建筑设计研究院进行了一场题为“参数化主义风格设计”的主题演讲。帕特里克.舒马赫在演讲中宣称：自现代主义设计风格遭到人们的普遍质
2、疑以来，作为新的设计思潮和设计风格，只有参数化主义正在取得与现代主义平起平坐的地位1。环顾世界，无论是KPF为英国伦敦设计的“尖塔”、SOM为科威特设计的“阿尔汗布拉-费尔杜斯大厦”、扎哈.哈迪德建筑事务所设计的巴塞罗那“螺旋大厦”，还是鸟巢、水立方和上海世博会英国馆，都确实地向我们展示了一种不同以往的建筑新风格，在这些由自由曲面围合而成的、充满动态感的、令人耳目一新的建筑新形态后面，是建立在高度发达的计算机技术基础之上的，以善于解决复杂设计问题而日渐为人关注的新的设计方式：参数化设计。在建筑设计领域，参数化设计是继现代主义运动以后又一次基于技术更新的设计革命，它既是一种技术，又是一种思潮。解
3、读参数化设计，我们可以发现它有3个层面，即：作为设计工具的参数化技术；隐藏在参数化技术后面的思想方法以及由这种思想方法和技术造就的设计风格。一、作为设计技术工具的参数化设计建筑领域的参数化设计不同于工业设计中的参数化设计。在工业设计中，使用设计软件所提供的参数化图元和参数化修改引擎，用户可以在遵守模型构件的几何约束和工程约束的同时，通过调整图元的参数值来省时省力地实现自己的设计要求，并使对设计的任何改动都自动在其它相关联的部分反映出来2。但是建筑设计涉及的问题广泛而复杂，要求软件提供应对环境变化的方法和高度自由的创作环境，因此在整体上难以套用工业设计中的模式，相关软件的开发就缓慢得多。面向建筑
4、设计的参数化技术直至本世纪初才逐步成熟并首先进入国际高端设计领域，其工作方式也与工业设计中的参数化设计有很大差别。本文所讨论的，就是面向建筑领域的参数化设计。目前应用于建筑设计的参数化技术平台有Revit、Digital Project（简称DP）以及依托Microstation的Generative Components(简称GC），依托Rhino的Grasshopper等等。其中GC和Grasshopper属于算法造型生成软件，自由度高，对使用者的逻辑思维能力要求也高。参数化设计的特点在于，它既是对软件的使用，又是对设计内容的真正研究，它既是“器”，又是“道”。参数化设计要求由用户自己根据
5、专业知识和规则定义对象、定义对象之间的相互关系，以参数化形式导入三维模型，用参数化的方法生成建筑部件及其相互的几何关系，使设计方案可以通过这些参数方便地调整和回溯修改，建筑的各种相关信息在方案、设计、加工和建造全过程中以三维数字化的方式整合和管理，从而最大限度地释放电脑的智能化作用，使人工错误得到最大的控制。3参数化设计方法的核心是把设计的限制条件通过相关设计软件与设计的形式输出之间建立参数关系，生成可以灵活调控的计算机模型4。本文图1就是使用Grasshopper构建这种计算机模型的简单实例：其中，图1a为描绘圆的渐伸线（它的方程为x=a(cost+tsint)y=a(sint-tcont)
6、的计算机模型，图1b为使用这个模型在Rhino软件中生成的相应曲线。与传统设计方法不同的是，Grasshopper的操作界面既不用于直接输入指令与代码，又不用于进行直观的绘图操作，而是用于构建一个逻辑系统。在这个系统中，用户可用函数或其它形式输入限制条件，用连结线组织各个运算器的逻辑关系，用数据条控制参数的量值。而这个系统一旦构建完成，需要绘制的图形也就同时生成了。拉动参数a的控制滑块，曲线的形状将相应变化。图1所示的实例包含了参数化设计的三个重要特征：1、图形完全由限制条件生成；2、图形可以通过调整参数而变化。3、通过调控参数或更换运算器，可以自动生成设计的多种选择方案。例如假若我们用“多段
7、线”运算器替代上述模型中的“内插线”运算器，再加上一个“圆角”运算，那么我们就得到了近似伦敦“尖塔”截面的图形（如图1c)，适当处理曲线的末端，并对这个图形的Z坐标加以适当定义(例如将Z坐标设置成建筑总高度减去X的某个函数)，就可以放样生成近似“尖塔”的建筑外壳（图1d）。在参数化设计中，数与形实现了高度的融合，数字运算被直观地运用于作图过程。例如创造和编辑一个曲面的方法在Rhino中本来是简单的、直观的和几何的，但是在Grasshopper平台上则往往是正确地进行数值运算、函数运算、逻辑运算的结果。借助参数化平台，用户可以精确描绘任何用参数方程定义的曲线，可以对自由曲线进行精确的分析（包括其
8、闭合性、周期性、连续性、平面性、曲率等等），可以方便地查找符合某一条件的几何对象（例如在Brep表面查找与指定位置距离最近的点）。由于参数化设计过程涉及大量的数据分析和处理，因此，数列、区间、范围等等看起来抽象不过的代数概念都成了建模过程中的重要元素，而数据树、表单工具发挥着尤其重要的作用。用户还可以直接用VB语言、C语言编写脚本，以改变程序的行为，拓展更多的功能。二、作为设计思想方法的参数化设计作为设计的思想方法，参数化设计强调对物体内部关系的整合和对外部环境的适应。参数化设计特别强调形式的几何逻辑，强调建筑的形式应当来自对限制设计的客观条件(预算、环境、功能、尺度等等) 的充分研究5，而不
9、是产生于设计师对形式的主观想象。在参数化主义看来，建筑是一个自我组织的复杂系统，而设计这个复杂系统的关键，是建构好其中的关系模式。参数化设计重视的是建筑设计中的技术理性因素，探求的是建筑物应该有的形态，而不是由人们主观赋予的形态。“阿尔汗布拉-费尔杜斯大厦”的雕塑般的外形来源于使海湾景观最大化和使日照热负荷最小化原则，而“卡塔尔石油综合体”的外观则产生于在严酷的沙漠气候中遮阴和通风的需要。在参数化设计中，每一个几何体都“不是独立存在，而是相互融合、互相交接的，具有一定的塑性和延展性，几何体的初始状态和最终效应已经和传统定义上的几何体不同”1。KPF设计的南京火车南站竞赛方案（图2a）可以视为这
10、种思想方法的一个典型案例。这个项目的核心是一个巨大的弧形屋面，然而这个造型流畅、节奏舒缓的优美弧形并不是从对形式美的追求中得到的，而是在综合优化了日照、风向、雨水收集和自然通风、站台尺度等各种环境参数的基础上自然生成的，弧形屋面原型拆分为构件的过程也完全使用参数化设计的独特方法，笔者在Grasshopper平台上用图2b所示的计算机模型模拟了屋面构件（图2c所示）的生成过程。创建这个造型的初始工作是用Rhino软件在弧形屋面的边界位置大致地创建5组点物体，然后用几何参量的形式将它们导入Grasshopper，通过运算生成屋面的母体曲面后，对母体曲面进行偏移、分割、连结和再生成，就得到了构成屋面
11、的各个弧形板。这样的设计方式实现了内部关系的高度整合，因而能够非常灵活地应对来自外部的修改要求，在这里，每一个初始点物体的位置都是可以移动的，所有弧形板构件的形态将随着点物体的位置变动而自动调整；曲面的偏移参数和V向、U向分割参数的数值也是可以变动的，拉动控制这些数值的滑块，弧形板的倾斜程度、弯曲形态、数量和相应的宽度亦将随之改变。在这里，“几何体”这个概念已经被参数化设计进行了重新定义。三、作为设计风格和设计思潮的参数化设计参数化设计关注的是事物之间的联系，而不是事物的形式，形式只是目的性的副产品，这样的主张在本质上强调了设计过程的科学性，然而在实践中却又使得设计成果的形态更加自由化和艺术化
12、，面对着鸟巢或巴塞罗那的“螺旋大厦”，我们更能产生“建筑是凝固的音乐”的观感；于是人们不禁要问：这种动机和效果互相矛盾的情况究竟是怎样产生的呢？我们的解答是：首先，美的形式并不都是艺术构思的产物。自然界中许多无机物的晶体结构都具有无比优美的造型，它们并不是艺术构思的产物，而是自然逻辑的产物。这些优美结构的存在，揭示了人类的美感与自然规律的某种一致性：从哲学层面思考，它们体现了合规律性和合目的性的一致；从艺术层面观察，它们都呈现出使人愉悦的秩序感。参数化设计中生成的三维形体也往往呈现出这样的一致性，它们的形态往往会超越人们对造型的最大胆想象，同时又会呈现很强的秩序感，因此，这样的形态往往给人时尚
13、而新奇的空间体验。其次，参数化设计在实践中并不排除审美直觉的积极参与。人们借助计算机技术描绘的复杂形体，已经达到了过去用绘画和制图手段难以到达的境界。这些虚拟形态在补充了设计师的想象力的同时也激发了设计师的灵感，而设计师又可以用调控参数的方法使之千变万化，再从中筛选最符合物理功能要求也最符合人们的审美需要的形态，这就使得艺术美与科学美有可能通过参数化设计技术得到完美的融合。“参数化主义”并非流派纷呈的后现代主义中的一个新的流派，因为它们不在同一个层面上思考问题。后现代主义作为一种创作趋向，不论其中的哪一流派，主要关心的是建筑形象和建筑艺术风格，基本不涉及建筑的功能、技术、经济方面的事项6，它与
14、技术进步缺乏必然联系，没有体现信息化时代的特征，在很大程度上只是詹克斯所说的“现代技术与传统式房子的结合”，并没有找到现代技术与建筑形式的良好结合点，因而不能完全取代现代主义而成为一种风格鲜明的主导性潮流。而参数化设计则几乎象现代主义运动一样，涉及建筑领域各个方面的问题，参数化设计的崛起，是数字化文明取代工业文明在建筑领域的表现。在哲学上，它是整体论的产物；在设计实践方面，它提供了关于如何处理建筑的复杂性问题的积极解答，因此我们宁可说，参数化主义是从技术与方法论角度出发的对后现代主义的不动声色的批判。“参数化主义”是否昭示着后现代主义的终结？它会不会成为新的“国际风格”，能否开启建筑史上一个全
15、新的时代？如果说，后现代主义对现代主义的批判，是人文主义对技术至上主义的批判，那么，“参数化主义”的崛起是技术对于人文的反拨吗？ 我们认为，鉴于参数化设计尚处在逐步崛起的过程中，回答以上问题似乎为时过早，但可以想见的是，我们正处在一个多元化的时代，世界似乎并不需要新的“国际风格”，参数化设计应当在进一步发展自己的技术理性优势的同时，更多地思考环境、文脉、可持续发展、多样化等等人文层面的问题。在中国，“参数化主义”尤其面临着如何对接民族文脉的重大课题。因此，我们更欣赏帕特里克.舒马赫在“设计的未来”研讨活动中所持的观点：未来的世界是多维的，“我们的建筑和我们的思维也应该是多维的”。 1注释：1
16、装饰编辑部：“扎哈.哈迪德建筑事务所合伙人帕特里克.舒马赫主题演讲”，装饰，2009，11，62百度百科：参数化设计：编辑词条 EB/OL.2010-02-22 http:/ 2008北京双年展参数化设计研习班：最新设计理念 成就大师梦想. EB/OL2010-02-22. http:/ 许力：后现代主义建筑20讲，上海社会科学出版社，上海， 2005，6.英文摘要Abstract: Parametric design, as a one-more-time technology-updated revolution since modernization movement on the re
17、search of architectural design, obtains more attention with its new way of thinking and good ability to solve complex design problems day by day. There are three respects: parametric technology as a design tool, the method of thought hidden behind parametric technology, and the design style created
18、by the thought method and technology.Key words: parametric design, parameterization, environmental design作者简介 任衣伟（1952）男，江苏宜兴人江苏工业学院副教授研究方向：设计艺术学、数字化设计江苏常州213001任侠（1983）男，江苏常州人KPF建筑设计(咨询)有限公司上海办公室设计师研究方向：参数化建筑设计、建筑BIM上海200021联系方式：手机：13961212573 宅电：0519-86646989邮编：213001 通信地址：江苏省常州市劳动西路世纪明珠园31幢202室电子邮箱：拉布诺斯特(法国建筑师)1830年在书信中写道：“只有从建筑工程构造中产生出来的装饰才是合理和有表现力的。艺术能美化各种东西在建筑中，形式永远必须适合它所要满足的功能。” 吴焕加：20世纪西方建筑史，河南科技出版社，郑州，1998，45 注意: 1,添加必要的图表 2,最后对上述三种参数化设计思想进行总结性陈述以及对参数化设计的趋势展望(结论)