導(dǎo)語：建筑參數(shù)化設(shè)計與多學(xué)科交叉發(fā)展研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著計算機科學(xué)的快速發(fā)展，建筑設(shè)計越來越依賴新興的計算機輔助設(shè)計系統(tǒng)，這些輔助系統(tǒng)也開始影響建筑設(shè)計的發(fā)展。建筑參數(shù)化設(shè)計作為與計算機科學(xué)聯(lián)系最為緊密的一種建筑設(shè)計方法之一，現(xiàn)如今也大量的運用在越來越多的實際項目之中。本論文從建筑參數(shù)化設(shè)計的基本特點出發(fā)，通過不同學(xué)科與建筑參數(shù)化設(shè)計的交叉角度，運用文獻查閱、對比分析等研究方法，來探討在多領(lǐng)域多學(xué)科的交叉影響發(fā)展下，建筑參數(shù)化設(shè)計在整體設(shè)計周期中所發(fā)揮的作用以及其未來發(fā)展的趨勢及潛力。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計；學(xué)科交叉；設(shè)計方法

1建筑參數(shù)化設(shè)計及其特點

1.1建筑參數(shù)化設(shè)計。由于計算機科學(xué)在20世紀末期的飛速發(fā)展，計算能力不斷提升，計算機輔助設(shè)計已經(jīng)在各個設(shè)計行業(yè)中占據(jù)了絕對的統(tǒng)治地位。參數(shù)化設(shè)計方法正因得益于此，在2000年前后也開始出現(xiàn)在大眾的視野中。參數(shù)化設(shè)計是指通過計算機編程，將影響設(shè)計的各種參數(shù)組織到一起，搭建一個數(shù)字化模型，調(diào)整不同的參數(shù)，就能夠獲得整個數(shù)字化模型的不同設(shè)計結(jié)果[1]。這種參數(shù)模型能夠集合多種設(shè)計參數(shù)為一個整體系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中，各個參數(shù)又通過一定的拓補關(guān)系，與其他參數(shù)建立聯(lián)系，對系統(tǒng)中任何一個參數(shù)的修改，都能夠直觀的看見其他參數(shù)乃至整個模型的變化，從而達到多種設(shè)計結(jié)果參考比對的目的。進入21世紀后，多種易用的計算機參數(shù)設(shè)計工具的出現(xiàn)，使得建筑參數(shù)化設(shè)計開始在全球范圍內(nèi)高速發(fā)展。1.2建筑參數(shù)化設(shè)計的特點。由于參數(shù)化設(shè)計需要通過算法將各種參數(shù)連接成一個整體的系統(tǒng)，那么這些不同的影響參數(shù)以及參數(shù)之間數(shù)學(xué)邏輯關(guān)系，就成為了這個系統(tǒng)中最為重要的兩個部分。通過對這兩個部分的調(diào)節(jié)，就能夠精確的控制建筑的形態(tài)。根據(jù)這一系統(tǒng)的內(nèi)外關(guān)系，建筑參數(shù)化可以總結(jié)為參數(shù)性，動態(tài)性和系統(tǒng)性[2]。參數(shù)性是指系統(tǒng)中所集成的大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)直接或間接的構(gòu)建出整個建筑體系，以用來模擬在現(xiàn)實中影響建筑的各種條件。有的參數(shù)也是一種多維度的變量，處于一種不可見的過程態(tài)之中，一般的設(shè)計思路并不需要觸及到這類參數(shù)，但在參數(shù)化設(shè)計中，這類參數(shù)往往很多，并且能夠起到簡化思路，便捷控制更多直觀參數(shù)的作用。動態(tài)性是指在大量參數(shù)之間建立起來的數(shù)學(xué)聯(lián)系，可以通過便捷的手段來進行實時的修改，來達到符合預(yù)期設(shè)計的目的。這種動態(tài)性在數(shù)學(xué)學(xué)科中被稱之為函數(shù)集，即通過修改一定的參數(shù)，來串聯(lián)性的自動修改其他的參數(shù)[3]。這種動態(tài)是實時、自動的進行，設(shè)計師只需要設(shè)置好參數(shù)并且配置好它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，以此快速的呈現(xiàn)出不同的設(shè)計結(jié)果。系統(tǒng)性就是這一由龐大的數(shù)學(xué)模型，在同一平臺之下，被有序的組織，呈現(xiàn)出精確的建筑模型。這一平臺就是參數(shù)化平臺，它不僅使建筑設(shè)計朝著一種邏輯性更強的方向發(fā)展，還使得建筑設(shè)計更加便捷自由并降低各項資源成本。發(fā)展成熟并使用廣泛的平臺是Rhino配合Grasshop－per，除此之外還有基于BIM的Revit-Dynamo等。1.3算法的思維模式。建筑參數(shù)化設(shè)計與傳統(tǒng)的建筑設(shè)計方法有一個明顯的區(qū)別，那就是參數(shù)化設(shè)計需要深入了解不同項目需要用到的最適合的算法，并考慮到算法在整個系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用，這是一種跨學(xué)科的運用形式，建筑設(shè)計師需要具備最基本的算法選擇與設(shè)計思維，制訂出最契合項目參數(shù)運行方式的算法，將計算機學(xué)科中的觀念與建筑設(shè)計結(jié)合起來。算法在參數(shù)化設(shè)計中起到了聯(lián)系樞紐的作用。算法在不同的情況下也具有優(yōu)劣之分，好的算法能夠簡化設(shè)計步驟，節(jié)省時間成本，減少資源調(diào)用等，算法是建筑參數(shù)化設(shè)計中最主要的部分，它體現(xiàn)了設(shè)計過程的流程形式。1.4參數(shù)化設(shè)計與非線性設(shè)計。非線性設(shè)計的起源要比參數(shù)化設(shè)計早很多，高迪所設(shè)計修建的米拉公寓以及圣家族大教堂等都可以視為非線性設(shè)計，整個建筑設(shè)計中包含了一些多維度的設(shè)計思路[4]。參數(shù)化設(shè)計所生成的建筑大多是非線性的，但這兩者之間并不能夠畫上等號。從視覺上看，非線性設(shè)計可以通過多種設(shè)計手法來達到，而參數(shù)化設(shè)計所形成的設(shè)計方案也不全是非線性的。但從整個參數(shù)化設(shè)計系統(tǒng)來看，參數(shù)是各部分的內(nèi)在聯(lián)系，一旦發(fā)生改變，就有可能影響整個流程的運行結(jié)果，因此此類建筑可以看作一個非線性的集合[5]。

2建筑參數(shù)化設(shè)計與多學(xué)科交叉發(fā)展

2.1參數(shù)化設(shè)計與計算機學(xué)科。參數(shù)化設(shè)計是建立在計算機之上的，無論是軟件還是硬件的發(fā)展，都能夠在參數(shù)化設(shè)計中體現(xiàn)出來。從Rhino各個版本的對比中可以發(fā)現(xiàn)，隨著計算能力的增強，以往很多的模擬只能夠在一種很粗糙的環(huán)境下進行，所求得的解也不夠精確。在實際建設(shè)中，非線性的幕墻需要細分曲面成為網(wǎng)格來進行施工，這一過程在早期的Rhino版本中，無論是精確度還是速度上來看，都遠不如現(xiàn)在最新版本（Rhino6），而這一變化，主要依賴計算機的發(fā)展。2.2參數(shù)化設(shè)計與建筑結(jié)構(gòu)學(xué)科。在傳統(tǒng)的設(shè)計流程中，建筑設(shè)計師在完成設(shè)計之后，再將方案移交給結(jié)構(gòu)工程師，來進行結(jié)構(gòu)的搭建和計算，在一些結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的方案中，就有可能出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和方案相沖突的情況。而在參數(shù)化設(shè)計中，往往方案與結(jié)構(gòu)能夠進行同步推進，很多非線性的結(jié)構(gòu)合理特征往往需要參數(shù)化來進行模擬，而這種合理結(jié)構(gòu)的模擬結(jié)果，都會具有非線性的美感，能夠作為建筑的外表皮直接呈現(xiàn)出來。在參數(shù)化設(shè)計的同一平臺下，設(shè)計師與結(jié)構(gòu)式協(xié)同工作，僅通過調(diào)整參數(shù)，來達到雙方都能夠接受的最佳結(jié)果[6]。在現(xiàn)階段BIM技術(shù)的推廣下，結(jié)構(gòu)已經(jīng)逐步往設(shè)計階段介入，在參數(shù)化的協(xié)助下，學(xué)科之間的隔閡已經(jīng)逐步縮小。2.3參數(shù)化設(shè)計與綠色建筑方向。由于政策環(huán)境等影響，綠色建筑是我國現(xiàn)階段公共建筑主要推進的重點方向。然而，許多綠色建筑設(shè)計方法仍停留在傳統(tǒng)的外立面遮陽、覆蓋綠化、拔風(fēng)中庭等手法，這成為我國綠色建筑以主動技術(shù)為主導(dǎo)的局面[7]。在參數(shù)化設(shè)計方法中，通過恰當?shù)乃惴皡?shù)化平臺的使用，建筑的很多物理性能都能夠進行簡單的模擬，然后使用優(yōu)化算法，來求得建筑相關(guān)參數(shù)的最優(yōu)解。這種方式生成的綠色建筑，在限制條件下都是最有利于節(jié)能減排的布局形式，無論是建筑的體型系數(shù)，還是建筑外表皮的遮陽開窗大小，通過算法的優(yōu)化，得到的物理效果總是最優(yōu)的存在。讓建筑設(shè)計師能夠通過可視化的方式與建筑物理方面的人員沒有隔閡的交流，這將推動綠色建筑在我國的發(fā)展。2.4參數(shù)化設(shè)計與BIMBIM技術(shù)，又可稱之為是建筑信息模型技術(shù)，其技術(shù)的核心主要是通過在計算機虛擬輔助工民建項目三維設(shè)計模型的建立及計算機數(shù)字化技術(shù)的輔助功能，為其所建立的三維模型提供可靠的、完整的、與實際狀況相互一致的工民建項目數(shù)據(jù)信息庫[8]。BIM在最近的幾年中發(fā)展迅速，并且由于BIM平臺本身較為前沿，適用范圍極為廣泛，因此許多的專業(yè)方向都在朝著BIM技術(shù)方向靠攏。在BIM建筑設(shè)計方向中，其運行的核心，可以理解為一種更加簡潔高效參數(shù)化設(shè)計方法。在參數(shù)化的方式下，BIM能夠集合龐大的建筑信息，形成一個高效完整的信息庫。但是BIM本身是參數(shù)驅(qū)動的信息管理類的平臺，其對于建筑設(shè)計以及造型能力非常弱。以Revit為例，為了彌補這一板塊，其在后面的版本中推出了Dynamo設(shè)計工具，在一定程度上加強了參數(shù)化設(shè)計的能力。

3建筑參數(shù)化設(shè)計的發(fā)展趨勢

在計算機運算能力不斷的提升下，現(xiàn)階段使用參數(shù)化來進行設(shè)計的項目越來越多，它所創(chuàng)造出的合理的結(jié)構(gòu)、富有變化的外立面的建筑，也被越來越多的人所接受。參數(shù)化設(shè)計本身只是一種設(shè)計方法，其好壞依然依賴于設(shè)計師的專業(yè)素養(yǎng)。由于其需要設(shè)計師具備一定的編程能力，因此在往后的建筑教育中，計算機輔助方面的教育需要向更加前沿的技術(shù)方向上推進。當今國家正在建筑行業(yè)大力的推動BIM技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，參數(shù)化設(shè)計與BIM的結(jié)合在未來的發(fā)展中也成為了主流方向。BIM平臺本身已經(jīng)集合了結(jié)構(gòu)、暖通、管道、綠色建筑等相關(guān)專業(yè)于一體，參數(shù)化設(shè)計依賴于BIM平臺，也就能夠打通與其他專業(yè)之間的壁壘。建筑參數(shù)化設(shè)計的趨勢也會更加依賴計算機科學(xué)的發(fā)展，當前計算機科學(xué)中較為前沿的AI技術(shù)、VR技術(shù)等，在以后參數(shù)化設(shè)計的部分流程中，也會融入進去，進一步加強參數(shù)化設(shè)計的靈活性。

4結(jié)語

參數(shù)化設(shè)計已經(jīng)發(fā)展了幾十年之久，所積累的技術(shù)已經(jīng)逐步成熟，無論是算法，還是設(shè)計手法，在當前建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢下，學(xué)科之間的交叉已經(jīng)越來越深入，各個學(xué)科之間相互借鑒相互發(fā)展是未來建筑設(shè)計發(fā)展的基本趨勢。建筑參數(shù)化設(shè)計利用最前沿的系統(tǒng)平臺，來組織各學(xué)科的聯(lián)系，創(chuàng)造出脫離人們審美疲勞的新建筑。但多學(xué)科交叉發(fā)展下的建筑參數(shù)化設(shè)計，對于建筑而言，所使用的平臺越來越分散，各類型的參數(shù)化平臺往往不能夠覆蓋大多數(shù)的相關(guān)學(xué)科。因此，建筑學(xué)作為建筑設(shè)計行業(yè)的“龍頭”，也應(yīng)該進入到平臺開發(fā)的領(lǐng)域中去，引導(dǎo)各參數(shù)化平臺的多學(xué)科跨專業(yè)開發(fā)。

參考文獻

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作者:彭圣杰 單位:西南交通大學(xué)建筑與設(shè)計學(xué)院