参数化设计在地域建筑保护与设计中的应用

参数化设计在地域建筑保护与设计中的应用

杨岳

天津天咨拓维建筑设计有限公司 天津 300384

摘 要：当下的建筑忽视了建筑自身所具备的地域性和独特性，使得建筑与周围环境、城市肌理缺少有机结合。建筑的参数化设计成为当下最前沿的一种设计观念和思维模式。为了避免建筑的参数化设计进入从形式到形式的误区，本文希望利用参数化设计这个具有创造力的媒介来更深层次的探索研究建筑的地域性。

关键词：参数化设计 地域性 传统建筑保护 城市规划

前言

如今是一个开放的时代，“全球化干涉”渗透到了各个领域，建筑也不例外。导致建筑的空间和形态的趋同，建筑的民族个性被建筑的“国际性”所取代。然而建筑是人类不断适应自然环境的产物，不同地域的人类在不同的气候、地形条件下长期探索发展出相适应的建筑和文化。正因为建筑所在的地域不同，地域建筑才富有特色和活力，因此地域性是建筑的本质属性之一。如何汲取现代建筑设计理念，结合新的生活方式，利用先进的技术手段，创造出满足现代功能需求的新的地域建筑，实现对地域性的深层次体现尤为重要。

越来越多新的设计方法运用到建筑的地域性研究当中，计算机数字技术的不断发展，给设计师们带来了新的途径。其中参数化设计采用了全新的思考方式，将建筑设计中复杂的影响因素看做参数，然后通过计算机数字技术将其组织起来。有些影响因素是可变的，称为参变量，有些参数是固定的。当对参变量进行改变时，设计的结果就相应的变化。因此，在设计中寻求事物彼此的关系和内在逻辑，在变量与输出之间建立联系，通过参数模型的调整来进行建筑形式的优化，使得建筑设计变得灵活而可控。

如果建筑设计中加入对地域性的思考，将建筑所在地的自然因素、社会因素、文化因素设置为建筑的参数，利用计算机对其参数控制生成建筑。因此通过研究建筑与城市、环境、人的生活之间细微的逻辑关系，并将其转译为参数化的变量，就可以通过参数的调整实现建筑对地域的适应和融合，实现其地域性的表达。

在对传统地域建筑的保护中的应用

在建筑单体方面

目前中国传统建筑的保护一般是通过大量的测绘或三维激光扫描技术来准确获得古建筑的现状，然后针对性修缮。对于传统建筑本身的内在规律和构成逻辑研究表达有所欠缺。随着计算机数字技术的发展，通过计算机可以完整的建立三维模型，直观的展现在眼前，并且包含了所有构件的尺寸信息。但是这些尺寸是固定的无法改变，并且模型中没有智能的体现传统建筑各个构件之间的逻辑关系。

其实中国传统建筑的木构架就是一套完整的参数化体系。宋代的《营造法式》和清代的《工程做法》就是一套程序脚本，所有的传统官式建筑都遵循这套建构方法和逻辑，根据建筑开间大小和模数决定构件的尺寸，并且构件和构件之间存在一定的比例关系。因此现在可以通过参数化设计的方法对传统建筑建立三维模型，模型中包含了传统建筑的模数、比例、尺寸和构造逻辑。这样不仅模型直观的展现在眼前，而且在对模型一处的修改时，建筑中的各构件的尺寸和空间位置会做出相应的改变，并且这种改变是符合传统建筑的模数关系和建造逻辑的。这种用参数化建立尺寸驱动的三维模型通过计算机自动完成，这对于中国传统建筑内在建构逻辑的研究是非常有利的。参数化模型将复杂的传统建筑构件的营造规律清晰地表达出来，使得人们对中国传统建筑的精髓有更加理性而直观的认识。另外，参数化建立的三维模型，可以自动生成任意部分的平、立、剖面图，因此无论是设计或是传统建筑的保护还是施工都带来了方便。并且计算机可以很方便快捷的统计出各个构件的尺寸、体积、表面积等几何信息使得材料和工程量统计变得科学而容易。

以中国传统建筑亭为例，笔者通过运用rhino中的grasshopper插件对传统亭子进行参数化三维建模。对模型中建筑的各部分尺寸和比例设置了大量的参数变量。因此可以根据自己的需要对建筑参数进行修改来改变其形式并且还能保证建筑的内在构造逻辑。（图1、2）

图 1 对底边边数参数的改变

图 2 对顶弧度参数的改变

清代官式建筑构造根据《工程作法》进行设计，其中“斗口”的开口尺寸分为十一等材是建筑设计的基本模数。确定了斗口尺寸，建筑的整体体量以及建筑中各构件的尺寸都可以依照其与斗口的比例关系得出。例如建筑柱网的面宽与进深由斗拱攒数定，“攒以斗口数十一分定宽”即攒是斗口宽度的11倍。因此可以对官式建筑进行参数化分析得出建筑构造的内在逻辑，并利用VB编程生成AutoCAD的脚本文件，在AutoCAD中直接运行脚本文件就能生成参数化三维模型。对其不同参数进行修改立刻生成不同的模型，效率大大提高。（图3）

图3 庑殿顶参数化模型

在建筑规划方面

在传统建筑规划方面，中国传统建筑规划遵循院落式的逻辑，单体建筑围合成庭院，以庭院为单元进而形成群组，群组进而组成城市。这种不同尺度上同构相似的逻辑所具有的同构性正是分形结构的表现，是参数化的典型逻辑。

分形是参数化中的一个主要的概念。分形理论被誉为自然界的几何学，是非线性学科的前沿分支。1967年美籍数学家曼德布罗特(B.B.Mandelbort)在权威的《科学》杂志上发表了题为《英国的海岸线有多长》的著名论文，深层次地揭示了事物之间普遍联系和统一的图景,从而诞生了分形理论。分形的典型例子有：康托尔集、谢尔宾斯基三角形（图4）和门格海绵、龙形曲线、空间填充曲线和科赫曲线。

图 4 谢尔宾斯基三角形前五次递归

在参数化设计中，分形可以被理解为创造介于整体与部分、有序与无序、复杂与简单之间的新形态，利用自相似原则和迭代生成原则，从局部形态出发重新理解整体，这对中国古代的城市规划的研究和对现代的城市规划的启示和发展具有重要意义。

在复杂地形中的应用

通过参数化设计可以有效的将建筑与复杂的地理环境有机的结合。建筑师可以将完整的地理信息输入计算机生成三维模型，运用参数化的方法制定出一套满足一定功能要求的几何图形生成算法，进而形成一套较为完善的参数化模型。然后针对项目不同的影响因素，向这个设计好的几何图形生成算法输入个性化的限制性参数，计算机通过运算获得诸多结果，最后设计师通过主观的筛选得到方案的最优解。

面对复杂的地形，运用计算机对地形数据进行整合和模拟，形成完整的地形数据库。将场地中特殊地形在地形数据库中定位，为之后的数据分析做准备。这样就可以运用参数化方法将即将设计的建筑数据信息通过一定的几何图形生成算法对地形数据库进行分析筛选得出最优解。这样得出的结果是对自然山体形态破坏最小、土方量最少、植被破坏最小的方案。为接下来的建筑规划和建筑方案设计打下良好基础。参数化的设计方法使得对山地复杂地形的利用更加科学合理，同时也为大自然的保护做出贡献。

结语

将参数化设计理论与方法和地域性建筑研究相结合，突破传统建筑思维模式，是建筑未来发展的方向。本文通过对传统地域建筑的保护、城市规划等多个方面阐述了参数化设计在地域建筑设计中的应用前景。为日后的地域建筑设计，提供一定的参考。未来参数化的发展趋势将是基于对自然、人文和社会因素的合理抽象和准确量化，从而增加参数化设计的可靠性和合理性。

参考文献：

[1] 亚历山大·楚尼斯 利亚纳·勒费夫尔. 王丙辰译.批判性地域主义——全球化世界中的建筑及其特性.中国建筑工业出版社,2007.

[2] 诺伯舒茨.场所精神——迈向建筑现象学.华中科技大学出版社,2010.

[3] 谭洁、汪梦林、王建华.参数化设计在古建筑保护中的应用研究——以清代官式建筑为例．四川建筑科学研究，2010.03.

[4] 隈研吾(日)著. 计丽屏译.负建筑.山东人民出版社,2008.

[5] 隈研吾.让建筑消失.建筑师,2003 ,12.