数字技术背景下建筑设计范式的演进历程

数字技术背景下建筑设计范式的演进历程

穆磊

（身份证号：610502198512137036  四川成都 610000）

摘要：1960年代以来，系统性科学、复杂性科学等科学理论开始广泛应用，后现代哲学以批判现代哲学的面貌出现，数字技术有了突破式进展。在建筑设计领域，由于过度追求功能性、纯粹性而漠视人的需求，现代主义建筑遭到越来越多的质疑和反思。在此背景下，建筑师的设计观念也受到这些新兴科学和哲学理论的影响，关注的焦点从孤立的“部分”转向复杂系统的“整体”，从平衡态到非平衡态，从他组织到自组织。一些建筑师开始将现代科学技术的新方法和人文科学的新思想应用到建筑设计领域，建筑设计方法出现了巨大的转变，同时也带来了建筑设计范式的根本性变革。

关键词：设计范式；设计流程；数字技术；

1.引言

现如今我国进入高速工业化发展阶段，伴随人工智能等各项技术的不断开发，设计工具必将向智能化转型，建筑师与人工智能协同设计领域的理论研究及设计工具开发将会推动建筑设计范式出现新的变革。在此背景下对基于数字技术发展的建筑设计范式演进的研究具有两方面的意义。首先是研究的理论意义，数字技术的参与对建筑设计的发展和转向起到重要作用，然而，国内关于这部分内容的研究尚未成熟。本文在学习以往相关研究成果的前提下，将基于数字技术的建筑设计范式的演进历程作为研究核心，系统地梳理其演进不同阶段中建筑设计观念、设计方法、技术工具和建筑设计产品形式的发展和变革，总结各演进阶段的特征和影响。对于人们认清这段历史，完善数字建筑理论体系，以及预测人工智能影响下建筑设计范式的变革具有重要理论意义。其次是研究的实践意义，随着科技水平不断提高、计算机技术不断发展，人工智能、机器学习等技术开始渗透入建筑设计领域，本文对不同设计方法的总结、设计流程的分析和数字技术的应用方式梳理，对启发和指导当前的建筑设计实践工作、探讨以大数据和人工智能为代表的智能化工具与建筑设计的结合方式并进行设计研究、数字化建筑设计相关技术和软件的开发应用有着积极意义。

2.建筑设计范式变革的背景

2.1参数化生成阶段建筑设计

进入 1990 年代，以哈迪德、格雷格·林恩、FOA、UNstudio 等为代表的众多先锋建筑师和建筑研究机构开始在学习、吸收复杂性科学理论、德勒兹哲学思想的基础上，将涌现性、自组织性、动态性、游牧性等概念进行创造性的解读和建筑学转化，借助当时正在高速发展的数字技术、速度快效率高的计算机运算系统，研究更加丰富、更科学的设计方法，主要产生了有参数化设计和算法生成设计法两种方法，以模块化、模数化为核心的装配式建筑设计在此阶段也有了新的发展。

2.2人工智能阶段建筑设计

正如人工智能之于其他领域，它的影子同样一直投射在建筑和规划的设计方法的变革之中。这些前期的研究远非制定智能算法，而是根据此类系统的潜力进行设计和推测的。当尼古拉斯·尼葛洛庞帝（Nicholas Negroponte）及其工作室发布 URBAN II 时，“机器助手”的构想已经很好地进行了。较新的版本URBAN V 将通过调整房间布局（定义为街区）来帮助设计人员，以帮助用户在模块化网格上绘制时优化邻接和光线条件。实际上，URBAN V 区分了两层信息：隐式和显式。隐式尺寸是机器处理和推导的尺寸，而显式尺寸是用户设置的尺寸。URBAN V 中这种信息的双重性是尼葛洛庞帝所希望的机器与人的互补性的直接翻译。正是在隐式参数集中，“智能”（换句话说，就是机器内部构建的人工智能）才能找到其表达式。对于位置不佳的房间，系统还会通过调整参数以优化方案。直到 90 年代初期，该领域才迎来了全面的突破。新型模型的出现揭示了 AI 的潜力：网络和机器学习。通过利用分层管道（也称为网络），机器现在可以掌握比以前开发的模型更高的复杂性。可以对这些模型进行“训练”，或者换句话说，针对特定任务进行调整。甚至更有趣的是，将这种想法引入一种特定类型的模型中：生成对抗神经网络（GAN）。该模型最初由 Google Brain的研究人员 Ian Goodfellow 于 2014 年提出，该模型提供了通过神经习题网络进行图像生成的方法，同时通过自校正反馈回路确保了准确性。

2.3数字技术背景下建筑设计范式演进特征对比分析

从与古典主义建筑设计范式和现代主义建筑设计范式的对比来看，1960 年代起从设计观念、设计方法、技术工具以及在此基础上产生的建筑产品形式都与之前的范式有很大不同。在建筑设计观念方面，从追求纪念性、永恒性转向追求功能、空间、工业化和标准化，再转为对科学化、理性化和绿色可持续的追求；设计技术工具从原始的、手工的建造技艺转向机械化、工业化生产，计算机工具在建筑设计中的突破性应用使得数字技术开始从模拟手到模拟脑，从模拟简单操作到模拟复杂思维模式不断发展，开启了全新的时代；古典主义时期还没有关于建筑设计方法的系统性研究，1960 年代起主要形成的分别以参数化、生成化和模块化为核心的设计方法相较于现代建筑运动时期的方法更加科学化、系统化和智能化，人的需求和体验在建筑设计考虑的因素中所占比重也越来越高。使用的建筑材料从砖石、木材等转向钢、玻璃，再转为更加复杂的复合材料、生物材料等等。在此基础上形成的建筑产品形式的建筑性能越来越高，从只注重经济成本到重视绿色、环境，也带来了更多元化的美学思考。因此可以说，1960年代起在系统科学和数字技术的架构下，建筑设计范式开始了全新的演进历程。而在数十年的演进发展过程中，科学、哲学和技术不断发展，因此这段历史也依据观念、工具、方法和产品形式的不同划分为起始、过渡和成熟三个阶段，各阶段间既有继承又有变革。

由于人工智能阶段的核心技术，即机器学习，不是一个确定性模型，计算机通过数据样本或者用户输入的信息自己创建对规律的理解和掌握，进而生成解决方案，在这个过程中，不会人为赋予任何的设计规则，这是一个基于自我信息统计的决策的自动化过程，这是“人工智能设计”和“参数化设计”之间的本质的差异。可以说，机器学习颠覆了参数化设计的前提和思路。也就是说，人工智能技术为建筑设计带来可能性转变的最大原因在于，人工智能算法具有主动认知和学习的能力，能够对获取到的庞大的数据进行整理、分析，并从中寻找规律和逻辑，也许参数化设计中使用的算法将在未来将由人工智能算法直接运算得出。总的来说，1960年代起建筑设计范式在系统科学的架构和数字技术的推动下开始了持续进步的演进过程，其中，数字技术可以被认为是设计范式演进的核心动力，而设计流程自动化程度则反映了各阶段范式的突出特征。

3.结束语

通过建筑设计范式的演进历程，可以发现范式内容也是不断发展和成熟的。建筑设计观念向科学化、理性化、开放化和动态化持续发展；数字技术的作用从只能辅助建筑师完成一些基础性、重复性的工作到走向智能化、生成化，在建筑设计中所能做的工作范围愈加广泛；并且，主要诞生了以关联化、参数化为核心的方法、以生成化为核心的方法和以模块化为核心的三种设计方法。得益于电脑强大的运算性能，建筑设计的效率不断提高，学科交叉性增强，设计建造的协同度也不断提高。数字技术背景下建筑设计范式的演进已进入成熟阶段。

参考文献

[1]莫秋云,王荣.数字技术在现代工科高等教育教学中的应用[J].数字技术与应用,2010(05):137.

[2]彭丽谦.当代人居环境研究中的复杂性思维方法[D].湖南大学,2014.

[3]袁烽. 从图解思维到数字建造[M]. 同济大学出版社, 2016.

[4]宋绍佳. 从库恩范式理论看现代主义建筑危机[D].复旦大学,2013.

作者：穆磊，身份证号：610502198512137036。