参数化 数字化时代的“道法自然”

千茜 袁俊峰 蒋华平 赵新周 陈君文 唐韵雅

参数化，在设计领域作为一种崭新的手段，其本质就是以数字化的方式诠释设计目的，构建设计逻辑，并最终解决设计问题，很明确的是在方法论范畴内的技术革命。而我们知道方法论的进步也必然推动相应世界观的演进，文章正是试图通过笔者有限的参数化设计实践提出一个可供讨论的世界观：即参数化就是“数字化时代的道法自然”。之所以得出这样的结论，首先要探讨的当然就是“自然”本身的哲学涵义

1 自然概念的历史演进

哲学上把未经人类改造的自然称为“第一自然”，把经过人类改造的自然称为“第二自然”。 第一自然和第二自然在马克思主义认识论中统称为自然客体，自然客体是指自然界的事物和现象。而第三自然被认为是“美学的自然，是人们按照美学的目的而建造的自然，是模仿第一或第二自然所建造的……”[1]。

中世纪之前，有机论认为，自然如同女人一样：或平和、仁慈、养育众生，或暴力、灾害、不可理喻；故对自然采取的态度是尊重和膜拜。文艺复兴之后，随着工业的发展和科学的进步，机械论应运而生，驾驭自然、对自然的征服和统治，成为统治世界的核心观念，要将自然“置于限制、制作和塑造中，被技术和人手做成新东西，象人工制品所表现的那样”[2]。而面对当今自然资源被耗尽的危机，人们又重回前机械论世界的环境价值观。保护自然、尊重自然，成为当今世界的主题词。

图01 湖南凤凰南华山国家森林公园生态敏感度评价图

图02 “欢乐的UU” 艺术平台

图03 青春大道—“踏浪桥”

从机械论——一种在近代科学发展中有着高度影响的自然哲学开始，一直把自然看作类似于一台机器；同时，机械论的世界观把自然的事物和过程看作是静止的和孤立的，而不是变化的和普遍联系的，忽略事物之间的关联和联系，这种对自然的认识体现在迪卡尔的方法论中就是把事物分解成若干部分，抽象出最简单的因素来，然后再归纳、总结。虽然这种方法几百年来在特定范围内行之有效、但是它不能如实地说明事物的整体性，不能反映事物之间的联系和相互作用，它只适应认识较为简单的事物，而不胜任于对复杂问题的研究。直到20世纪出现系统论才发生变化。系统论认为，整体性、关联性，等级结构性、动态平衡性、时序性等是所有系统共同的基本特征。系统论的核心思想是系统的整体观念，强调任何系统都是一个有机的整体，而不是各个部分的机械组合或简单相加，系统的整体功能要远大于各要素在孤立状态下的功能。系统论的基本思想方法，就是把所研究和处理的对象，当作一个系统，分析系统的结构和功能，研究系统、要素、环境三者的相互关系和变动的规律性，并优化系统观点看问题。系统论的出现，使人类的思维方式发生了深刻地变化。这种自然系统论的认识实际上强调的就是事物与事物间的有机关联性，而我们知道参数化在数学上解释的就是数字与数字之间的内在联系，当数字可以表达自然界事物的话，那么参数化表达的不就正是他们之间的内在联系么？因此在目前数字化时代的宏观背景下，产生以参数化观点去认识自然的世界观是历史的必然，并且作用于人类社会的方方面面，而设计行业作为一个数字化转型较早的信息密集型行业自然也会受到更广阔和深远的影响。

2 参数化：对自然规律的数字化尊重

文章借用了老子“道法自然”的传统提法，但其中的“道”应该理解成一个参数，在文章里它的值等于“参数化的方法”，而这种方法的价值准绳应该是“自然”，文章中另一个重要参数，在这里定义为世间万事万物的自然规律。

研究参数化为什么一定要研究自然，尊重自然规律，原因就是人的本质是自然的，人对自然的向往是与生俱来的，如有一种叫“彩色印花混凝土”的材料曾风行一时，通过简单的模板印出模仿木材的花纹，但很快因为纹样单调机械而被淘汰。究其原因就是达不到自然界中“叶叶都相似、叶叶都不同”的自然美感而得不到人们的认同。而现在众多仿木人造建材厂家显然已经注意到这一点，通过在木纹样式中增加3-5种自然的变化，特别是增加自然界中才有的、特殊的、不确定的变化，使产品的自然感真实感大为改观，从而获得人们的青睐。可见仅是形态上的自然特征已经能体现出人类的基本审美需求是倾向自然的。而自然界的一切物质要素的形态，如云彩、闪电、雪花、树叶、水滴、细胞、星球……等，事实上都是具有一定内在规律的分形形态。而参数化恰恰是能使分形学成果在现实中得以运用的最基本手段之一。这样的应用其实在影视业上早已出现，如电影《阿凡达》中动辄上百万棵树的超大尺度长景中，其中每棵树的形态都是以参数化方法生成而各不相同，因此具有高度的真实感和强烈的震撼力。

图04 不同建筑标高的日照强度分析

图05 “生态轴”剖面日照强度分析

图06 植物生长曲线

图07 建设难度

图08 绿岛概念

参数化设计并不仅仅体现在对设计成果在自然形态的数字化解读和模拟上，也同样体现在对设计和合理性的甄别和判断上。目前地理信息系统（GIS）的广泛运用就是个很好的例子。GIS通过把场地的各种生态因子、人文因子进行信息综合处理和分析归纳，并选择提炼设计参数直接影响设计结果。如在景观旅游地的规划设计中，经常会用GIS对场地进行生态因子和自然要素的分析，以得出土地利用和生态保护分析评价，以便对场地进行科学的规划设计。在湖南凤凰南华山国家森林公园项目中，设计师就通过对场地地质、地形地貌、高程、植被、水文、光照、环境价值等多种因素的调研和分析，得出生态敏感度评价图（图01）和建设适宜性评价图，以指导土地的开发利用和保护，并通过对生态环境的保护来保障景观旅游地的自然生态与景观骨架的完整性和可持续性。类似的例子还有很多，但总的来说，我们认为参数化的核心理念应该是，寻找现实事物的内在逻辑，依循自然世界的客观规律，用数学的方法加以解释并验证，最后指导人们的社会生产实践并产生较传统方法更符合人们当代需求的各种效益。

图09 概念效果图

3 参数化设计的展望：从形式生态到功能生态

正如西班牙建筑师安东尼奥·高迪（Antonio Gaudi）的大量模仿自然的杰作背后隐含的是严谨的数理逻辑和科学的设计方法一样，信息技术的发展已经创造出一种新的“第三自然”——数字化的“自然”。

建筑或景观的形态，经过古典主义、现代主义、后现代主义的洗礼发展到今天，已呈现出生态化、数字化、多元化的发展格局。在现代设计中，形态（或表皮）已经从结构中解放出来，并拥有了相对独立的形式语言。在参数化的作用下，形态呈现出图形化、渐变式、动态化等特点，即将参数化作用于形式，可以产生前所未有的、复杂多变的、或接近自然的形态。

在“大运会火炬塔纪念广场设计”项目中，设计师在火炬塔旁根据大运会标志“欢乐的UU”设计了一个景观艺术组合，其中运用参数化原理，通过编辑正弦函数来控制亚克力圆管的起伏高度、半径、疏密程度等，甚至圆管截面也可以通过初始端数据来调节变动。圆管内用激光雕饰大运金牌榜等信息，记录大运精彩历程，并形成绚丽的夜景艺术平台（图02）。在大运开幕式上，“青春大道”令人难忘，遗憾的是大运会过后，“青春大道”作为临时设施已被拆除，在“大运火炬塔纪念广场设计”项目中，设计师试图用参数化再现和升华“青春大道”（图03），设计景观桥作为连接深圳湾体育中心、火炬塔和深圳湾三者之间的纽带，桥的造型延续深圳标志城雕“闯”的艺术形象，营造大气而富有动感的城市形象，桥两翼用参数化设计金属钢架起伏变化，既可遮阳，应对深圳亚热带炎热气候，又如同被巨人之手推开的浪花，寓意深圳不断开拓之路，有战胜任何困难的勇气，共同丰富“而立深圳”城市新内涵。

大多数设计师热衷于将参数化作于形式，醉心于复杂而多变的“表皮设计”，并美其名曰“生态表皮”（在此笔者姑且称之为“形式生态”）；然而更高境界是将参数化原理作用于功能，做到“功能生态”，才具有更积极的意义。这方面笔者也做了一些粗浅的尝试。

在“深圳湾生态科技园景观设计” 中，由于该项目由近20 栋高层和超高层建筑组成，如何使高塔林立下的中庭和“生态轴”空间形成林木繁茂的宜人花园，真正体现生态理念是项目的难点。经过日照分析，得出在相对标高20m高度之上才有较大的中庭面积，达到全年平均PAR>6MJ/m2/d的阳性植物生长标准， 而 0-20m高度的太阳辐射量则达不到6MJ /m2/d（图04）；由于建筑物的相互遮挡作用，中庭和景观平台空间阳光辐射分布不匀，6MJ认定的阳生植物光照条件呈现波状形态（图05），设计师试着沿这条植物生长的最低限度线种植阳生植物，使之成为一条绿带，并命名为“反重力生态波” （图06）。由于将底层抬高会受到技术、资金和空间使用上的限制（图07），设计运用了悬挂式种植方式，形成空中绿岛的概念，一系列绿岛串联的序列就成为了另一个景观——“绿岛仙踪”（图08）。同时，建立光能量优化分布系统，运用特殊设计使阳光经过幕墙遮阳板和绿岛下缘进行两次反射，可以把阳光巧妙的从上层转射到下层，从而为下层的植被供给能量。该装置还与电脑数据联动，可以随太阳角度变化自动计算反射面转动的角度，也可以控制绿岛的上下高度，使绿岛能够随着太阳辐射的变化而变化高度(图09)。特别需要强调的是，该设计并不需要高难技术，通过太阳能驱动的液压装置就可以实现，且所消耗的能源全部来自太阳能，真正实现能量自给自足的低碳理念。

4 参数化: 来自人脑，回归自然

从各种意义上来说，参数化都是人类抽象思维产生的重要成果，但其作用的对象却大多是人类看得见摸得着的有形人造事物。应该说让这些人造的事物无论看起来还是用起来都更加自然和谐似乎成了人类下意识的本能诉求，人类的智慧和自然的法则似乎在参数化这一命题上高度统一起来，而参数化是否能够将“虽由人作，宛自天开”的浪漫理想推到一个更高的境界，就让我们拭目以待吧。

注释：

所有图片均来源于深圳市北林苑景观及建筑规划设计院有限公司

[1]王向荣,林箐.自然的含义[J].中国园林,2007,(1):6-17.

[2]杨通进,高予远.现代文明的生态转向[M].重庆:重庆出版社,2007:29.