用参数化技术四步优化建筑群设计

张业星

随着科学技术，特别是信息技术的进步，数字化设计的理念日新月异，建筑设计领域涌现了一大批新型技术，如BIM（Building Information Modeling，建筑信息模型）、衍生式过程设计、参数化设计、过程式城市建模等。新的技术带来了新的设计思路和灵感，设计师以过去无法想象的方式进行设计。

本文试图探讨借助智能化工程设计软件Bentley Generative Components（GC）和集成的土木设计和工程软件Bentley Geopak结合起来形成参数化的建筑布置方案。

第一步：建筑群布局设计

本部分内容以八卦布局为例说明。八卦起源于人文始祖伏羲，八卦表示事物自身变化的阴阳系统。在城市规划设计中，八卦布局常常被应用，具有代表性的有新疆特克斯县八卦城和杭州八卦田。新疆特克斯县堪称世界最大、最完整的八卦城，八卦城呈放射状圆形，街道布局如神奇迷宫般，路路相通、街街相连。杭州八卦田位于杭州西湖风景区东南侧的玉皇山南麓，又称“八丘田”，上面种着八种不同的庄稼，一年四季，八种庄稼呈现出不同的颜色。在八卦田中心，有个圆圆的土墩，那就是太极图。

在城市建筑群布局设计中，首先要应用GC创建八卦布局。八卦布局创建过程主要分成四步：第一步，构建参数化同心圆，将圆n1等分，并按对应关系连接各点，n1大小可调；第二步，将两圆中间的直线n2等分，n2大小可调；第三步，按对应关系连接两圆中间的各个点；第四步，尝试不同参数下的组合方案。

对称是同形、同量的形态。在建筑区域设计中，使用对称能表达出秩序、稳定与庄重的感觉，并能给人以美感。在八卦平面布局的基础上，创建简单的三维圆柱体示意建筑以占位，设置干扰因子，随机调整圆柱体大小和位置，尝试可控随机布置方案，在不规则布局中需找部分对称布局平衡点，以获得最佳布置。GC在设计对象和元素之间建立起强大的逻辑关系，通过界面图形操作和脚步编程的混合方法，能够模拟出各类形态，并记录各类对象的创建过程，从而获得无与伦比的创造性，能够更加灵活地发挥主观能动性进行创作。

接下来，形成建筑物示意布置方案。由测绘专业提供的等高线在Geopak软件中生成地面模型，将八卦布局设计应用于地面模型中，自动生成开挖与回填需求，以及分析各剖面和开挖回填工程量，优化布置方案。Geopak中Site模块在处理导入三维图形、开挖回填和放坡方面十分高效，这样我们可以前期创建任意复杂的场平图形，然后导入Geopak自动生成开挖模型。

最后，进行场地平整分析。为寻求最佳布置方案，调整八卦布局方位，重新切出剖面和计算，做好方案对比分析，选择最佳场地平整方案；在Geopak中设置好图形与地面模型关联后，即可实现方案的参数化调整。

第二步：单一建筑形体优化

参数化建筑形体创建过程要通过七步来完成：第一步，构建参数化椭圆截面；第二步，以层高N米，在Z方向上递增复制多层；第三步，创建一个与椭圆集合对应的旋转角度的数据集合，并赋予椭圆；第四步，由椭圆集合加厚生成楼板；第五步，由椭圆集合放样生成外墙轮廓；第六步，对外墙轮廓进行曲面划分；第七步，根据曲面上的线条特征生成外立面柱。

带参数按逻辑创建建筑模型的优势在于整个过程可以记录，在方案设计初期阶段，将椭圆截面大小、层高、层数、旋转角度、外轮廓柱数量、外轮廓柱直径设计为可调节参数。在方案调整阶段，调节参数、模型能迅速响应并更新。

第三步：复杂建筑模型布局

随着单一建筑形体优化工作的不断深入，会积累越来越多的参数化方案和复杂的建筑模型。这些模型可通过参数化调整得到不同的造型，为后续的城市建筑群的形成提供有力的支撑。具体的做法是，先将建筑模型库应用到八卦平面布局中，然后对整个区域中的某一建筑形体单独调整。

第四步：模型整合

将建筑布局场平、城市建筑群模型和周边建筑模型整合，可以综合反映建筑群在整个城市规划中的位置和相互影响关系。

此外，还要动态调整建筑群的位置。经过多次调整，可以得到更合理的布置方案。有时候甚至可以将多种布置方案叠加到地形图上来辅助决策。

实现四类参数化

总而言之，在城市建筑群布局设计中将GC和Geopak结合起来应用可以实现四类参数化：

第一， 应用GC实现建筑群场地平面布局的参数化；

第二， 应用Geopak平台中的自动开挖和放坡功能对建筑群场平进行动态调整分析；

第三， 应用GC实现建筑群整体的参数化；

第四，应用GC实现建筑群中所有单体建筑的参数化。

这四大参数化有机结合起来，形成了一种全新的建筑群布置设计方法。

科技的进步驱动了部分传统设计手段的变革，数字化设计给土木工程行业带来了新的机遇和挑战。借助新的技术手段，我们能高效地完成传统业务设计，积累模板工程知识，提高设计效率。同时，数字化设计能打破传统设计理念，创造更适合人类居住和工作的环境，建造更美好的城市。