建筑全生命周期：建造过程的生成式设计策略

（文）罗伯特•斯图尔特-史密斯 英国AA建筑联盟学院

郭馨＊ 深圳大学建筑与城市规划学院

（图）英国AA建筑联盟学院- DRL设计研究实验室

建筑全生命周期：建造过程的生成式设计策略

（文）罗伯特•斯图尔特-史密斯 英国AA建筑联盟学院

郭馨＊ 深圳大学建筑与城市规划学院

（图）英国AA建筑联盟学院- DRL设计研究实验室

Building Life-Cycle: A Generative Design Approach to Production

作为对远古和现代文明进步的一种历史传承，建筑环境是人类取得成功的关键所在，是人类引以为豪或饱受煎熬的核心。设计和施工质量不但对建筑居住者的生活带来直接影响，也对创造和维护这些建筑所需的全球资源产生影响。建筑消耗了全球40%的原材料、72%的电力和39%的全球总能源。这些数字可能会让人对建筑行业的现状产生担忧，但它们也可以被定义为一个具有竞争意义的指标来不断改善，即在改善生活和环境质量的同时，提升资源利用的经济效益。从实用性角度看，建筑是一种消费品。如果忽略了这一事实，则否定了建筑与其建造过程之间存在的一种更有创意的综合协调关系；而承认建筑是一种消费品，则会促使我们在建造过程中进行创新，从而为用户带来更大利益，为客户创造更多利润，为建筑师带来更多的设计机会。建造过程的创新，使设计与建造之间的关系变得更加紧密、更有意义，同时让建筑物在建筑环境和自然环境中起到更为积极的作用。

目前，对建筑行业环保效能的关注主要集中在建筑施工与建筑管理等方面，这就为深入研究探讨建筑本质的设计带来了机会。AA建筑联盟学院.DRL专业的罗伯特•斯图尔特-史密斯工作室通过对建筑全生命周期的反思，探索设计的生成过程。该工作室对建筑物的建造、施工、装配、使用和拆除等方面的因素进行了探讨，以期提出极具设计潜力的经济性方案。

生成式技术是一个充满创造力的过程。这种创造过程已经在艺术和设计领域应用了不短的时间，但它们主要关注抽象的创意方法，以避免预判和复制新奇的作品。利用分析工程的软件和计算机编程，使得超越业内标准的3D BIM软件的定制设计方法成为可能，从而能在独特的富有创意的设计过程中，解决建筑中经常面临的实际冲突和约束。独出心裁超越新奇是因为它将设计的性能表现以及因果关联都作为其固有的一种属性埋藏在设计解决方案内。

本文中所列举的项目是伦敦AA建筑联盟学院的建筑与城市规划硕士课程-设计研究实验室（DRL）专业-的毕业设计成果，毕业设计课程为期12个月。该课程强调创新性设计研究，学生需要花大量时间对运算化设计方法、预制工艺及推测性设计方案进行学习研究。通过这一课程，学生可以学习计算机编程，使用工业机器人、激光切割机、计算机数控机床（CNC）、电子设备、机器人等数字制造设备，并进行材料实验和制作工作原型。他们的研究成果为建筑业带来了新的发展方向，并为建筑师提供了更多的技术资源。这些项目还让学校与更多的行业和专家建立了重要的合作关系，提倡未来在建筑设计领域更注重跨学科合作，并由业内专家提出意见，对这些推测性研究结果进行论证。目前，参与合作的有结构工程师、计算机专家、机器人专家、艺术家及众多的制造和技术公司。

工作室通过不同的项目探讨生成式的预制、具有时效性的物质性，具有时效性的实用性，机器人学、现场机器人施工等方面的研究，发展形成具有创意的建筑建造方案。这一基于时间维度的工艺流程通过计算机模拟和工作原型的物理模型来运作。这些项目旨在最大程度减少材料的使用，减少建筑垃圾及运输需求，利用自然环保工艺，实现回收或再利用。而每一项目都包含了一种对建筑全生命周期的概念性回应、一种装配理念，以及一种运算化设计方法。每一个项目都包括材料的各种组织方式，并且比目前行业涉及到的更为细化。这种细化程度让这些项目具有多种实用性，以及独特的设计特性。例如，SoftKill或SCL学生小组的项目使用了独特的高分辨率多孔材料组织，大大减少了总体建筑材料用量，但与普通结构相比仍能保持有效的结构性能。这些性能通过与AKT2结构工程公司的定期咨询会议和合作，从概念上和技术上都得到了验证。

总体而言，该工作室的成果展示着一种设计的兴趣点，即视觉上所表现出来的设计品质是策略性的建造过程所具有的一个固有属性。这些研究成果包括工作室从过去六年到现在的一些精选项目。让人欣慰的是，那些较早期的项目至今并没有失去其先锋性，这也证明AA.DRL的研究工作保持着进取性和相关性。工作室的早期工作从算法引导设计和材料成形方面探索创新。许多项目通过创造性地利用材料力学（如，表面张力）或材料阶段性的性质改变，避免了使用装配模板，而是通过材料的自我成形对建筑各个部件进行配置。这些问题在项目描述中得以说明。

该工作室近年来进行了机器人技术研究，能利用设计算法对场外和现场施工场景所用材料和建造过程进行实时运算。最近几个项目所展示的空中机器人研究表明，学术推测与产业实施之间的差距正在缩小，因为这项研究通过计算机编程直接在机器人硬件上进行。在最近的几个例子中，基于计算机的设计模拟与最终建造行为之间已经没有实质差别，因两者都依照相同的计算机代码将设计和建造压缩在一个建造过程中。机器人施工和制造技术的进步，必然会让建造过程更加自由，从而带来更大的设计自由。

福特T型车的生产工艺让汽车制造能够通过量产取得巨大成功。今天，这种工艺升级为“大量定制”，实现了汽车制造的定制化，客户可从各种不同产品中选择内饰等汽车部件。建筑生产所要求的灵活性远远大于汽车制造的灵活性，因为事实上几乎每一座建筑物的尺寸和形状都是定制的。

直到近年来，建筑的大批量生产才通过不完善的“福特式”的框架得以实现，但建筑构件仍局限于相同的形状尺寸。这种方式在经济和设计上的不足使得建筑生产逐渐从“大规模生产”转向“大规模定制”。

工业机械臂已经在汽车制造领域应用了几十年，以实现生产灵活性，而现在这种机械手臂也在国内许多大学建筑系广泛应用。建筑行业大量定制服务方面的进步，对建筑设计而言存在两种可能的前景。它既可类似于汽车行业，只用来对量产部件稍作变更，或者实现向定制化制造过程的根本性转型，而建筑设计能够为创新生产过程制定战略，从而产生设计效益和经济效益。

本期《世界建筑导报》中展示了AA.DRL罗伯特•斯图尔特-史密斯工作室的研究成果，这些创新设计研究和探索不限制于行业的时间和具体实际限制，但同时尽可能贴近行业。虽然其中许多研究成果无法直接转化并应用到行业的实践中去，但这些推测性设计方案以合乎逻辑和周全的方式，提出了具有环保和经济效益、伴随着全面设计革新的备选的行业生产模式。这些研究成果提倡一种更为全面的建筑设计方法，对生产限制条件进行研究，并采取创造性的应对措施。从这个意义上说，这些设计研究对未来建筑发展的一系列可能性进行推测，创造性地结合了其生产过程，并认识到这种结合也对设计方案本身实际有益。

＊通讯作者：郭馨 邮箱：xinguo@szu.edu.cn