探析非线性建筑的参数化设计

数字化技术的蓬勃发展使具有动态特性的非线性建筑设计逐渐走上主流设计的文化舞台中心，而面对系统化的非线性建筑结构时，以强调自上而下的设计理念为依托的参数建模设计方法正充斥着整个建筑学界。文章从非线性建筑参数化设计的基本涵义着手，描绘出在参数化设计视角下非线性建筑设计所具有的基本特征，同时概括其设计方法及操作过程，试图勾勒出设计与建造相互交融的未来建筑生产模式。

从毕尔巴鄂古根海姆美术馆到扎哈·哈迪德建筑事务所设计的错综复杂的流线型造型，数字化气息的模型和令人震撼的渲染图在互联网上开始蔓延到生活中并随处可见。计算机数字化技术的引入，导致建筑单体与城市空间两者之间的功能特性界限变得越来越模糊。建筑物的复杂性转变是非线性建筑设计思想产生的前提条件，即强调影响因子之间参变量的相互作用，并在分析研究过程中让建筑形态自然的浮现，将空间形态的“结果”转化为“思维过程“。这种建筑设计逻辑的改变不仅能精确的控制设计过程中各种细小因素，同时又可偏离形式主义的误区，使设计的最终整体结果具备高度智能化。

非线性建筑的“参数化设计”概述

作为抽象逻辑“参数”起源于数学，定义为函数“量”的一种特定属性，它不是常数，一般可描述系统中各个部分的内在秩序，参数一旦发生改变，就有可能大幅度地影响整个系统的运行方式。将建筑视为一个非线性的动态系统，在这个复杂的系统之中就会存在很多参数，它们相互关联并且最终可决定整个系统的性能。当建筑师通过分析建立起参数化的关联模式后，就可以通过系统的自身运算来解决所面临的疑难问题。

简单来说，参数化设计是参数系统通过利用其相关运算技术，高效且全方位编排或组织系统的一种设计策略。广义的参数化设计是一种基于数字技术的设计方法，它伴随计算机图形技术的进步而逐步在设计行业中发展起来。在工业设计领域被应用得极其广泛，而在建筑设计之中才初现端倪，主要原因在于后者牵涉更多的相关学科专业，甚至囊括经济、政治等内在制约因素，使其相关软件在设计开发时需要解决更为复杂的技术难题。总体来说，国外对于非线性参数化设计的实践探索明显领先于国内，并且已经迈入了从实践跨越到教育的延伸阶段，其中颇具代表性的有Zaha Hardid Architects、AAEmtech、UN Studio等，相比之下，国内建筑生产环境的硬件设施陈旧，设计思维束缚于传统，导致建筑师自身表现出尴尬的矛盾性，即在更新设计技术的同时不得不进行方程式的设计操作。

参数化设计及其技术平台

参数化设计技术主要指的是计算机软件技术和数字建造技术，它们是参数化设计得以存在的关键因素和核心工具。参数化设计软件作为技术工具，不仅具备能够建立参数关系模式的机制，同时还拥有模拟和构造非线性动态的能力。使用者以交互的方式对参数进行设定和修改，再通过软件运行自身所内置的高级运算技术来模拟现实世界。如Bently公司研发的Generative Components，针对Rhino专门开发的Grasshopper，它们都是以十分直观的参数关系图示来呈现参数之间的关联机制。计算机脚本技术能将设计师的思维直接转译成计算机程序代码，从而实现参数化软件在某些方面无法涉及的任务，最常使用的有Rhinoscript和Maya Embedded Language，设计师在编写脚本时可能会耗费大量的时间，一旦程序检测出错，则需花费更多的精力来修改。

基于Autocad平台开发的Revit，其中的信息模型就由无数个虚拟构件拼装而成，在进行传递和共享数据时可有效地减少工程资讯的漏失。数字制造是通过信息的建模和处理来改进制造工艺，在非线性建筑建造的过程中，数控机床技术的激光切割和弯曲技术被广泛应用，前者适用于平面切割或板材加工，后者则可控制材料的塑性变形。

参数化设计的基本逻辑

非线性建筑的参数化设计是各种矛盾的综合体，在构建参数建造模型时，需设定参数并寻找彼此作用的平衡点。功能组织是绝大多数建筑所要解决的首要问题，既可运用软件转译后显示的功能组团之间的距离远近来表现不同区域之间的吸引力或排斥力，也能先用阵形密度代表空间的功能属性，再通过选定运算法则得到空间动静特征值进而确定功能排布。建筑的形体受其外部环境以及内部活动的双重影响，因此，遵从结构的多样性，在自然系统中探寻与环境相适应的形态并将其中某些能够用于建筑生成的组织结构转译为建筑形态的参数，这不仅能够创造出颇具视觉艺术的建筑形式，还可以解决某些实际的建筑问题。

建筑结构被称之为“骨架”，是建筑形式表达的物质基础，参数化设计从几何的角度输入结构规律与形式逻辑之间的参数值就能精确地生成建筑形式。建筑物理环境由声、光和热三部分构成，这些参变量可通过数学或物理描述直接转译，动态的数值得以生成不同的非线性建筑方案。同时，将人的心理及行为需求作为设计的重要参数，再通过数字技术识别，能使无生命的建筑物转变为具有交互能力的高级建筑形态。

结语

在设计实施过程中，设计师的主观倾向往往一直处于主导地位，而参数化设计打破了其主次关系，将客观条件的限制置于首要位置，并在此基础上不断地优化内在因素从而生成设计方案。建筑物是由很多关联因素共同影响生成，如何控制由这些参数整体形成的动态可调节系统，正是非线性建筑参数化设计的本质内涵。

（作者单位：湖南师范大学美术学院）

作者简介：王玮璜（1989-），男，湖南株洲人，湖南师范大学美术学院2013级研究生，研究方向：环境艺术设计。