数字营造与实验建构

张颖

摘 要：随着数字技术在设计领域的不断发展，设计方法与实践方式在数字平台下被重新改写，建筑设计师在注重设计生成的同时，也需要设计理论的支持。场域理论作为一个跨学科理论，对参数化设计研究有着重要的价值与意义。在复杂性科学与参数化技术的影响下，场域理论与参数化设计之间存在密不可分的关系。文章以场域理论为研究基础，以算法为切入点，以数字化建筑装置为设计对象，研究分析参数化实践背景下的数字营造与实验建构。

关键词：参数化设计;场域理论;算法;数字营造

基金项目：本文系江苏省研究生科研与实践创新计划项目（SJCX19_0446）研究成果。

一、场域理论

（一）场域概念

场域（Field）理论最早可追溯到19世纪中叶的物理学，英国物理学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）首先发现电磁感应现象，由此以“field”一词开启了物理场论的序章。这里“场”指的是一个以时空为变量的物理量。在之后的所有学科研究中，心理学首先引入物理学中的“磁场”概念，并将其哲学转向为“心理场”。随后这一词不断被引入多个学科之中，包括社会学、建筑学、艺术学等学科。社会学将场域理论作为学科内部主要的理论之一，法国社会学大师布尔迪厄在社会学领域中将场域定义为社会关系中的网络或结构，并提出资本、惯习、场域三个概念作为剖析社会环境的范式。从人类社会关系上看，人的行为与行为发生的场地将構成一个场域环境，在此环境中，身在其中的人也会受自身影响。由此可见，场域并非是单纯的物理环境，也包括人们的行为以及相关联的诸多因素，强调的是场内单元与群体、环境关系的探究。从物理学到心理学再到社会学，可见场域不仅是一种空间关系，也是一种社会关系。

（二）建筑场域

20世纪末，美国建筑师斯坦·艾伦首先提出了“场域状态”来解释场域建筑内的形式与空间的关系，探究场内个体规则性与集体秩序性之间的关联，以此创新型方式应对现代城市的复杂性。自此，场域理论在建筑学科中开始出现并发展。步入21世纪，参数化设计逐渐走入人们的视野，帕特里克·舒马赫提出了“参数化主义”来定义这一时代风格。同时，他将“场域”一词引为“参数化主义”建立的概念。他与扎哈合伙建立的扎哈·哈迪德建筑事务所也一直以“field”等词汇作为设计的核心思想，一种动态的、流动的、关联的场域在建筑领域中形成。科技的迅猛发展，使实际建造逐渐不再受到技术的限制，致使设计形态造型不断突破常规形式，涌现出大批先锋建筑。快速生长的先锋设计与当下城市面貌中仍然存在一定的冲突性，这一问题也引发诸多设计师的思考，他们由此将目光转向环境场域的构建中去。计算机技术的发展，给设计方法注入了新的血液，给设计师带来巨大助力，场域理论在此背景下发展，于参数化设计中出现了相关算法应用。

二、参数化空间设计

（一）概念定义

参数化设计是指受参变量控制的设计，经一定的逻辑关系，利用计算机语言计算出有序的数据用于设计中。把限制、影响设计的诸多要素数据化，通过建立一种或者几种逻辑规则和关系借用某种计算机语言进行运算，在计算机之中建立出设计雏形，通过调整、改变参数的值来改变整个数据，以生成最后的设计结果。参数化空间就是利用参数化设计方式物质性呈现的客观形式，本课题研究的参数化空间以建筑学相关概念为主。舒马赫将参数化设计风格称为“参数化主义”，当代建筑已经开始在重新组织与更新设计方式，来满足日益增长的复杂性需求。参数化设计风格已然在当代建筑界占据主导地位，基于参数化设计范式，发展出这一先锋的建筑设计风格。不同于解构主义的无序性，参数化的特性就是其有序性、关联性、连续性，参数化内部单体与群体之间的存在差异之外，也存在个体的差异性。正是因为其自身的特性，运用参数化设计的空间层出不穷，其新颖独特的形式逐渐被大众喜爱，甚至成为一种设计潮流趋势。

（二）设计发展

1960年后，现代主义的衰落使参数化的种子悄悄地种下了。以先锋建筑师弗雷·奥托（Frei Otto）为代表的参数化先驱们开始通过物理模型进行找形实验，这之后逐渐发展直至当今参数化在各个领域的普及。到了2008年，帕特里克·舒马赫参加了第十一届威尼斯双年展“Dark  Side”俱乐部，首次提出“参数化主义”一词。“参数化主义”作为传统建筑风格的继任者，具有全新的时代性特征，颠覆以往的设计风格。如舒马赫之言，参数化设计表现出的强烈时代感以及不可复制的特征。他强调，传统建筑是自上而下的，人们描述理想化的形式、对称的形态、精细的结构、清晰的几何关系和功能分区。如今，建筑进入了他所说的“自主性”阶段。就像蝴蝶效应一样，细节的规则将引起一系列整体的变化，事物之间不受控制地折叠，功能也将出现多区域、模糊化、高混合的概念。自此，参数化设计正式被定义，成为一种具有复杂、现代特征的新型设计风格，飞速应用于诸多设计当中。因此，从弗雷·奥托到帕特里克·舒马赫，从物理找形到系统生形，从手工模拟原型到计算机模拟生形，可以将参数化的发展过程分为四个阶段，分别是原型阶段、初始阶段、参数化主义 1.0 阶段、参数化主义 2.0 阶段。参数化设计通过四个阶段的发展，逐渐走向成熟，并且在世界范围内表现出独树一帜的设计风格。被参数化方法所定义的设计，在建筑、室内、景观、产品等多种设计领域中成为最亮眼的一部分，这是人类在设定规则之后，计算机语言再生的直观呈现。

三、算法实验建构

（一）实验缘起

人类实则生存于一个巨大的场域之中，人类、环境、文脉、自然之间存在着千丝万缕的关系。正是在此环境下，随着工业革命以及技术的发展，城市环境与面貌受到一定冲击，使得人们开始将目光从城市转向自然景观。场域算法是根据物理现象研究得出的一种形态生成方法，蕴含一定的科学性与数字美感。笔者将以数字手段抽象表现为设计实验的切入点，借助算法模拟来试图转译自然景观，尝试运用参数化设计手段与数字建造方式再现风景。

（二）数字营造

在应用实验中，首先确立设计灵感，以风吹过麦田留下麦浪后的景致为设计着眼点，将这一自然律动景观投射到设计中;而后提取定格画面下，麦子充满动态、自然、随机的变化形态;最后通过运用场域算法，生成多变的自由形态，参数化模拟出这一景观现象。在模拟过程中，先是在二维空间中预设点阵，通过场域算法中的点磁场干扰，集散偏移出新形式的点阵，以此得到目标点的X轴Y轴坐标。点阵中每一个点随着场域中的干扰因素而在二维空间中移动变化，这便形成了二维空间点，以此为进一步生成点做准备。之后将原始点阵中的点与之前的干扰点拉进，计算出每个点到干扰点的最近距离，提取距离将其对应转化成区间在 [0.6，3]的数值当中，并输出作为之前二维空间偏移点的 Z 坐标。由此得到了杆件两端的端点，即预设点阵为起始端，磁场干扰到的三维点阵为杆件末端。这些点将随着参变量的变化而变化，无序渐变位置不同。这样一来，生成的杆件长度不一，倾斜方向不一，每一根杆件都独一无二，不可复制。

（三）实验生成

实验装置最终以600根杆件，且每根圆管都有不同的倾斜角度和高度，按序排列组合而成。装置空间中每一个单元圆管相互之间存在一定联系，有序连续成为整体，但彼此之间存在差异性。装置整体呈现秩序性，但局部呈现差异性，在此场域内部对于同一与差异和谐包容。装置内部预留了穿越漫游、驻足体验的路径与休憩空间，生成具有趣味性与参与性的空间形态，以此将“风景再现”与“风景叙事”用一种数字形式呈现出来，数字设计的现代手法与材料的非自然属性从另一面来呼吁大众对原生自然环境的重视（图1、2）。

四、结语

通过对场域理论的多学科概念、参数化空间设计的概念与发展的梳理，能够发现场域理论于多学科之间的贯通以及参数化设计多元发展的趋向。在数字营造实验中，笔者以场域理论为研究依据，以脚本算法为实践方式，将自然界中风吹麦浪的印象投射到数字营造实验中，以参数化设计手段创造性地再现动态的视觉景观。在一系列实践研究过程中可知，算法的應用突破了传统手工的生成方式，其理论的提出使得人类文明不断进步。在技术革新的社会背景下，场域理论所具有的全局观，具备的动态、关联的应用格局，给参数化设计带来巨大的发展前景与挑战。在快节奏的城市氛围下，关联场域环境对人类生活有着决定性作用，借此希望参数化设计以自由、绿色、平衡的趋向发展，并且期望人们能够更多地以全局观看待自然、城市、建筑之间的和谐关系。

参考文献：

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作者单位：

南京艺术学院设计学院