面向未来元素的卢浮宫建筑重构参数化设计研究

■蔡嘉奕 Cai JiaYi

(澳门科技大学，中国澳门 999078）

在大导向的视野下，文章围绕以基于一种迭代参数化设计算法的研究方法探索，以3D模型的结构式训练去构造建筑的基本形态，通过给定的结构形式。去寻找更多的不规则图形的演变方式，可视化整个解决方案空间，因此，本文章可延伸的方向都十分的灵活，并且选址了卢浮宫金字塔建筑重构研究作为本次的设计运算专题，大金字塔作为卢浮宫博物馆的主入口，由美籍华人建筑师贝聿铭设计，于1989年建成，已成为巴黎的城市地标。通过国际建筑设计大师贝聿铭先生建造的未来元素的玻璃金字塔，并不仅仅局限于复杂的形态，而是运用的几何形式去展现，包括建筑整体大轮廓造型，以及运用大量的玻璃元素去打造整体建筑，同时设计人员选择和控制不同的建筑细节与大体上的设计也有更多的策略。

1 卢浮宫建筑前期调研

1.1 概述

卢浮宫金字塔(Pyramide du Louvre)区域位于巴黎主庭院拿破仑庭院，构造由大量的玻璃与金属切割形态构成的金字塔形式的地标，周围三个小的主要入口为卢浮宫的人流动向区域，由美籍华人建筑师贝聿铭设计，于1989年建成，已成为巴黎的城市地标。通过国际建筑设计大师贝聿铭先生建造的未来元素的玻璃金字塔，并不仅仅局限于复杂的形态，而是运用的几何形式去展现，包括建筑整体大轮廓造型，以及运用大量的玻璃元素去打造整体建筑，金字塔的特点是稳定、永恒，作为世界上最早的纪念性建筑的形式，其本身就极具古典气质(图1)。从形态本身来看，涉及更多的是大小、粗细、方或是圆等形式上的意义[1]。材质的应用应该算是锦上添花了，通透的玻璃幕 降低了对游客的视线阻碍，消解了形体。在增加入口的可识别性的同时又不喧宾夺主[2]。综上所述，金字塔下的大厅，交通节点，出入卢浮宫的人流都会在这里汇集。流线通畅而清晰，空间变化丰富，整个金字塔很好地完成了卢浮宫新入口的任务，而且在空间艺术上也是一个很高的水平，更重要的是，空间作为建筑设计中一种独特的形式，其在光环境上的设计也历来是建 筑设计师们设计的重点[3]。

1.2 选取原因

关于卢浮宫金字塔的形象呈现正是在本土地域发展过程中的一种文化内涵与建筑呈现形式的展现，同时也是大众审美的趋势与反馈结果，所构成的具有主观性的构建和映射的过程[4]。当我们站在卢浮宫广场上或者进入入口的时候，我们会透过卢浮宫金字塔透明的玻璃往外看发现外部的水也是透明的，同时仔细观看我们会发现水中的倒影呈现也是能够与周边的古典建筑相互呼应，通过现代的眼光去观赏并且重新审视古典建筑，古今对比及动静对比能够展开融合与新的对话碰撞形式。

1.3 演变思路

从内部放射的光线打破了卢浮宫建筑三角网格，并使用照明器，反射器和绿色规划的公共平台，在卢浮宫金字塔内部大量使用的光线反射器与三角菱形形态的设计能够最大限度的享受自然光，并且这些光线反射器也可以收集白天的光线，可供晚上使用，并且充当太阳能版面的功能，最大限度的绿色化并且对于太阳能的利用率提升到最高。该计划的每个部分旨在改善居民的生活，并融合法国国花鸢尾花的元素为整体带来更强的视觉节奏感。

1.4 演变设计元素选取

相传法兰克国王路易·克洛维一世（Clovis）接受洗礼时，上帝送给他的礼物就是鸢尾花，法国人视其为纯洁的象征，鸢尾花花形象白鸽飞翔的姿势，象征着“圣灵”。以城市色彩控制为代表的各类优化城市视觉形象的柔性精细化设计手段逐渐成为城市转型升级的显学[5]。法国人种植香根鸢尾除供观赏外，也是获取香精的重要原料。所以本文章设计点提取了法国鸢尾花的几何抽象造型。包括建筑整体大轮廓造型，以及运用大量的玻璃元素去打造整体建筑，金字塔的特点是稳定、永恒，作为世界上最早的纪念性建筑的形式，其本身就极具古典气质(图2)。

2 卢浮宫建筑灵感来源概述

在前期方案定义的同时，“产、村、景”三者是其发展的重要组成部分,三者之间的关系紧密相连,相辅相成[6]。我们找了很多自然的纹理与元素来支撑我们的设计，我们通过前期对自然纹理元素的提取与简单地介绍从而来为我们后期进行参数化智能算法，一座城市的文化氛围以及环境很重要，城市空间的公共设施扮演着非常重要的角色(图3、图4)[7]。

2.1 参数化风格化形式探索

研究了卢浮宫建筑的风貌、基础设施、居住条件、产业发展等方面存在的问题,并分析了导致这些问题产生的主要原因[8]，通过借鉴生成学习参数化程序将建立两个模型通过线条影响周边图形与通过面影响曲面图形来学习两个给定图像之间的联系，然后评估程序将根据输入的边界图像生成建筑里面展示图（图5）。城市建筑色彩基本色谱的建立可为城市建筑规划、设计和管理提供有效的数据保障[9]。该自动设计工具可以帮助减轻早期设计阶段建筑师的负担，从而快速预览建筑计划的设计解决方案（图6）[10]。

2.2 参数化风格化形式探索

前期整体概念的分析与演变：（基础建筑表皮的形成）通过基于平面模式加上几何模块化的结构参数化生成设计和参数化分析模块方法，可帮助设计构造人员通过在给定的边界条件下操纵力图来生成3D多面体形式（图7）。通过用不同的规则细分3D力图，可以生成各种形式，从而导致更多的成员具有较短的长度和更丰富的形式整体复杂性。但是生成结果都需要多次调整（图8）。

■图1 卢浮宫金字塔

■图2 法国国花鸢尾花

■图3 自然纹理元素

■图4 建筑纹理元素

3 卢浮宫建筑设计表达

在有了基础的表皮之后，尝试了两种方式进行树形表皮的赋予。首先，第一种方式为style transfer（风格迁移），先利用固定角度的表皮模型图片在Ostagram网站进行的尝试。得到如下效果：此方法的目标是帮助设计师简化绘图过程，替代设计师自行绘制卢浮宫建筑设计表达和城市图像。

文章展现出来的结果并没有达到预想的树形生长的效果，所以才有了下面的尝试：把基础表皮模型在Rhino里Unrollsrf UV（展开曲面），得到黑白的图形，再到Ostagram网站里进行数据重组，自然环境、民族文化、历史条件造就了丰富多彩的卢浮宫建筑形式，历史博物馆作为精神文化传播的窗口，要多推出在思想、科学、知识等多学科领域独具特色的展陈设计[11]。

在与整个场地的内在关联的呈现上，确定了只有正确的认识历史建筑的综合价值，才可以化解历史建筑保护与城市发展两者间矛盾的观点[12]。希望能达到一种介乎于“纯自然生长”与“人工辅助编辑”的一种“超自然”状态，是有自然介入的，同时也是一种新生的事物[13-14]。以帮助设计师自动生成建筑图纸的预测细节[15]。通过对数百个图像对进行机器学习，学习程序将建立一个模型来找出两个给定图像之间的联系，然后评估程序将根据我们提供的新输入图像生成输出图像[16-17]。在有了基础的表皮之后，尝试了两种方式进行树形表皮的赋予。首先，第一种方式为Unrollsrf UV（风格迁移），先利用固定角度的表皮模型图片在Ostagram网站进行Style Transfer的尝试，其实出来的结果并没有达到预想的树形生长的效果，所以再有了下面的尝试：把基础表皮模型在Rhino里Unrollsrf UV（展开曲面），得到黑白的图形，然后再到Ostagram网站里进行数据重组，白天实景模拟图（图9）,夜晚实景模拟图（图10）。

■图5 线条影响参数化设计

■图6 曲面影响参数化设计

■图7 模拟插入国花衍生图

■图8 模拟插入国花衍生图

■图9 白天实景模拟图

■图10 夜晚实景模拟图

4 结语

参数化设计的普及，为各类设计带来了无限的可能性，尤其体现在规划、建筑、景观、室内等设计范畴的延伸；参数化设计相对于传统的设计有不少优势，类似通过调整Grasshopper（GH）参数化数值的分析比对，可以生成我们需要的各类不同参数形式，组合，嫁接，生成，并且我们可以选择最合适我们的方案去使用。但这样的展陈照明存在显著的问题：一是未能充分满足文物保护的要求，开敞式展览难以保证展品始终处在一个稳定的温湿度场，且难以防止有害射线的伤害。Grasshopper（GH）参数化软件还可以与一些BIM软件比如REVIT进行协同设计，甚至通过GH的插件，实现Rhino的BIM化，另外还可以配合一些算法和插件，比如遗传传法、Geco、Ladybug、Honeybee、Kangaroo等做一些优化设计，这些都属于高级应用。增加文化符号的保护，竭尽全力打造可持续性设计，同时也显现出了文化符号与公共空间的联合性会更加密切。