参数化非线性公共建筑空间设计

郭艳云，黄宇申

（广州番禺职业技术学院，广东 广州 511483）

1 参数化及非线性设计

参数化设计就是参变量化设计，也就是把设计参变量化。首先把影响建筑的主要因素作为参变量，然后通过规则系统（即算法）作为指令来改变其他参数，当在计算机语言环境中输入参变量数据信息，同时执行算法指令时，就可实现生形目标，得到建筑方案雏形[1]。“非线性”即不是“线性”的，所谓线性，指两个变量之间可用直角坐标系中一段直线表示的一种关系[2]。

2 建筑原型生成过程

2.1 烟雾扩散动态过程

项目位于广州番禺职业技术学院青山湖旁，设计灵感来源于烟雾。首先对烟雾扩散时间过程进行拍摄，拍摄结果如图1所示，记录出不同时间点烟雾呈现的形态。可观察烟雾在不同时间点呈现形态不一，且都有其内在结构形态。为进一步了解其内部结构情况使用CINEMA4D来对某时间段的烟扩散过程进行模拟内部粒子活动过程，从扩散动态过程中可看出内部有很清晰且稳定的结构支撑，而不是杂乱无章的走序，将根据模拟出来的烟雾粒子分布形态，提取其中关键帧或某个形态用来深入分析。

图1 烟雾拍摄（图片来源：网络）

2.2 点云粒子分析

在提炼出来的C4D模拟系统中的点云粒子系统分布显示如图2所示，不同时间段的粒子密集程度来观察出集中点和分散点，挑选3s和5.2s的时候这个型是相对最稳定且分布也是最有层次的，将这两个点云粒子图作为建筑原型进行进一步拓展。

图2 点云粒子分析

2.3 粒子系统找出建筑空间动线

对选取的T=2.55s和T=4.65s的粒子分析图使用Grasshopper的最短路径，得出基础形态和空间走向的路径线如图3所示，然后提取空间主要动线为空间动线及建筑形态走向，从得出的路径线可以初步推算出空间的聚合及分隔。在原有的空间动线的基础上运用Geomagic Studio逆向工程封面来找出建筑外壳形体，在这个过程中GS会根据之前的空间进行优化并得出建筑雏形，如图4所示。

图3 建筑动线

图4 建筑外壳形体

3 技术路线

根据建筑位置环境分析太阳运行轨迹并计算出1d内的受光时长及温度，选址于广州属于南亚热带季风性海洋气候，夏季时段超过6个月。通过用Ghrasshopper设定好建筑地区位置计算得出建筑光照就9月9—15时的日照时长及太阳方位图，从图6中可得出最高气温可达到25.5℃，其最低温度都保持在23.2℃以上。同时从建筑照射时长图可得最长光照时长为5~6h其面积均处于建筑受光面最高处，其次是3~4h受光时长处于较分散区域面积多在最长照射区域附近，其中从立面视图可得出建筑最大照射时长为0~2.4h的区域是最大的，如图5所示。

图5 建筑区域温度模拟

对建筑表皮照射时长图中再进一步通过计算建筑表面体积及体积中心并根据重心体积惯性力能数据分析出建筑表皮的部位的开口形状。同时还会根据建筑光照时长来确定建筑表皮上开口的疏密及大小间距，在蓝色区域间距相对较大，保证充足的通风，在黄色区域光照照射时长较长表皮都处于封闭状态或少量开口，这样才能更好地避免建筑长时间被日光照射，最终通过计算机生成的建筑表皮结果如图6所示，在通过GH优化表皮结构，最终得出建筑效果如图7所示。

图6 建筑表面日照时长分析

图7 建筑造型效果

4 结语

参数化设计过程中的规则系统及描述规则的语言、软件参数模型、参变量，以及生成的形体都是显形可见的，与建筑师传统的设计过程相比，再也不是人脑黑箱生成的不可见过程，相反，它是逻辑化可控的科学设计过程。