導語：建筑參數(shù)化設計與多學科交叉發(fā)展研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：隨著計算機科學的快速發(fā)展，建筑設計越來越依賴新興的計算機輔助設計系統(tǒng)，這些輔助系統(tǒng)也開始影響建筑設計的發(fā)展。建筑參數(shù)化設計作為與計算機科學聯(lián)系最為緊密的一種建筑設計方法之一，現(xiàn)如今也大量的運用在越來越多的實際項目之中。本論文從建筑參數(shù)化設計的基本特點出發(fā)，通過不同學科與建筑參數(shù)化設計的交叉角度，運用文獻查閱、對比分析等研究方法，來探討在多領域多學科的交叉影響發(fā)展下，建筑參數(shù)化設計在整體設計周期中所發(fā)揮的作用以及其未來發(fā)展的趨勢及潛力。

關鍵詞：參數(shù)化設計；學科交叉；設計方法

1建筑參數(shù)化設計及其特點

1.1建筑參數(shù)化設計。由于計算機科學在20世紀末期的飛速發(fā)展，計算能力不斷提升，計算機輔助設計已經(jīng)在各個設計行業(yè)中占據(jù)了絕對的統(tǒng)治地位。參數(shù)化設計方法正因得益于此，在2000年前后也開始出現(xiàn)在大眾的視野中。參數(shù)化設計是指通過計算機編程，將影響設計的各種參數(shù)組織到一起，搭建一個數(shù)字化模型，調整不同的參數(shù)，就能夠獲得整個數(shù)字化模型的不同設計結果[1]。這種參數(shù)模型能夠集合多種設計參數(shù)為一個整體系統(tǒng)，在這一系統(tǒng)中，各個參數(shù)又通過一定的拓補關系，與其他參數(shù)建立聯(lián)系，對系統(tǒng)中任何一個參數(shù)的修改，都能夠直觀的看見其他參數(shù)乃至整個模型的變化，從而達到多種設計結果參考比對的目的。進入21世紀后，多種易用的計算機參數(shù)設計工具的出現(xiàn)，使得建筑參數(shù)化設計開始在全球范圍內高速發(fā)展。1.2建筑參數(shù)化設計的特點。由于參數(shù)化設計需要通過算法將各種參數(shù)連接成一個整體的系統(tǒng)，那么這些不同的影響參數(shù)以及參數(shù)之間數(shù)學邏輯關系，就成為了這個系統(tǒng)中最為重要的兩個部分。通過對這兩個部分的調節(jié)，就能夠精確的控制建筑的形態(tài)。根據(jù)這一系統(tǒng)的內外關系，建筑參數(shù)化可以總結為參數(shù)性，動態(tài)性和系統(tǒng)性[2]。參數(shù)性是指系統(tǒng)中所集成的大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)直接或間接的構建出整個建筑體系，以用來模擬在現(xiàn)實中影響建筑的各種條件。有的參數(shù)也是一種多維度的變量，處于一種不可見的過程態(tài)之中，一般的設計思路并不需要觸及到這類參數(shù)，但在參數(shù)化設計中，這類參數(shù)往往很多，并且能夠起到簡化思路，便捷控制更多直觀參數(shù)的作用。動態(tài)性是指在大量參數(shù)之間建立起來的數(shù)學聯(lián)系，可以通過便捷的手段來進行實時的修改，來達到符合預期設計的目的。這種動態(tài)性在數(shù)學學科中被稱之為函數(shù)集，即通過修改一定的參數(shù)，來串聯(lián)性的自動修改其他的參數(shù)[3]。這種動態(tài)是實時、自動的進行，設計師只需要設置好參數(shù)并且配置好它們之間的數(shù)學關系，以此快速的呈現(xiàn)出不同的設計結果。系統(tǒng)性就是這一由龐大的數(shù)學模型，在同一平臺之下，被有序的組織，呈現(xiàn)出精確的建筑模型。這一平臺就是參數(shù)化平臺，它不僅使建筑設計朝著一種邏輯性更強的方向發(fā)展，還使得建筑設計更加便捷自由并降低各項資源成本。發(fā)展成熟并使用廣泛的平臺是Rhino配合Grasshop－per，除此之外還有基于BIM的Revit-Dynamo等。1.3算法的思維模式。建筑參數(shù)化設計與傳統(tǒng)的建筑設計方法有一個明顯的區(qū)別，那就是參數(shù)化設計需要深入了解不同項目需要用到的最適合的算法，并考慮到算法在整個系統(tǒng)中所發(fā)揮的作用，這是一種跨學科的運用形式，建筑設計師需要具備最基本的算法選擇與設計思維，制訂出最契合項目參數(shù)運行方式的算法，將計算機學科中的觀念與建筑設計結合起來。算法在參數(shù)化設計中起到了聯(lián)系樞紐的作用。算法在不同的情況下也具有優(yōu)劣之分，好的算法能夠簡化設計步驟，節(jié)省時間成本，減少資源調用等，算法是建筑參數(shù)化設計中最主要的部分，它體現(xiàn)了設計過程的流程形式。1.4參數(shù)化設計與非線性設計。非線性設計的起源要比參數(shù)化設計早很多，高迪所設計修建的米拉公寓以及圣家族大教堂等都可以視為非線性設計，整個建筑設計中包含了一些多維度的設計思路[4]。參數(shù)化設計所生成的建筑大多是非線性的，但這兩者之間并不能夠畫上等號。從視覺上看，非線性設計可以通過多種設計手法來達到，而參數(shù)化設計所形成的設計方案也不全是非線性的。但從整個參數(shù)化設計系統(tǒng)來看，參數(shù)是各部分的內在聯(lián)系，一旦發(fā)生改變，就有可能影響整個流程的運行結果，因此此類建筑可以看作一個非線性的集合[5]。

2建筑參數(shù)化設計與多學科交叉發(fā)展

2.1參數(shù)化設計與計算機學科。參數(shù)化設計是建立在計算機之上的，無論是軟件還是硬件的發(fā)展，都能夠在參數(shù)化設計中體現(xiàn)出來。從Rhino各個版本的對比中可以發(fā)現(xiàn)，隨著計算能力的增強，以往很多的模擬只能夠在一種很粗糙的環(huán)境下進行，所求得的解也不夠精確。在實際建設中，非線性的幕墻需要細分曲面成為網(wǎng)格來進行施工，這一過程在早期的Rhino版本中，無論是精確度還是速度上來看，都遠不如現(xiàn)在最新版本（Rhino6），而這一變化，主要依賴計算機的發(fā)展。2.2參數(shù)化設計與建筑結構學科。在傳統(tǒng)的設計流程中，建筑設計師在完成設計之后，再將方案移交給結構工程師，來進行結構的搭建和計算，在一些結構較為復雜的方案中，就有可能出現(xiàn)結構和方案相沖突的情況。而在參數(shù)化設計中，往往方案與結構能夠進行同步推進，很多非線性的結構合理特征往往需要參數(shù)化來進行模擬，而這種合理結構的模擬結果，都會具有非線性的美感，能夠作為建筑的外表皮直接呈現(xiàn)出來。在參數(shù)化設計的同一平臺下，設計師與結構式協(xié)同工作，僅通過調整參數(shù)，來達到雙方都能夠接受的最佳結果[6]。在現(xiàn)階段BIM技術的推廣下，結構已經(jīng)逐步往設計階段介入，在參數(shù)化的協(xié)助下，學科之間的隔閡已經(jīng)逐步縮小。2.3參數(shù)化設計與綠色建筑方向。由于政策環(huán)境等影響，綠色建筑是我國現(xiàn)階段公共建筑主要推進的重點方向。然而，許多綠色建筑設計方法仍停留在傳統(tǒng)的外立面遮陽、覆蓋綠化、拔風中庭等手法，這成為我國綠色建筑以主動技術為主導的局面[7]。在參數(shù)化設計方法中，通過恰當?shù)乃惴皡?shù)化平臺的使用，建筑的很多物理性能都能夠進行簡單的模擬，然后使用優(yōu)化算法，來求得建筑相關參數(shù)的最優(yōu)解。這種方式生成的綠色建筑，在限制條件下都是最有利于節(jié)能減排的布局形式，無論是建筑的體型系數(shù)，還是建筑外表皮的遮陽開窗大小，通過算法的優(yōu)化，得到的物理效果總是最優(yōu)的存在。讓建筑設計師能夠通過可視化的方式與建筑物理方面的人員沒有隔閡的交流，這將推動綠色建筑在我國的發(fā)展。2.4參數(shù)化設計與BIMBIM技術，又可稱之為是建筑信息模型技術，其技術的核心主要是通過在計算機虛擬輔助工民建項目三維設計模型的建立及計算機數(shù)字化技術的輔助功能，為其所建立的三維模型提供可靠的、完整的、與實際狀況相互一致的工民建項目數(shù)據(jù)信息庫[8]。BIM在最近的幾年中發(fā)展迅速，并且由于BIM平臺本身較為前沿，適用范圍極為廣泛，因此許多的專業(yè)方向都在朝著BIM技術方向靠攏。在BIM建筑設計方向中，其運行的核心，可以理解為一種更加簡潔高效參數(shù)化設計方法。在參數(shù)化的方式下，BIM能夠集合龐大的建筑信息，形成一個高效完整的信息庫。但是BIM本身是參數(shù)驅動的信息管理類的平臺，其對于建筑設計以及造型能力非常弱。以Revit為例，為了彌補這一板塊，其在后面的版本中推出了Dynamo設計工具，在一定程度上加強了參數(shù)化設計的能力。

3建筑參數(shù)化設計的發(fā)展趨勢

在計算機運算能力不斷的提升下，現(xiàn)階段使用參數(shù)化來進行設計的項目越來越多，它所創(chuàng)造出的合理的結構、富有變化的外立面的建筑，也被越來越多的人所接受。參數(shù)化設計本身只是一種設計方法，其好壞依然依賴于設計師的專業(yè)素養(yǎng)。由于其需要設計師具備一定的編程能力，因此在往后的建筑教育中，計算機輔助方面的教育需要向更加前沿的技術方向上推進。當今國家正在建筑行業(yè)大力的推動BIM技術的研發(fā)與應用，參數(shù)化設計與BIM的結合在未來的發(fā)展中也成為了主流方向。BIM平臺本身已經(jīng)集合了結構、暖通、管道、綠色建筑等相關專業(yè)于一體，參數(shù)化設計依賴于BIM平臺，也就能夠打通與其他專業(yè)之間的壁壘。建筑參數(shù)化設計的趨勢也會更加依賴計算機科學的發(fā)展，當前計算機科學中較為前沿的AI技術、VR技術等，在以后參數(shù)化設計的部分流程中，也會融入進去，進一步加強參數(shù)化設計的靈活性。

4結語

參數(shù)化設計已經(jīng)發(fā)展了幾十年之久，所積累的技術已經(jīng)逐步成熟，無論是算法，還是設計手法，在當前建筑行業(yè)的發(fā)展趨勢下，學科之間的交叉已經(jīng)越來越深入，各個學科之間相互借鑒相互發(fā)展是未來建筑設計發(fā)展的基本趨勢。建筑參數(shù)化設計利用最前沿的系統(tǒng)平臺，來組織各學科的聯(lián)系，創(chuàng)造出脫離人們審美疲勞的新建筑。但多學科交叉發(fā)展下的建筑參數(shù)化設計，對于建筑而言，所使用的平臺越來越分散，各類型的參數(shù)化平臺往往不能夠覆蓋大多數(shù)的相關學科。因此，建筑學作為建筑設計行業(yè)的“龍頭”，也應該進入到平臺開發(fā)的領域中去，引導各參數(shù)化平臺的多學科跨專業(yè)開發(fā)。

參考文獻

[1]靳悠，馮博.參數(shù)化建筑設計方法研究：潛力與途徑———以北京世東國際中心設計為例[J].中外建筑，2016（10）：107-109.

[2]李眈，宋明星.探討參數(shù)化設計：以湖南大學參數(shù)化設計教學為例[J].中外建筑，2015（12）：26-31.

[3]程霄，王輝.Dynamo可視化編程在預制裝配式構件中的應用[J].四川建筑，2018，38（2）：25-27+29.

[4]徐愔愔.參數(shù)化非線性建筑設計對建筑藝術的影響[J].中國藝術研究院，2010.

[5]萬亞蘭.非線性建筑的參數(shù)化設計探究[J].江西建材，2016（18）：26.

[6]豈凡.基于Grasshopper的參數(shù)化方法在結構設計中的應用[J].土木建筑工程信息技術，2018，10（1）：105-110.

[7]吳婷婷，高鵬，幸運.基于綠色性能的參數(shù)化建筑設計研究[J].中外建筑，2018（9）：154-156.

[8]程雄林.BIM技術在輔助工民建設計中的應用初探[J].河南建材，2018（6）：72-73.

作者:彭圣杰 單位:西南交通大學建筑與設計學院