参数化建筑设计在建筑创作中的应用现状

参数化建筑设计在建筑创作中的应用现状

文冠男

沈阳建筑大学 辽宁沈阳 110168

摘要：伴随数字科技的进步，数字化技术已成为建筑设计领域不可或缺的重要工具，为建筑师的设计工作提供强大的数据信息支持，又拓展了建筑师的设计思维。参数化设计作为建筑创作的技术方法，是可以贯穿建筑师的方案构思、表达、拟态等过程的全周期辅助工具，对当代复杂的设计过程起到深远影响。本文将结合典型参数化设计案例，探讨参数化设计的现状与未来趋势。

关键词：建筑设计 数字技术 参数化

1.引言

参数化设计已然成为当今建筑设计领域的主流，参数化工具在建筑形态、空间逻辑生成、结构体系优化、建筑表皮与节能设计等方面得到广泛应用。

当前，人们对于参数化设计的理解往往停留在非线性设计上，但其实非线性设计只是应用参数化工具辅助设计的结果之一。徐卫国在《非线性建筑的参数化设计》一书中提到“非线性科学研究自然界中的动态性、自由性、不规则性、自组织性和超平衡性现象。”不同于传统设计手段，参数化设计强调建筑形式的逻辑性，重视方案推演的关联性，是一整套完整的操作逻辑。参数化设计可将建筑设计的因素转化为函数，通过函数变量的调整，建筑师可以得到不同的方案。所以，参数化设计其实是过程层面上的概念而非结果。

2.文献综述

参数化设计的概念产生于上个世纪中期，这一概念的提出对传统的建筑设计思想影响巨大。它改善了建筑形式的盲目性，也促进了新型建筑的多元发展，当代建筑领域的形态变迁逐渐演变成追求动态连续、非线性形式的数字化技术支撑。当今许多建筑师以不规则曲线为创作手法，仿生建筑、非线性建筑、生物形态等都逐渐走进人们的视野。

参数化建筑设计是从数字化设计发展而来的，在国外，最早介绍数字设计的著作是 KolarevicBranko于2003年出版的《建筑设计理念》，书中指出数字技术从根本上改变了建筑设计理念。考虑到数字化设计对未来的广泛影响，设计和生产模式为数字时代下的未来建筑实践提供了多种多样的创意。

虽然我国的参数化设计研究比国外起步晚，但由于获取信息的渠道便捷等原因，参数化技术在国内发展也很快。在《非线性建筑的参数化设计》一书中，徐卫国阐述了“非线性建筑”、“参数化设计”等概念与观点，并通过50个清华大学建筑学院“非线性建筑设计”课程的学生作品，展示了数字化建筑设计方法的探索历程，每个作品都包含了数字化设计的技术路线，算法研究，设计过程和结果。

在编程和实际教学研究中，李飚对建筑数字技术有了一定的见解，他从复杂系统模型出发，逐渐建立了建筑设计生成方法的系统框架和研究平台，并在此基础上编写了《建筑生成设计——基于复杂系统的建筑设计计算机生成方法研究》[ ， ]，在书中阐述了在建筑领域进行参数化生成的四位特点和操作方式 [ ]。

3.发展趋势

参数化设计优化是利用计算机的处理能力，在大量的参数化空间中高效地搜索到最优解，是提高建筑物性能的有效辅助设计方法[ ]。参数化设计对建筑师的方案优化提供了有利的数据支持，有效提高建筑的各项性能参数，包括能耗、经济性等，进而减少试错成本。参数化设计优化综合了建筑性能仿真技术、计算机优化算法和参数化模型，旨在帮助设计者从大量的设计变量中寻找最佳或近似最佳的设计方案[ ]。借助于参数化设计优化方法改进和优化建筑性能的设计技术与方法是实现“性能化设计”的有效途径[ ]。当前，该方法已被广泛应用于各类建筑设计实践中，如建筑造型、布局和表皮生成等。

3.1表皮生成

由于参数化对于设计过程的逻辑表达有着较为明晰的流程，因此，运用这套流程可以将建筑表皮进行更为简便的设计，通过设定参数并调整参数的取值，从而得到一个满足设计要求的建筑表皮。如今，建筑表皮越来越独立，表现为建筑表皮与结构体系越来越分离，很多复杂的建筑形体基本上是由复杂的建筑表皮与简单的结构形式相结合而成的。参数化设计作为工具和手段，在表皮设计的过程中提供技术支持，有时还作为表皮的生成逻辑。在数字化技术的影响下，建筑表皮的多样性大大提高。

3.2优化设计

在我国，建筑业的能耗占比达27%到30%，如果加上建材约在40%左右。合理的优化设计有助于减少建筑能耗，改善环境。参数化设计同样可以满足这样的要求，通过参数化进行设计优化，大大缩减了计算的时间，高效生成合理的设计结果，节省人力物力。

3.3小结

就目前情况来看，建筑参数化设计方法的发展大体上可以分为两个方向，简言之，就是在比较复杂的科学理论基础上，以普遍适用的设计工作为主的发展方向。前一种基于复杂性理论发展起来的建筑参数化技术，主要是因为人的思维空间有限，无法满足建筑复杂性的要求，建筑参数化技术就可以很好地克服这一局限和问题。

施工设计人员借助计算机软件技术实现参数化设计，首先要事先安排好最原始的参数，然后进行参数输入，建立好生产逻辑和代码，最后可以用各种图案组成方便快捷的信息，这种形式广泛而繁多，能够给设计人员很好的服务和帮助，从而在设计过程中方便快捷地解决一些问题。这种方法与复杂的科学理论的应用方法有很大区别，并且多是针对某些具体方案的辅助设计。

4.实践应用

4.1杭州奥体中心体育游泳馆

杭州奥体中心体育游泳馆地处杭州奥体博览中心北侧，西侧与北侧分别毗邻七甲河与钱塘江，。总建筑面积40万平方米，建筑的造型分为上下两部分。下部为一个低姿态的大平台，内含以商业设施和地下停车场为主体的内功空间，上半部分则由体育馆、游泳馆等主要功能空间构成。由于形式从造型到结构都难以用传统的方法完成设计、优化和输出，因此设计者从方案设计阶段就开始采用参数化方法，直至施工图设计结束。

4.2凤凰国际传媒中心

“凤凰国际传媒中心”同样也是参数化设计的典型案例，该方案通过不重合的拓扑变换，，复杂的形体并不影响使用空间的位置属性，其表皮的概念设计来源于拓扑形式中的环形结构，它所产生的流化效果，也非常适合现场环境。由静谧平滑的公园绿地转向城市喧闹的交通。因为“莫比乌斯环”型表皮因其极强的非欧几何性而具有复杂性，其构造过程也是借助数字技术完成的，在整个构造模型中划分出3000多个不同的鳞片，再通过引入参数化控制技术，精确表示不同鳞片，解决了设计文件输出的元件异构问题。

5.结语

数字化技术的不断发展，在建筑设计理论与方法体系具有开创性意义，它从建筑设计图样的原始表达，延伸到建筑创造思维与观念的创新。参数化设计无疑是数字化技术的一大补充，丰富了数字化技术的同时，帮助建筑师建立数字设计思维方式，从原来的二维图发展到三维甚至多维，这种对复杂性的直观呈现对于建筑创作而言具有一定的突破。正是由于参数化设计这一概念的产生，使得设计师在对复杂设计的表达中可以进行更为简便的操作，从而能够创造出更为多样化的设计成果。参数化设计不仅预示着建筑设计未来的发展方向，也引发了学术界的广泛争论。本文力图通过对现有资料的研读和课程学习的归纳总结，简单阐述参数化设计的产生与发展，并通过实际案例来分析参数化应用于设计中的方式与方法，由于篇幅所限，本研究仅限于参数化设计的概念性框架，不涉及过于复杂的参数化设计技术的应用，期望随着学习的深入能够了解到参数化设计更多的内容。

[1]郭华洛. 基于参数化技术的建筑表皮生成研究[D].广州大学,2019.

[2]涂文铎. 建筑智能化生成设计法演化历程[D].湖南大学,2016.

[3]田芳.建筑参数化设计的发展及应用研究[J].四川建材,2016,42(02):93-95.

[4]祁金金. 基于粒子算法的建筑设计应用研究[D].天津大学,2016.