计算机图学论文(张璐) 8页

研究生课程考核试卷（适用于课程论文、提交报告）科目：建筑技术理论教师：翁季姓名：张璐学号：20131502020专业：建筑技术科学类另U：（学术）上课时间：2013年10月至2013年11月考生成绩：卷面成绩平时成绩课程综合成绩阅卷评语：阅卷教师（签名）\n重庆人学研究生院制非线性建筑的参数化设计与建造研究张璐重庆大学建筑城规学院摘要：在数字技术蓬勃发展的大背景下，以复杂科学为依托、强调自下而上的设计策略、并具冇动态多解设计特征的非线性建筑设计正由过去的边缘前卫状态逐渐走上主流的设计舞台。在面对非线性建筑设计所要处理的复杂系统吋，参数化设计能以构建参数控制模型的方法，较好地应对复杂性问题。在技术发展的推动下，建筑设计与建造的无缝连接和彼此互动将是设计发展的必然趋势。因此，冇必要从设计与建造的整体关系出发研究建筑设计，以推动其发展。论文以实际参与的建筑设计和建筑活动出发，结合理论研究及总结，试图以参数化设计的视角对当今非线性建筑设计进行系统的总结。关键词：非线性建筑参数化设计数字建构一、非线性建筑的“参数化设计”概述数字技术己经引发建筑的深刻变革。从曾激起广泛讨论的毕尔巴鄂古根海美术馆开始，到扎哈•哈迪徳事务所设计的小至家具大至整个城市的错综复杂的流线型造型，发展到目前为止在杂志和互联网上随处可见的充斥着数字气息的模型和令人震撼的渲染图，种种现象似乎耍重新判定当下的整个建筑学。但是，在这些看似纷繁复杂的建筑现象背后，我们仍然可以基于他们各自特征而进行一定的分类。参数化建筑设计便是其屮参数化设计是计算机辅助设计技术发展和应用达到一定水平后，在对生产组织集成化和口动化程度提出更高要求中孕育成长起來的，诞生后便一直大量应用于工业产品设计中。参数化设计的发展虽然市来己久，但它与建筑的结合也只是上世纪末在数字技术的推动下，才走进建筑设计领域并对建筑业产生了积极的影响。与此同时，由于自然科学和哲学的发展，复杂科学理论也对建筑设计产生了深远的影响，出现了非线性建筑的设计思潮。本文即是从参数化设计的角度对菲线性建筑的设计及其建造进行解释和研究。如无特殊说明，参数化设计在木文里的涵义特指非线性建筑领域内的参数化设计。1.1有关非线性建筑非线性建筑设计思想即是在充分认识复朵性的前提下，对建筑发展转变的新认识。首先一点应该是建筑设计逻辑的演变。建筑设计逻辑指的是建筑创作活动中所遵循的牛成规则，在哲学层面上指的就是方法论。以往建筑设计过程都是自上而下的，多少带有建筑师主观臆想的性质。对设计中的各种控制因素人都停留在粗浅的把握上，不具有设计的精确性;有的则以武断的方式强加给设计以某种莫须有的内涵，又容易陷入形式主义的误区，设计的最终结果往往无法满足现实生活复杂多变的特性。菲线性建筑设计的建筑逻辑深深根植于复杂性科学理\n论，强调各设计因素以非线性方式和互作用，并对这种作用方式进行模拟。反映在实际创作中就是注重“过程设计”的方法，强调各种影响设计的参变量的相互作用，并通过分析研究过程，让建筑形态自然浮现，这样将作为“结果”的建筑转化成了作为“过程”的建筑，体现了口卜•而上的设计思想。1.2“参数”及参数化设计释义“参数”的概念源于数学，是-种定义了系统或函数特定属性的“量”。参数描述的是系统中各组件的关系与运作方式，也就是内在秩序。参数化设计技术可以概括为参数化图元和参数化修改引擎两部分。参数化图元对应的是设计的输入值以及自下而上系统屮处丁•底层的组件等，而参数化修改引擎是指各参数之间关联模型的控制骡动。参数化设计的优点除了能对复杂系统进行模拟外，还能在设计操作过程屮，通过改动图形某一部分或某几部分的尺寸，自动完成对图形屮相关部分的改动，从而实现尺寸对图形的驱动其中进行驱动所需的几何信息和拓扑信息由计算机口动提取。11.2非线性建筑参数化设计的发展非线性建筑参数化设计以复杂科学理论为背景，以非线性哲学思想为立足点，以先进的数字技术为手段，自上世纪末出现以來，无论在建筑研究和教育，还是在建筑实践上都已取得了一定的发展成就。尽管冃前还没有十分成形和完备的系统理论来概括和介绍这些实践和研究，也没冇通用的词汇来标识他们，但总的来说，这些研究和实践成果都是非线性建筑参数化设计在设计理论及思想、工具手段等方面的具体体现。图1TheEveningLine图2Unstudio的作品\n图3威尼斯双年展上所展示的Zaha的作品二、参数化设计及其建造关系2.1设计与建造关系概述设计与建造的关系，在这里表现为设计过程中建筑与结构、设备、建筑师Z间的配合，以及设计与后期建造施工之间的互动关系。建造在这里主要指的是建筑物质化的具体过程。设计及其建造在以往传统的设计屮，绝大数是停在合作的层面，而在新的数字技术的推动下，建筑与结构、设计与施工势必走向整体化，这是生产力的要求，也是人们协作关系的新发展。随着新兴数字技术的发展，建筑与结构、设计与建造Z间的关系又迎来新的发展。这就是在数字技术平台上的信息共享和反馈机制。在以往，建筑总是仿佛技术的半绝缘体，总是慢腾腾地跟在其他技术发展的背后。先进的技术总是很晚才被应用到建筑设计上。相比之下，工业设计和制造领域所采用的技术要比建筑生产先进的多。究其原因，一方面是由丁•设计者面对的建筑问题与其他领域问题冇着性质上的差别，如因为尺度差别，比工业设计问题要复杂，因使用的技术要求上的差异而比像航天等先进的制造行业乂相对简单，无需大成本投入。建筑就处在一个屮间的阶层，直接导致了建筑对技术的应用具有相应的滞后性，既不能像小尺度的工业设计那样自出地运用先进技术，也不能盲目地像人型制造业i样运用高成木的投入來提高生产效率。另一个主要原因，是建筑设计从业人员的知识而和设计手法的限制，简单说就是没冇掌握先进的设计工具，因此在技术的推动上很难做出超凡的贡献，仅限于现有技术的拼凑和组装。建筑物质化过程中的设计与建造的关系发展迫切需要整体化的、拥有高技术共享平台的解决策略。2.2参数化设计中的设计与建造整体关系新兴的数字设计在设计的想象力和表达能力上都冇巨大的突破，相应地，设计成果在虚拟计算机中表达方式的拓展，势必对实体的建造途径提出了新的要求。在计算机技术发展和相关设计理论推动下的数字建筑设计在形式和内容上都比以往的设计成果要复杂的多。如果依旧用传统的设计与建造的于段，势必造成设计成杲难以付诸实践，成为空中楼阁。设计想象力的发展呼唤技术的配合。盖里在毕尔巴鄂博物馆形式的设计上突破了传统建筑所定义的美学，极大地唤醒了人们对建筑艺术的想彖力。但是必须有高精度的制造和定位软件以及先进的工作流程才能保证建造结果忠实地反映建筑设计。如果没有先进技术的支持，使得设计及其建造之间建立直接整体的沟通和联系，建筑的自曲表达就难以实现。另外，对设计与建造整体化的研究还可以对我们建筑师的设计方式和效用进行重新定位。数字建造不但能使设计效率大幅捉高、建造手段更为丰富，而且真正地使“信息”成为引导建筑创作展开的重要基础。这些变化对于建筑师来说，其意义不仅是技术上的，更重要的是重新定义了设计与建造的关系。2.3参数化生成设计与空间结构设计建筑设计与结构设计的I■办同工作是参数化设计与建造整体关系表现z—。在数字技术平台的支持下，设计人员与结构设计人员可以实现数据的共享，不仅能以高效率来共同促进设计的进展，述能及吋发现和调整方案屮的问题。\n图4兰斯唐路新体育馆及其农而形式(资料来源：《世界建筑》2008年五期)H0K设计的兰斯唐路新体育场的设计就实现了建筑与结构的良好|■办作关系。方案是由一系列的3D程序来完成的，先在Rhino的平台上构建草模，之后再进入GC(GenerativeComponents)软件，对构件之间的关系进行精确建模和设定构件之间的参数化关系。建模中留冇口J供设计人员随时修改的变量和基本规则，最后完成参数化控制模型。在这里，结果的控制和可预见体现了参数化设计最重耍的优势。因为耍根据生成的表皮形式进行施工，所以对模型的精度耍求很高，也就不允许偏离原来方案设定的儿何形的事情发生。三维参数化模型建好后，立面和屋顶的基木框架也就形成了。通过与结构公司的密切合作，设计师通过制定基本的原则，将屋顶结构构件和参数化表皮关联起來。设计师与结构设计公司通过将表皮数据存储到一个文件里，与结构公司实现信息转换和互通。并且把具体构件相关的图表信息放在一个外部Excel表格里，并让表格与Get文件相关联。这样，设计师就和结构设计公司就能在不同的地点在一个模型基础上协同工作。通过这种方式，设计师可以继续建筑设计,结构公司口J以深化结构设计。通过这个平台，两个公司基于Excel图表冇着相互独立的工作模型。设计单位最终可以通过修改Excel图表中的参数变量进行形式的修正和润色。因为立而表皮和屋顶结构关系紧密，同时又由形式定义的几何规则所左右，对建筑细枝末节之外形状的任何修改，也都会牵动屋顶形状的改变。三、参数化设计及其建造实践武汉凯迪食堂工程是由北京构易建筑设计冇限公司XWG工作室设计，是整个\n凯迪科技园拟建单体其中Z—。武汉凯迪科技园食堂总建筑面积约为1.2万平方米，地上五层为就餐区，地下一层为厨房。食堂可同时容纳3600人就餐，内部一到四层设置为大空间的就餐区，五层为分割的包间。建筑基地位于凯迪科技园的东南端临湖处，拥有良好的景观视线。食堂基木的服务对象是园区内的职工，以满足平吋就餐需求。3.1参数化的设计过程方案的第一阶段的内容是依据整个园区的规划和所需容纳的功能，确定了基木的建筑形体。在探讨和研究了多种比较方案后，倾向于创造一种由地面逐渐升腾至高处，逐级拉近人们与南向湖面的亲近距离，并将进入建筑内部就餐与这个运动过程相结合的建筑组织秩序。图5建筑形体推敲一图6建筑形体推敲二第二阶段，主耍是对建筑形体的外表而进行参数化设计，同时基于设计耍求细化并调整建筑形体。设计的核心是通过将景观、遮阳、结构等因素作为设计的参数，转换成图形图像的明暗值，进而牛成控制位图。然后通过运用计算机脚木技术，将位图的明暗值转译为建筑外形上的开窗面积、遮阳出挑宽度等。其具体步骤如门步骤一:根据建筑景观视线和遮阳耍求，进行位图编辑。步骤二:定义外表面开窗和遮阳的组件形式。\n图7位图叠加图8不同组件形式形成不同的立而肌理图9建筑外观经过上述步骤之后，基本确定了食堂建筑的特征:流动的、渐变的立面肌理综合了功能布局、室内就餐视线、结构、遮阳四个方面的影响，实现了建筑与景观交融从封闭到面向湖面开放的转换，创造了室内和室外独具特色的景观，形成了向着湖面动势逐渐加强的几何形体。人群沿着长长的引导渐次上升，并进入各层，同时路径在二层的分支往下与主入口空间连接在一起。树权形式的空间循环系统给人群接近、体验建筑创造了多种可能性。\nU!小结参数化设计是计算机技术不断智能化的必然结果，它的出现，无疑是对现有建筑设计体系发展的一种革命性的推动。它更适合于现有社会条件下复杂多变且要求快速的设计环境。参数化设计体现了我们这个吋代的需要和技术特征，必将进一步通过技术革新的力量來优化社会资源，提高社会生产效率。建筑设计最终都要走向参数化。未来几年里，会冇越来越多的参数化设计软件和参数化设计的作品问世。到时候，建筑师所身处的必将是一个参数化设计的时代。参考文献：[1]高岩.参数化设计出现的背景一一KPF资深合伙人拉尔斯•赫塞尔格伦访谈.lit界建筑，2008(05)：22-27[2]周祖德.《数字制造》.科学出版社，2004:4[3]口木a+u杂志社，a+uNo.412(Structure&Material),2005:01[4]NeilLeach,徐卫国.数字建构一一青年建筑师作品.北京:小国建筑工业出版社，200&10[5]NeilLeach,徐卫国.数字建构一一学牛建筑设计作品.北京:中国建筑工业出版社，2008.10[6]王广春编著.快速原型技术及其应用.北京:化学工业出版社，2006年3刀