参数化设计的优势与劣势研究

　　摘要：随着计算机的日益发展，参数化设计成为现代建筑设计发展的必然趋势。本文首先阐述了参数化设计的含义，然后从优劣两个方面探讨了建筑设计中的参数化设计，具有较强的前瞻性和科学性，以期推动建筑设计的发展。

　　关键词：参数化设计;建筑设计;优势;劣势

　　Abstract: with the development of computer, parametric design for the modern architectural design the inevitable trend of development. This paper expounds the meaning of parametric design, and then from two aspects discusses the quality of architecture design parametric design, with strong prospective and scientific nature, to promote the development of architectural design.

　　Keywords: parametric design; Architecture design; Advantages; disadvantage

　　中图分类号： TU2 文献标识码：A 文章编号：

　　1参数化设计的含义

　　建筑不是孤立在客观环境之外的，这些限制条件就是德勒兹所说的“力”，建筑是处理了这些“力”的关系之后的结果，建筑师同样拿来德勒兹“抽象机器”的概念，将建筑对应这台“抽象的机器”，将这些“力”从“机器”的一端输入，而“机器”的另一端就会输出相应的结果，这个过程同时也对应了建筑设计过程。建筑师的主要工作不是在纸上涂抹、画概念草图，而是将影响建筑设计的限制条件转化成这种“力”，并建立一台“抽象的机器”，而表达建筑的工作是由计算机来完成的，对计算机而言，这些“力”被称为“参数”或“参变量”，“抽象的机器”被称为“参数化模型”，参数化设计就可以表示为将参数输入参数化模型并由计算机生成建筑形体的过程。

　　徐卫国教授对参数化设计做过如下定义：“它把影响建筑设计的因素看作参数，然后找到一种关系，那这些影响建筑设计的参数组织到一起，借助于计算机编程和计算机的软件将其组织在一起，形成一个参数模型。参数中包括了各种各样的影响因素，有些因素是可变的，称为参变量，有一些参数是固定不变的。当改变参变量的量的时候，就能得到不同的结果，这个结果就是设计的雏形，也就形成了参数设计的结果。”

　　参数模型的建立需要很多的工具，这些工具很多都来源于其他学科，分形理论、涌现理论、元胞自动机理论都是组成参数化工具箱的工具，对于同一个建筑设计师选择的工具可以是不同的，建筑生成的结果会根据选取工具的不同而不同，对于不同的建筑采取相同的工具由于参数的不同也会产生不同的结果，这些都完全取决与建筑师个人的选择。

　　有些时候已经存在的工具并不能满足建筑师的要求，那么就要建筑师首先设计这个工具，也就是编写程序，因此，脚本语言的编写相对来说具有更大的灵活性和适应性。

　　2参数化设计的优势

　　2.1体验的改变

　　参数化设计带来的体验上的改变是最直接、最明显的，这种改变不仅是对建筑的使用者、来说的，对建筑师来说，在设计过程中的体验也是跟传统设计完全不同的。

　　对建筑师而言，传统设计的思路是建立对中心性、完形态的之高审美追求至上的，建筑师进行的所有工作都是在不断加深、加强这个追求，并使之最终得以实现，换句话说，建筑师总是在进行真正的设计之前在脑子里想象出建筑的只言片语，然后再着手设计，之后所有的工作不过是尽量实现这些只言片语的组合而已。修改设计的过程同样如此，建筑师只有在最初的几次修改时会充满激情，多次之后的修改过程会显得相当乏味。而参数化设计的过程却恰恰相反，我们在脑海里会根据设计条件首先定义好一些规则，如果这些规则不够详细而足以控制整个设计的进行时，我们就要多加上一些限制条件(或称规则)。运行参数模型(很多模型在运行之后，其结果是动态生成的(如迭代)，这与传统的设计过程十分不同)，如果结果不是我们想要的，那么就改变参数或是调整规则，参数的改变、规则的调整都会产生完全不同的结果，甚至有些参数模型(如涌现)每次的运行结果都不相同，就是在这些调整的过程中，建筑师才真正找到了参数化设计的乐趣。

　　对建筑的使用者或观察者而言，参数化设计的作品给他们带来的更多的是造型上的视觉冲击力，空间上的非凡感受。由于参数化设计的结果常常伴随着渐变、强流动感形体、互动式功能等等，这些元素都与传统的几何造型给人们带来的心理感受完全不同，因此，动感、不稳定感甚至费解都是参数化设计带来的不同体验。

　　另外，由于参数化设计结果本身的特点，传统建筑材料的使用受到了很大限制，新材料的应用同样从质感、颜色、光影上给使用者带来了大不相同的感受。

　　2.2效率的提高

　　效率提高是建筑设计作为实际工程而非艺术品的最大优势，主要体现在以下方面：

　　①精确的完成复杂形体的设计

　　以往的建筑设计总是基于对基本几何体的处理，而面对复杂的形体建模时，我们借助传统设计工具会显得无能为力，有时还并不准确，而在参数化设计中，通过参数模型的帮助使输入参数和输出形体之间建立精确、可控的联系就使复杂形体的设计、建模成为可能。比如深圳双年展项目，没有计算机的帮助，生成的结果必然无法准确的表达。

　　②快速的生成多个方案

　　优化设计方案，为客户提供多种备选方案是建筑设计中必要的工作，对传统的设计方式来说，这一工作会十分繁重，每个备选方案的设计都是一次设计过程的重复，其中还会消耗设计师大量的灵感，而参数化设计的关键是建立参数模型，一旦参数模型建立，建筑设计的方案阶段就进行大半了。对于同一个参数模型，输入不同的参数会输出不同的设计结果，备选方案的多少仅取决于输入参数的多少，因为对于计算机来说，生成10个结果的时间和1000个的几乎是相同的，不同的只是我们输入1000组参数可能会比10组更加耗时而已。

　　③方便的修改方案

　　传统设计中，我们总是从总图出发一步一步的进行推敲、深化、修改、再推敲、再深化、再修改，并最终使设计方案得以实现，在这个过程中，所有的再推敲、再深化、再修改的工作都是上一轮的设计过程的重复，而这些工作却有可能只是在调整容积率或是标准层面积这样的小问题。在参数化设计中建筑设计的过程都是以一个参数模型来体现的，而容积率或是标准层面积仅仅是参数模型中的变量而已，建筑师所要的做得仅仅是调整输入的参数或是在我们的程序里再加入几行或十几行脚本语言而已，至于修改的工作，那是由计算机来完成的，一切都会变快捷、高效，虽然在我们建立参数模型时候会有那么一点麻烦。

　　④专业之间的精确对接

　　建筑师关心的往往是建筑的平面功能、交通流线、立面造型，相应的我们需要的就是建筑的平面图、立面图、透视图等等;而对于结构工程师来说，他们往往关注的就是柱网的密度、跨度、梁柱的尺寸等，相对应的就是需要柱网平面、配筋图等等;而设备工程师可能就仅仅需要某些位置的剖面或节点而已。各个专业对同一个项目的关注重点各不相同，所使用的评价标准也不一样，因此，下一个专业就需要将上一个专业的图纸转化为本专业可读的图纸，能否让设计图纸在各个专业中精确的传递对一个工程的进度至关重要。以往的设计中，每次这样的专业交接都意味着专业设计师要进行新的图纸设计，工程周期中大半的时间都花费在了专业交接的工作上，而且，在这些过程中并不能保证精确无误。而在参数化设计过程中，建筑师可以通过一个参数化模型到导出几乎所有专业所需的技术图纸，甚至是节点详图。在这方面，DP(Digital Project)是发展最为完善的参数化设计软件，“在DP的参数化建模环境中，三维环境是和二维环境以及构件物理属性清单联系在一起的，只要改变三维模型的任何部分，二维的技术图纸和构件物理属性清单都会自动更新。反之你还可以通过改变和三维模型建立联系的Excel的数据来改变三维模型的形态。”建筑师可以将参数模型贯穿于整个项目的设计过程中，包括方案设计、初步设计甚至施工图设计。

　　3参数化设计的劣势

　　新型设计手段的产生总会带来这一领域很大程度上的进步，但是任何设计手段或是设计思维的总有其两面性，参数化设计也是一样，其优势不言而喻，但其劣势同样明显，社会、文化、技术、经济等因素是目前参数化设计仍为少数建筑师使用的主要原因。

　　3.1社会、文化因素

　　参数化设计思维并不遵循上千年以来人们习惯的中心性、完形态的审美规律，其理论溯源恰恰与其相反——遵循的是复杂性科学和后现代思潮中的后结构主义哲学，正因为如此，设计作品往往与大众品味相左。这点在国内的表现尤为突出，当代中国正在大力发展经济，在自然科学领域内取得了长足的进步，但在人文科学领域还很落后，人民的思想意识水平仍然比较低下，对世界上新兴哲学思想、理论几乎接触不到，更加难以接受。普遍的情况是，各个城市纷纷效仿欧洲活中式建筑风格、盲目复古，客户对建筑意识还停留在“欧式=罗马柱”、“中式=大屋顶”的建筑符号的层面。

　　对建筑师来说，中国建筑界其实并未经历过真正的现代主义洗礼，而现在培养起来的建筑师至多是在新现代的思潮下进行创作，对后现代理论的探索仅仅处于邯郸学步的状态，实践就更加凤毛麟角了。况且，参数化设计在国内的研究大都是由一些先锋派建筑师从国外引入的，国内大量的建筑师对其理论背景、思维基础都不了解，甚至难以接受。

　　建筑师们尚且如此，社会大众的接受程度也就可想而之。就是在这样的社会、文化条件下，参数化设计想要获得真正的社会认同还需要很长的一段时间。

　　3.2技术因素

　　参数化设计在技术上的限制主要在两个方面：

　　第一、在建筑设计的层面，目前所进行的参数化设计主要集中在规模较小的建筑或建筑小品上，对于一些大型的、功能相对复杂的建筑依然采取传统的设计手段，即使运用参数化设计也仅用于设计中的某些阶段，并不起指导作用。这主要是由于规模较小的建筑其限制条件也会相对简单，参数模型的建立较为可行，当面对大规模的建筑设计是，大量的、繁杂的限制条件的转化对建筑师甚至是程序员来说都会比较头疼。

　　第二、是指一个项目从方案阶段到实施阶段的技术，这些技术包括施工技术，材料加工技术等等。虽然目前有数控机床技术，但它只能对一些小尺度的构建进行加工，在国内，很多情况下建筑构建的加工过程是人工进行的，在精确度、效率上都达不到设计的要求。

　　3.3经济因素

　　经济因素是参数化设计的实现过程中最大的限制条件，参数化设计作品往往会比传统的建筑作品造价高出几倍甚至十几倍，很多情况下，客户即使接受了先进的设计理念、建筑造型也接受不了高额的预算(由于经营困难，开发商迪拜萨马公司取消了扎哈·哈迪德事务所设计的投资8230万英镑的迪拜歌剧院项目)。

　　主要原因是由于，参数化设计所需的构件并不想传统建筑那样大量重复，相反却强调渐变、流动感，因此构建种类、生产精度要求高，所有构建都需要一一加工，这不仅耗费大量的人力物力、而且需要先进加工技术的支持，所有的一切没有经济的保证是无法进行的(鸟巢最初的设计预算为40亿人民币，经过大幅瘦身之后达到了30亿，钢结构用钢量达5万吨，结构构件多为弯扭构件，安装时需要时，施工现场需要7000名工人共同完成)。

　　结语

　　参数化设计的优势显而易见，但限制因素也是多方面的，主要原因是参数化设计目前依然很不成熟，毕竟还是先锋的设计手段，也正式因为这种不成熟性、先锋性才会另越来越多的建筑师为之着迷，才会是其引领未来建筑设计的趋势。

　　参考文献：

　　[1]高岩，参数化设计--更高效的设计技术和技法[J]，世界建筑，2008.05

　　[2]柳青，孟旭彦，参数化设计--访徐卫国及XWG工作室成员[J]，UEDTOPIC，2009.

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文章名称： 参数化设计的优势与劣势研究

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