作者：詹和平
出版社：东南大学出版社
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以实验的名义：参数化环境设计教学研究试读：
前言
参数化设计，作为一种新的设计思潮和风格，正在对各个设计领域产生深刻的影响。基于教育发展与教学需要，南京艺术学院设计学院近年来以“实验”的名义，从环境设计的角度对其进行了研究。之所以将近几年参数化环境设计教研成果结集出版，是因为以下几点理由：第一，设计学院经过多年的教学改革，取得了不少的成果，而参数化设计便是其中之一，因此有必要对其教学研究做一次系统的总结；第二，参数化设计形成的时间不长，相关的教学资料十分匮乏，期望通过这本教学研究来弥补这方面的不足；第三，这并不是说我们的参数化设计教学就达到了多高的水平，而是因为它确有可贵之处，忠实地记录了整个教学的发展，真实地反映了我们在教学中的研究；第四，这种研究性主要体现在，对参数化环境设计的诸多领域进行了广泛的探索，教学中注重教案的前瞻性、课题的原创性、作业的过程性、设计的实验性和建造的真实性。
设计学院参数化设计教学主要集中在2010—2014年间。首次接触参数化设计的课程是“中荷参数化设计工作坊”，它是为环境设计专业研究生开设的一门中外联合设计课程，时间为2010年，通过此次联合教学，使许多教师和学生对参数化设计有了直接的感知和体验，同时也积累了经验，为进一步开展相关设计教学奠定了基础。本科教学中，正式启动参数化设计的课程是“实验性设计”，是为大四上学期安排的一门专业课程，时间为2011年，8周的课程教学很快就结束了，课后的作业展览及网站发布在校内外引起了一定的反响。而持续发展参数化设计的课程则是“毕业设计”，是为大四下学期安排的一门实践课程，时间为2012年，我们在毕业班中专门成立了参数化设计小组，该小组经过3个多月的研究、设计与建造，最终完成了3件作品，取得了可喜的成绩。自此以后，参数化设计作为一个相对固定的教学内容，被设置在环境设计专业本科及研究生教育的课程中，随着教学的不断推进，研究的不断深入，其成果也愈来愈丰富。
这些教研成果构成了本书的核心内容。由于授课对象、课程名称、课程类型、课程性质均不同，我们对其内容进行了重新审定与编辑，以“课程”为线索，将同类课程结集在一起，按照开课时间的先后顺序以及学生层次、教学内容的递进关系，把它们分为六个部分：第一部分为“准备：参数化设计教案编写”，内容包括导言、参数化建筑设计教案、参数化景观设计教案、参数化空间设计教案，以教学研究的重要产物——教案为对象，对参数化建筑、景观、空间设计的概念、理论、技术、方法等作了探讨，为后期参数化设计教学做好了准备。第二部分为“启动：实验性设计教学探索”，内容包括导言、参数化建筑设计——同形·同非、参数化景观设计——桥与塔、参数化空间设计——展亭，以启动参数化设计的实验性设计课程为对象，对参数化建筑、景观、空间设计的课题与作业、进度与过程、习作与反馈、反思与分析等的教学探索作了介绍与总结。第三部分为“发展：毕业设计教学实践”，内容包括导言、参数化毕业设计1——穿越百年、参数化毕业设计2——不息变动、参数化毕业设计3——百年汇聚、参数化毕业设计4——重生、参数化毕业设计5——有机体，以发展参数化设计的毕业设计课程为对象，对参数化毕业设计的主题与方法、方案设计、模型制作、实体建造、成果表达等的教学实践作了介绍与总结。第四部分为“借鉴：中外联合教学研究”，内容包括导言、中荷参数化设计工作坊——突触意向、中奥声音与空间工作坊——声景与地景之间、南京艺术学院数字化设计工作营——茶桌再思，以借鉴参数化设计经验的中外联合设计课程为对象，对数次联合设计的课程设置、教学内容、教学安排、主题与方法、形态生成、实体建造等的教学研究作了介绍与分析。第五部分为“转化：师生合作教学应用”，内容包括导言、为百年校庆而建造——穿越百年、为校园环境而建造——百年韵律、为城市环境而建造——都市驿站，以转化参数化设计教研成果的应用设计为对象，对数次应用设计的项目概况、形态生成、实体建造等的教学应用作了介绍与分析。第六部分为“附录”，内容包括教师与学生、讲座与报告、展览与招贴，主要以图像辑录的方式，再现了当时参与课程教学的部分师生、讲座和展览实况。
以上六个部分——准备、启动、发展、借鉴、转化和附录，较为全面地反映了设计学院参数化环境设计教学研究的各个方面。目前，参数化设计教育还处于不断发展之中，也没有形成统一的教学模式，但它又受到学生们的关注和青睐，由此激励教师们不断去探索和研究。参与本书编写的既有教师也有研究生，他们对参数化设计有着各自的认识、理解和看法。本书的编写是采用统一提纲，然后分头撰写，最后汇总的方式进行的，因此在写作语言上略有不同，作为一本合编的书，为了确保教学研究的原真性，同时在尊重作者个人观点的前提下，保留了这种差异的存在。教学研究是一个永远“说不完、道不尽”的话题，我们愿以这本阶段性参数化环境设计教研成果的小书，与所有热爱参数化设计的学生、教师、专家、同行交流切磋并期待批评指正。詹和平2014年8月第一部分准备：参数化设计教案编写一、导言1．理解参数化设计
在当代设计中，“参数化”（Para－metric），主要是作为一种计算机技术，它定义了事物之间的关系，通过在变量与输出之间建立关系，形成衍生关系。“参数化设计”（Parametric Design），是指借助计算机运算技术，量化了事物之间的参数化设计逻辑，形态的形成、发展、变化都可以通过参数的改变来实现，从而获得自由、动态、复杂、多解的形态，为设计带来了无限的可能性。参数化设计，这个正在从前卫转向主流的新设计思潮和技术，经过20世纪90年代的形成，在21世纪初的今天如雨后春笋般呈现出勃勃生机，以一种不可阻挡的发展态势深刻影响着城市设计、建筑设计、景观设计、室内设计和产品设计等各个领域。扎哈·哈迪德事务所的合伙人帕特里克·舒马赫（Patrik Schumacher）将这种设计风格称为“参数化主义”（Parametricism），他说：“在参数化设计系统的基础上，当代先锋建筑开始重组并更新设计的手段，试图诠释对日益增长的复杂性的需求。这种建筑设计风格已经在当代先锋建筑界取得领导地位，它基于参数化设计范式，并通过研究发展起来。我们倡议把这种建筑设计风格叫做参数化主义。”2．教育发展与教学需要
目前，参数化主义的设计不仅体现在一些先锋建筑师及事务所的设计实践中，也反映在一些先锋院校的设计教学中。在国外，最早开设参数化设计课程教学的是美国哥伦比亚大学。1994年，哥大建筑研究生院正式成立了“无纸设计工作室”（Paperless Studio），将3年制“建筑学硕士”学位的第3年，以及一年半制“建筑设计科学硕士”学位的全部设计课程，都纳入工作室，借助各种计算机图形技术，对数字建筑设计方法进行了广泛探索，比较有代表性的无纸设计工作室是杰夫里·凯普里斯和格雷格·林恩工作室（Jeffrey Kipnis Greg Lynn Studio）、埃文·道格拉斯工作室（Evan Douglis Studio）、卡尔·朱工作室（Karl Chu Studio）和艾得·凯勒工作室（Ed Keller Studio）等。继哥伦比亚大学之后，英国AA建筑联盟成立了“设计研究实验室”（Design Research Lab）、美国麻省理工学院成立了“计算小组”（Computation Group），此外，美国哈佛大学设计学院、澳大利亚皇家墨尔本理工学院等也开设了相关设计课程或建立研究机构，随着这些院校的教师和毕业生把设计实验带到其它地方和单位，数字建筑设计在美国和欧洲院校逐渐普及。经过十多年的发展，参数化设计已经成为建筑教育界一条新的发展道路。
面对新的发展道路，国内建筑院校、设计院校也纷纷行动起来，相继开展了参数化设计教学与实践，在本科、研究生两个层面开设相关的设计课程。比如，清华大学建筑学院从2004年开始，在本科三年级第二学期设置“非线性建筑设计”课程，经过多年的教学实践和积累，已经取得丰硕的成果，在国内外建筑教育界产生了很大影响。南京艺术学院设计学院开展参数化设计教学，始于2010年，在这一年的5月至6月由荷兰代尔夫特理工大学建筑学院Hyperbody研究小组与南京艺术学院设计学院采取联合教学的方式，经过中荷双方教师及研究生的共同努力，完成了课题为“突触”的设计与建造。如今，由PVC材料建成的作品依然耸立在设计学院广场上，成为校园环境中的一个新地标。通过此次中荷联合教学，设计学院教师及研究生对参数化设计有了较全面的认识，积累了经验，为进一步开展相关设计教学奠定了基础。2011年上半年，在本科三年级设计课程的教学中，出现了一些参数化设计作品，如“浮萍”、“地景”等，虽然件数不多，但却是一次自觉行为和有益探索。正是基于学生兴趣和教师专长，2011年下半年，学院决定在本科四年级设计课程中正式启动参数化设计教学，目的是通过课程的学习，让学生了解当代设计前沿的发展动态，理解参数化设计的概念及含义，把握参数化设计的理论、技术和方法，具备设计与建造非线性建筑的能力，将艺术设计与国际设计教育接轨。3．教案编写与教学内容
为了启动参数化设计教学，我们在学院内经过讨论，决定从环境设计专业入手，请有关教师分别承担不同专业方向的参数化设计教案编写，经过2个多月的集体讨论和个人撰写，徐炯、刘谯、卫东风等教师先后完成了参数化建筑设计、参数化景观设计、参数化空间设计教案的编写工作。3份教案的教学内容分别是：
1）参数化建筑设计教案：由概念阐释、理论讲授、技术分析、方法介绍、课题设置、作业编排、教学进度、教学过程几个章节组成。第1章对空间与形式、数字化与参数化、线性与非线性、算法与脚本等概念作了阐释；第2章将参数化设计兴起的主要动因，归纳为建筑自我驱动、数字引擎推动、新材料新结构激发几个方面，而将参数化设计的相关理论，总结为混沌理论、涌现理论、褶子思想和生成思想；第3章对数字软件中的计算机辅助工业设计（CAID）软件、计算机辅助建筑设计（CAAD）软件、视觉影像（CG）软件、数学计算软件、程序语言软件，以及数控设备中的数控机床、3D打印机、工业机器人技术作了分析；第4章对参数化设计中的找形、细分、重组方法作了介绍；第5、第6、第7、第8章则对即将开设的参数化建筑设计课程的课题、作业、进度、过程等问题进行了整体思考。
2）参数化景观设计教案：由概念阐释、理论讲授、方法介绍、课题设置、作业编排、教学进度、教学过程几个章节组成。第1章对数字化、非线性与非标准、参数化与关联、算法与脚本等概念作了阐释；第2章将参数化设计的形成与发展，归纳为参数化之前的形态演变、建筑设计的参数化转向、技术现实与参数化开端、涌现理论与形态发生几个阶段，尤其是第4个阶段，由于涌现理论的影响，各种数字化设计方式使得建筑形态发生了嬗变；第3章从学生的实际情况出发，对参数化的高技术探求、参数化的低技术诉求、参数化的思维逻辑推演、参数化的视觉形态语言方法作了介绍；第4、第5、第6、第7章也对即将开设的参数化景观设计课程的课题、作业、进度、过程等问题进行了深入考虑。
3）参数化空间设计教案：由概念阐释、理论讲授、方法介绍、课题设置、作业编排、教学进度、教学过程几个章节组成。第1章对实验与实验性、实验性设计与经典性设计、参数与参数化、参数化设计与数字化设计、建造与建构、手工建造、机器建造和数字建造等概念作了阐释；第2章将参数化设计的形成与发展，归纳为自然和社会的复杂性、科学探索和哲学思辩、建筑设计的回应几个方面，认为这一发展过程看似清晰，经历的时间也不长，但其内容却很复杂，涉及多个相关学科，并由这些学科的知识构成了参数化设计的理论；第3章对参数化设计中的生成、图解、建造方法作了介绍；第4、第5、第6、第7章也对即将开设的参数化空间设计课程的课题、作业、进度、过程等问题进行了周密计划。4．小结
正是基于国际设计教育的发展与我院设计教学的需要，3位教师分别从建筑、景观、室内不同的专业视角编写完成了3份参数化设计教案。从它们的教学内容来看，既有相同也有不同。相同的是，3份教案在鲜有相关教学资料的前提下，采用统一的提纲，从概念、理论、技术、方法等方面对参数化设计作了较为全面而系统的探讨；不同的是，3份教案从各自的专业领域对参数化设计的认识和理解不尽相同，表现为明显的多样化、个人化特点。总之，前期的教案编写既是必要也是有效的，它为即将来临的参数化设计教学做好了准备。二、参数化建筑设计教案
编写：徐 炯
时间：2011年8月
1．概念阐释
1.1空间与形式
1.2数字化与参数化
1.3线性与非线性
1.4算法与脚本
2．理论讲授
2.1参数化设计兴起的主要动因
2.2参数化设计的相关理论
3．技术分析
3.1数字软件
3.2数控设备
4．方法介绍
4.1找形
4.2细分
4.3重组图2-1 广州歌剧院室内图2-2 Serlachius艺术博物馆
作为参数化设计教学的始端，教案设计显得尤为重要，适用的教学目标、教学内容和教学组织形式将提升教学的质量和效果。因此，本教案在教学目标的设定上，强调课程目标、阶段目标和课时目标三个层次的整体性和连贯性；在教学内容的确立上，主张概念阐释、理论讲授、技术分析、方法介绍、课题设置、作业编排、教学进度、教学过程八个方面的系统性和程序性；在教学组织形式的安排上，注重班级教学、分组教学、车间教学和现场教学四种方式的合理性和科学性。1．概念阐释
参数化建筑设计的学习，首先应该梳理和辨析容易混淆的概念。对概念的阐释以及关键词的解读，在一定程度上起到提纲挈领的作用，让学生建立课程学习的初步框架和大概模型，有助于拓展对参数化建筑空间设计的理解，为后续理论、技术和方法的教学铺垫基石。1.1空间与形式
所谓建筑空间，实质是从自然空间中被人为剥离出来并为人们使用的一部分，界面的确立形成空间内外之分，内部空间因功能要求被细分为不同尺度和大小。对建筑来讲，空间是其本质特征和存在根本。笛卡尔式空间坐标使得我们对其理解建立在了三向维度上，物质的空间属性可以拆解为向量的叠合关系，并以点、线、面、体形式加以限定和强化。现代主义建筑伊始，建筑师删减装饰而使空间成为叙事主角，建筑本质属性的回归导致现代建筑的崛起。现代主义建筑师崇尚机器美学所带来的空间感而将其简单归纳为单一、静态、模式的盒子式类型体系。这符合当时社会语境，但对空间认知过于狭隘和片面。为后现代主义对其进行发难、质疑和批判埋下了伏笔，导致后现代主义建筑之后建筑学转向多元探索和发展。“进入20世纪后，建筑空间从更广泛的空间概念中被限定出来，成为建筑学领域的一项首要工作，建筑师和建筑理论家在各自的工作范围内探索和研究着新的建筑空间概念。”计算机诞生后，数字技术介入建筑，建筑空间被重新定义与整合，朝着更多维、异化方向发展。随着参数化建筑设计的兴起，建筑师对空间的探索和研究进入了一个全新阶段(图2-1)。
空间是建筑的本质，而建筑是以形式而存在。空间与形式的关系争论已久，空间与形式互相依存，并非二元论中的非此即彼。对建筑师而言，只在于侧重程度的差异，“形式为先”还是“空间为首”，仅仅是处理问题的先后顺序不同。形式策略容易归结为设计风格或者手法，审视整个西方建筑史不难发现，从古埃及追求永恒的金字塔形态到古希腊、古罗马建筑中严格的视觉比列、视觉修正和尺度适宜的建筑雕塑，到中世纪尖券尖拱带来的视觉“神化”，再到文艺复兴时期“透视法”的诞生以及现代建筑先驱对建筑装饰的剥离和摒弃；古典与现代的抗争、浪漫与折中的并存、典雅与粗野的对比、国际化与地域性的矛盾……等等，这些建筑演变和发展归根到底仍然围绕“形式”这一最大命题展开。从某种意义上讲，西方建筑史其实就是一部建筑形式的发展史。后现代以后，建筑学又经历了一轮又一轮的形式演变浪潮。信息时代大量的视觉图景充斥视野，数字技术为建筑形式的探索提供强大引擎，推动建筑学朝着新的方向演进。流体、异元、软性、多维、自组织等成为当下建筑学最具点击效应的关键词(图2-2)。形式研究有助于设计者创新思维和前瞻性视野的培养，这是本次教学的主要目标之一。1.2数字化与参数化“数字化”（Digital）这个词源自美国麻省理工学院教授尼葛洛庞帝（Nicholas Negroponte）的《数字化生存》（《Being Digital》）一书(图2-3)。所谓数字化是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字、数据，再将这些数字、数据转变为一系列二进制代码，引入计算机内部，进行统一处理后建立数字化模型。经过数十年研究，数字技术得到迅猛发展，在全球范围内掀起一轮轮高潮，人们强烈感受到在浪潮背后的巨大力量，如书中所说，“信息的DNA正以极速取代原子成为人类生活中的基本交换物”, “计算不再只和计算机有关，它决定我们的生存”，数字技术影响涉及社会各个层面。在设计领域中应用范围更大，简言之，设计过程只要计算机参与，即可定义为数字化设计。在数字化设计中，“0”和“1”的概念不再局限于计算机处理上的逻辑判断关系，而直接干扰或者诱发设计者创作灵感并拓展思考维度。数字化设计成为一种必然，需要我们以更审慎、更具前瞻性的视野加以抉择与分析，考验设计者对时代特质的敏锐洞察。数字化设计带来某种意义上的设计革命，数字语言替代传统设计工具和表现手法，以一种全新方式影响并发掘设计潜在可能，为当代建筑设计发展提供新的契机。数字技术主要通过“直接”与“间接”方式影响建筑学的发展：前者指设计者直接将当代数字技术应用到建筑及建筑设计；后者指数字技术通过影响社会文化进而间接影响建筑的发展。图2-3《数字化生存》封面图2-4 参数输入和结果输出图2-5 印度孟买靛蓝的熟食店室内“参数化”（Parametric）最初出现在工业设计领域中。参数化强调的是输入与输出的对应(图2-4)，参数既可以是静态数值也可以是动态数据，通过改变和修正参数得到结果的多元可能。参数化设计需在计算机中设立一定的逻辑和规则，当变量或者参数发生改变时，参数影响结果而不改变原先定义的逻辑和规则，设计重在内部关系的设立而不关注形式本身的追问。参数化设计基于数字化设计，是数字化设计发展进程中一个分支或者说演变类型之一，其范畴和影响相对后者要小。参数化设计架构的技术平台类型多样，主要依托数字软硬件发展。参数化设计对传统设计方法具有颠覆性意义，是一种革新、高效的设计思维。参数化设计不仅在建筑设计领域风起云涌，其辐射效应也波及城市设计、景观设计、室内设计等相关专业(图2-5)。通过参数化设计学习，掌握一种设计新手段，让我们能在更大的认知领域中寻找未来的设计表达。1.3线性与非线性
在建筑学领域，参数化设计一开始就以“非线性”的表征显现出来，因此了解参数化设计概念后，界定和辨析“线性”与“非线性”这两个概念，有助于我们更深层次地理解参数化设计的实质。“线性”（Linear）原本是数学概念，是线性函数的简称，其概念是线性函数的抽象和泛化。《大英百科全书》将这对概念以系统形式解读并定义：“线性系统是指系统对于某种力的响应，是严格成比例，不会出现像混沌行为那样力的巨量扩展……非线性系统的行为模式则是变化多端，几乎不能用精确数学描述与分析。”线性系统强调系统变量均按一定比例均匀变化，系统内部各部分之和等于整体，叠加和转变仅仅是量的变化而并非质的跃迁，线性演化的结果具有确定性和必然性，线性内部子系统性质决定整体演变轨迹。“非线性”（Non-linear）相对于线性概念而出现。在系统论中，非线性系统表征为各变量变化不均匀也不成比例，变量之一的微小改动将可能转化为整体性突变。各变量、元素组成的整体性能不等于叠加之和，子系统之间相互独立又互相渗透，制约的同时又相互协同，系统具有不确定性、随机性和偶然性。“线性”代表着对客观存在的简单认知。在牛顿力学为基础的线性学科中，其原则便是简化和割裂对象，用规律演进法来推导存在的规律和现象，以此来认识复杂事物。在这种思维模式下，客观存在被描述为稳定、规则、中心、秩序、可预测。“非线性”则与之相反，强调物质存在的随机、混沌、多中心、不稳定、不确定，这些特征恰恰是物质世界的本质。非线性研究的出现，改变了传统观察和理解客观事物的方式，同时加深了对物质世界的认知。参数化设计是建立在非线性之上的，是对物质世界的客观而真实的反映。图2-6 西班牙塞维利亚“都市伞”图2-7卡尔塔尔PENDIK总体规划1.4算法与脚本“算法”（Algorithms）可以说是参数化设计的核心问题，算法决定了设计的研究方向、演变途径、设计周期以及成果的生成表达。算法概念来源于数学，最初指用来解决数学问题的方法和步骤，比如传统意义上的算数运算（加、减、乘、除）、积分运算、数列求值等。在数字时代下，算法有了新的定义：“一个算法，就是一个有穷规则的集合，其中规定了一个解决某一特定类型问题的运算序列。”“一个可终止过程的一组有序的、无歧义的、可执行的步骤的集合。”因此，我们可以把算法理解为是一系列解决问题的清晰指令，是为了解决某一个特定任务而所需步骤的完整综述，是能够计算或者求出给定任务的公式或代数(逻辑)的步骤序列。在参数化设计中，算法通过逻辑再现事物过程，计算机受程序控制在完全自组织状态下生成建筑模型，好的算法能让参数化平台高效、圆满地完成设计目标。“脚本”(script）是使用一种特定的描述性语言，依据一定格式编写的可执行文件。一般来说，计算机脚本程序是确定的一系列控制计算机进行运算操作动作的组合。脚本可以被应用程序临时调用并执行，但其执行时必须由相应脚本解释器转换。在参数化设计中，应用较多的脚本语言有C、C++、Java、Python等。脚本编写对一般建筑设计者来讲难度较大，但通过运用脚本，可以在建筑设计中解决设计的复杂性问题(图2-6)。2．理论讲授
参数化设计是一种全新的设计方式。目前在建筑学领域对于这种设计方法的系统研究为数尚少，还处在一种一边研究一边深化的状态，要对参数化建筑设计有一个相对全面的认识和理解，我们可以梳理和归纳相关的知识构成，使其基础理论得到系统的呈现。2.1参数化设计兴起的主要动因
1）建筑自我驱动
建筑的发展，在现代主义之前可以说是一种“线性”的历史演进，但从后现代主义开始，则向多元、枝状的趋势发展。20世纪后半期建筑学的流派更迭、主义多元、理论纷杂，全球化带来的均质主义以及消费文化导致的图像充溢，嬗变的建筑风格在世界各地如肥皂剧般刺激着人们的视觉，建筑学因此进入迷茫甚至停滞状态，甚至有学者认为建筑学将在21世纪走向消亡。另外，随着视觉文化的进一步泛化，建筑师渴望新的建筑表达来满足社会对建筑的视觉需求，而新形态、新空间的出现必须借助技术手段才能超越人类思维能力。因此当数字技术介入建筑设计时，急于寻找突破口的建筑师们极其敏锐地把握了这一方向，开始主动使用这种新的工具和手段。建筑师借助参数化设计方式将环境、功能、技术、材料等因素整合融入到设计过程中，创造出更具适应性、灵活性和生命力的建筑空间，可以说是建筑本质上的理性回归，建筑与物质世界的真正对话成为可能。
2）数字引擎推动
勒·柯布西耶曾经精辟地指出：建筑与技术的关系，“无论何时，只要技术达到了它可执行的极限，就一定会超越其本身而进入建筑领域……建筑是其内部结构的结晶，也是自身形式的缓慢展现。这也是为什么建筑和技术总是形影不离。我们的愿望是，它们能共同生长，直到有一天，其中成为另一个的表现……建筑象征我们的时代。”美国Ellerbe建筑事务所在1958年将一台图形计算机引入到建筑设计中，可以说是数字技术在建筑学中的最早应用。随后，SOM等大型事务所先后将计算机辅助设计(CAD）引入建筑与规划设计中。到20世纪80年代中期，计算机辅助建筑设计(CAAD）技术被广泛应用，数字技术的应用大大缩短了建筑的设计周期。90年代开始，建筑院校开始研究运算设计、衍生设计的新思维和新方法。到了20世纪初的今天，数字技术已经渗透到社会各个层面，互联网、人工智能、交互性设计、远程关联的出现，提高了整个社会生产效率，建筑学也开始转向基于算法的参数化设计。图2-8 Hungerburg缆车站图2-9 聚氨酯3D模型图2-10 海底鱼群
参数化设计是数字化设计发展到一定阶段的产物。如前所述，它在工业设计领域的应用要早于建筑设计，一个主要原因就是建筑设计涉及的要素和限制要比工业设计更为复杂，比如社会、政治、经济和技术等因素的制约。数字技术为建筑的发展起到强大推动作用，直接或间接引领建筑学的发展，无论是对建筑空间的重新定义和功能的更新、置换、消解，还是建筑虚拟化生存与物质空间的互动，抑或是建筑与城市的结构性重组都有着很大影响(图2-7)。
3）新材料新结构激发
建筑的呈现，以物质形式表现出来，而其造型需要材料和结构来表达。现代主义建筑能够在当时突破古典主义建筑的枷锁，材料和结构的革命是其主要原因之一。混凝土、钢铁、玻璃等被广泛应用到建筑中，使建造效率大大提高，满足了战后对工业建筑、居住建筑的大量需求。这些材料的物质特性使建筑结构发生转变，新结构带来空间跨度、高度上的创新，现代建筑才得以快速发展。数字时代的今天，新型复合材料的出现，为参数化设计的发展提供了坚实的物质基础。参数化设计的建筑物需要新材料、新结构的应用，当前主要材料有玻璃纤维增强石膏板(GRG）、玻璃纤维增强水泥(GRC）(图2-8)、聚氟乙烯(ETFE）、亚克力(PMMA）、炭纤维、聚氨酯(图2-9)等各类有机复合材料。2.2参数化设计的相关理论
1）混沌理论“混沌理论”（Chaos theory）是一种兼具质性思考与量化分析的方法，用以探讨动态系统中（如：人口移动、化学反应、气象变化、社会行为等）无法用单一数据，而必须用整体、连续的数据关系，才能加以解释及预测的行为，是一种研究复杂非线性变化规律的理论。1963年美国气象学家爱德华·诺顿·罗伦兹（Edward Norton Lorenz）提出该理论，指出非线性系统具有多样性和不确定性。混沌理论认为，在混沌系统中，初始条件十分微小的变化，经过不断放大，对其未来状态会产生极其巨大的影响。“混沌”简单地说，“它是从有序中产生的无序运动状态，无序来自有序，无序中蕴含着有序，无序与有序是对立统一的，高一层次上是有序的，而低一层次上是无序的。”混沌学的特点，在于其确定性的内在随机性，混沌就是在确定性的系统内产生的随机性。混沌看似混乱，但混沌并不等于混乱，混沌存在着复杂的结构和规律，是一种貌似无序的复杂有序，一种非平庸的有序，一种与平衡运动和周期运动有着本质不同的有序运动，混沌是有序与无序的统一。混沌思想改变了人们认知物质世界的已有经验，揭示了客观存在的真实形态和结构。对建筑学而言，混沌理论揭示了建筑并非单一的现代主义机械模式，而是一个复杂的系统体系，颠覆和重构了传统建筑美学思想，使建筑转向多元、异质和流变。
2）涌现理论“涌现”（Emergency）一词最早出现在美国约翰·霍普斯金大学心理学教授约翰·霍兰德（John Holland）于1998年出版的《涌现》一书中，作者对涌现现象进行了系统解读。涌现强调从低层次到高层次、从整体到部分所发生的质变，即系统整体出现了部分所没有的新质或者新量，绝非简单叠加之和。涌现生成在自然界中是极其普遍的现象，比如鸟群的集体飞翔、鱼群的动态游走、蚂蚁的结队前行等等(图2-10)。涌现置于建筑，则改变了以往我们对建筑的单一性思考，“涌现概念实际上表达了一种艺术的思想，是对建筑复杂性的一种研究，这种复杂性指的是远离平衡状态下的动态的、稳定的有序化结构，而这种结构表现出来的行为是种无限的多样性。这种丰富的复杂性是可以被破解的：即组成集群的单体遵守共同的、非常简单的若干规则，最终产生复杂的集群有序行为”。建筑涌现更多的是对环境系统的反应，建筑需要在与环境场地的对话中定位自身，并融入环境中的关系链条或者网路。涌现理论对参数化设计影响巨大，无序中的内在控制逻辑是两者的共通之处。图2-11 不同形式的“折”
3）褶子思想
法国后现代哲学家吉尔·德勒兹（Gilles Louis Réné Deleuze）在德国哲学家莱布尼茨“单子”理论(所谓单子，按照莱布尼兹的解释，世界上的万物都是由单子构成，物质是单子的外部表现。)的基础上，进一步阐释并提出“褶子”(fold)概念，使其成为他的整个哲学体系的核心概念。在1988年出版的《褶子：莱布尼茨与巴洛克风格》一书中，德勒兹着重阐述了一个褶子的世界，并将其作为一种哲学思维和美学范式加以论述。他认为在褶子世界中，时间和空间随着物质的折叠、展开和再折叠而生成，提出弯曲是褶子形成的理想基本元素，物体是由内向外及由外向内的双向折叠中形成的，因此物体本质上没有内外之分，空间与时间共存于物质的折叠中(图2-11)。“使这些褶子弯来曲去，并使褶子叠褶子，褶子生褶子，直至无穷”。在谈到建筑与褶子关系时，德勒兹认为当建筑表皮具备结构和材料的双重性时，表皮就可以替代空间结构成为建筑自身，并成为时间和空间的主角。这种思想为后现代建筑空间消解固有模式，开拓新建筑语言提供了理论基础，对构建数字时代的新建筑美学产生了很大的推动作用。
4）生成思想“生成”是德勒兹另一个非常重要的概念，是对西方长期一致性存在的彻底颠覆。德勒兹的“生成论”否定了帕拉图的理念世界，消解了真实、虚假、原像、模像的二元对立，认为世界除生成之外再无它物，一切存在都只是生命生成过程中一个相对稳定的瞬间，我们的感知是物质世界即时状态显现，生成是异质性因素的运动过程。德勒兹的哲学在本质上是关于生成的本体论，其意义表现在逻各斯传统解构、活力论重构以及人类中心主义，认为对于生成的思考就是思考事件本身，生成是“事件”的根本属性。生成是一个运动过程，并不由事物状态所决定，不是具体结果而是一种事物生长的过程。英国语言哲学家维特根斯坦（Ludwig Wittgenstein）认为：“生成的结果就是形成无数处于时空边缘、‘家族相似’但不能‘类同化’的‘事件’，而系统就是在这种关联的拓展和重组中穿越不同的层次，不断改变自身性质，而根本无法固定在某个特定的领域之内。”数字技术介入建筑学后，“生成”成为虚拟现实的必然诉求(图2-12)，如同德勒兹所言“新的现实就意味着新的虚拟，就意味着新的创造性进化和生成”1。参数化设计注重对设计过程的关注，寻求开放、自由和自下而上的设计。图2-12 参数控制下的生成图2-13 DP软件中的“鸟巢”3．技术分析
参数化设计基于当代数字技术的发展，因此课程学习中有必要了解相关数字技术在建筑设计中的应用。西方当代语境下，参数化建构具有两方面含义：“参数化设计”和“参数化建造”。前者指借助数字软件进行设计和拟像，属于数字化生成阶段；后者指借助数控设备进行实际建造，属于数字化物化阶段。3.1数字软件
数字技术的进步，为建筑设计转向提供动力，设计软件随着数字硬件技术的进步而不断升级。目前三维软件类型多样，更新升级周期极短，大部分软件早期主要用于直接建模，建模过程完全可视化，并且没有任何参数参与建模，如果用于参数化设计，就必须使用软件底层语言来编写应用脚本。参数化设计兴起的当下，软件公司相继开发了一批用于参数化设计的数字软件，以满足不同使用者的需求。这些数字软件大致可以分为以下几类：
1）计算机辅助工业设计（CAID）软件
这类软件主要包括Catia、Rhino、Vector Works Mricrostation等。随着数字技术在设计领域的不断推广和应用，这些广泛应用于工业设计中的CAD/CAM软件被运用于建筑设计领域中。比如基于Catia V5平台开发的盖里技术Digtal Project（DP)，是目前世界上最先进的建筑建模软件，2008年北京奥运会主体育场运用了这种技术才得以快速建造实现(图2-13)。另外基于Rhino平台开发的Grasshopper参数化设计插件，自从2008年6月6号发布第一版（程序员David Rutten开发）以来，被世界上大多数先锋院校、设计机构和研究者所推崇，主要原因在于该插件兼具早期建模习惯和底层脚本语言的特点，同时节点式逻辑链接带来拟像过程的可视化。构架于Mricrostation的Generative Component(GC)，使用了与Grasshopper类似的关联式参数化设计方式。图2-14 K3dsurf软件形式研究
2）计算机辅助建筑设计（CAAD）软件
该类软件常见的有基于AutoCAD的Revit Architecture，主要是为信息化建模（BIM）而构建。Revit也遵循了自下而上的关联式设计模式，支持概念设计到施工图设计的所有阶段，它的核心是参数化更改引擎，可以协同调整任何位置（即平、立、剖、透视图的同时修改）所作的改变。Revit与Grasshopper等软件的不同之处在于它无需任何编程语言，内置了大量的建筑构建，对建筑设计的快速建模提供了方便，而AutoCAD自身要实现参数化设计需使用其内置的Lips语言。
3）视觉影像（CG）软件
这类软件常见的有3dsmax、Maya等，一般用于常规建模和动画视觉表现，当用于参数化设计时，必须借助底层语言，通过程序语言建立逻辑规则展开设计研究，如3dsmax的MaxScript、Maya埋入式语言Mel等。计算机通过这类程序指令执行建模、动画、动态和渲染任务，当用于建筑设计时，则可以模拟和分析设计各种要素，为参数化设计找形提供生成路径，比如使用“多代理系统”（Multi-Agent System, MAS）的智能方法模拟人群流动走向。
4）数学计算软件
这类软件计算能力相当庞大，常被用于物理学、工程学和数学领域，比如被称为目前世界三大数学软件的Mathemetica、Matlab、Maple。这些软件通过表达式建立生成逻辑，无需后期修改调整，其结果是对方程表达式的图示化直接反映。除这三大软件，还有专门用以对曲面进行函数建模研究的K3dsurf，该软件界面简洁、功能强大，可以直接为建筑设计提供非线性的空间形态。随着建筑空间形态的拓展研究需要，一些先锋事务所和研究机构已经开始用它们来生成更加复杂和多元的空间模型(图2-14)。
5）程序语言软件
这类软件虽然有极其庞大的功能，但对一般设计者而言较难掌握，主要涉及计算机底层语言，如C、C++、Java、VB、Python等。这类程序语言有着强大的扩展性，如果设计者有着良好的编程素质，对一些可视化节点式参数化设计软件的操作能力将大大提高，目前在Grasshopper插件就内置了C语言和VB语言运算器。此外，由美国麻省理工学院媒体实验室研究的Processing(图2-15)，作为Java语言延伸，将命令行式的程序语言进行可视化转变，为数字艺术家、设计师与计算机程序语言之间良好沟通搭建了桥梁，目前已经被世界许多学术机构和建筑院校作为主要计算机语言来教授和使用。图2-15 Processing书籍和界面
参数化设计软件作为技术手段和设计工具，具有强大的模拟功能和构件单元可调控的动态系统功能。参数化软件在模拟“生成”过程中，设计者主要通过控制预先设定的规则和关系的参数来完成。软件开发者在开发时内置了大量易于使用的函数和逻辑值，设计者可根据需要快速调用并创立参变量之间内在关系和规则，通过设定参数变量值范围进行全程调控操作，根据条件因素最终生成所需要的设计结果。参数化软件的使用，带来形态的不确定性和复杂性，在动态演变中模拟外部复杂的物质世界，比如随机函数、递归算法等脚本语言等。参数化设计软件间的兼容性相对较好，但每个软件都有其自身的优缺点，需要我们根据设计目标来选定，提高设计效率的同时又能快速生成所需成果。
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