探求建筑設(shè)計手段革新之路范文

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從20世紀80年代以來，電訊、衛(wèi)星、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的興起，切切實實改變了人類的生存方式，也使人類的社會生活發(fā)生了巨大的變化[1]。人類逐漸由大機器生產(chǎn)為代表的工業(yè)社會逐漸進入了以計算機信息技術(shù)為特征的信息社會。在信息社會，以數(shù)字化技術(shù)為代表的新興技術(shù)給新世紀人類的生活和工作帶來了史無前例的影響和巨變。面對時代進步所帶來的變化，作為一門綜合體現(xiàn)社會發(fā)展水平的學(xué)科，建筑學(xué)不可避免的要吸收時代其他學(xué)科的成果，自身做出變革和進步，來適應(yīng)時代的要求。作為人類棲居環(huán)境學(xué)科的成果，建筑學(xué)的變化都是源于實際生活和社會心理、行為的需要。這些需要隨著時代的變遷不斷變化，同時由內(nèi)到外地影響著建筑自身內(nèi)涵和表征的轉(zhuǎn)變。

1數(shù)字建構(gòu)的特點

廣義的數(shù)字建筑是一個寬泛的概念，只要設(shè)計、施工或管理和運行過程中運用了數(shù)字化工具，如AutoCAD、智能管理系統(tǒng)等的建筑都納入數(shù)字建筑的范疇。而本文探討的“數(shù)字建構(gòu)”主要指在建筑設(shè)計和建造的各個階段和各個層面運用數(shù)字化的工具模擬實現(xiàn)建筑目標的狀態(tài)和過程，其中以算法設(shè)計（AlgorithmicDesign）和參數(shù)化設(shè)計（ParametricDesign）為典型的核心技術(shù)。數(shù)字建構(gòu)是繼現(xiàn)代主義運動后，又一次基于技術(shù)革新的設(shè)計革新。它體現(xiàn)了以下一些特點：“數(shù)字建構(gòu)”是一種建筑設(shè)計方法和工具的變革，與當今時代最先進的信息技術(shù)緊密結(jié)合，展現(xiàn)了新技術(shù)強大的革新能力。不論是設(shè)計過程還是成果表達以及項目實施，都必需通過現(xiàn)代的計算機、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)才能實現(xiàn)，這是數(shù)字建構(gòu)與以往建筑設(shè)計最大的區(qū)別。數(shù)字建構(gòu)通過以計算機為代表的技術(shù)工具，大大提高了建筑設(shè)計的效率，其工具本身的能動性和自主性更加強大，可以幫助人類進行能動的分析和思考。技術(shù)工具在建筑設(shè)計中承擔(dān)的角色和作用更加重要，已從以往的輔助性的“助手”角色上升為互動性的“伙伴”角色。利用計算機強大的儲存和計算能力，數(shù)字建構(gòu)實現(xiàn)了在多重、復(fù)雜、多變條件下，對多元組合進行無限的比較和優(yōu)化，并達到史無前例的精確性[2]。計算機技術(shù)的不斷進步使人類克服了人腦的生理局限性。雖然現(xiàn)代醫(yī)學(xué)技術(shù)能夠證明人腦的記憶能力是非常強大的，但是就普通人所具有的記憶力和計算能力與計算機相比較而言，是非常微不足道的。在傳統(tǒng)的建筑設(shè)計過程中，建筑師只能依賴自己的直覺和經(jīng)驗，選擇少數(shù)的幾個或者數(shù)十個可能性較大的方案進行比較和優(yōu)化。而數(shù)字建構(gòu)下，建筑師只需在計算機方案的生成過程中，設(shè)定限制條件，即可剔除不符合條件的方案，建筑師最重要的作用是在眾多的方案中做出合理的判斷，選擇最優(yōu)方案，省卻了不同方案生成過程中的時間和精力；還可以在施工前進行全過程的模擬建造，發(fā)現(xiàn)不合理的部分立即進行修正，避免實際建造中許多不可預(yù)知的浪費和危險。進入實際建造的過程時，一切都按照程序的指令有條不紊地高效推進，有效地減少了人工誤差（當然機器的故障離不開人的監(jiān)督和制定應(yīng)急措施）（圖1~3）。數(shù)字建構(gòu)追求個性化與高效率、高精確率的結(jié)合。傳統(tǒng)的手工制作雖可實現(xiàn)個性化制作，卻不得不面對效率低下的制約；而以往批量生產(chǎn)則是以犧牲多元化為代價、大量制作統(tǒng)一標準的產(chǎn)品實現(xiàn)高效的目的。多元化只能是在有限的產(chǎn)品類型中進行組合而產(chǎn)生變化，這一定程度上限制了個性化、多元化的發(fā)展。數(shù)字建構(gòu)依靠從設(shè)計到生產(chǎn)全過程的數(shù)字控制，可以在高效和節(jié)約的前提下，實現(xiàn)產(chǎn)品的多元化和個性化設(shè)計的完美結(jié)合（圖4）。例如，在建筑設(shè)計創(chuàng)作過程中，傳統(tǒng)設(shè)計需要大量制作模型進行方案對比。而現(xiàn)在可以采用參數(shù)化設(shè)計，依靠計算機技術(shù)，對某些影響形式的參數(shù)進行控制和調(diào)整，就可以在短時間內(nèi)得到大量的階段成果進行比較，從而節(jié)約了時間和人力。數(shù)字建構(gòu)體現(xiàn)了可控性與不可預(yù)知性的結(jié)合。當前數(shù)字建構(gòu)一個突出的特征就是將設(shè)計過程以程序邏輯的理性方式進行處理（常常是超出常人大腦的能力），將感性的形式轉(zhuǎn)化成一種理性的計算過程。在數(shù)字建構(gòu)的設(shè)計過程中，雖然設(shè)計條件的設(shè)定是由建筑師來決定的，但是由此而呈現(xiàn)的多元化形態(tài)有可能是建筑師無法預(yù)先想象的。它用計算機編碼的精確手段模擬，替代建筑師大腦的模糊推理，但是最終的決策仍然離不開建筑師的藝術(shù)審美和功能技術(shù)的理性判斷。這對于強調(diào)個性化設(shè)計的建筑師來說，提供了更加豐富的選擇性。建筑師對設(shè)計過程的控制無需像傳統(tǒng)設(shè)計那樣深入到所有的細節(jié)（那樣耗費的精力和時間太高了），而是對條件和程序的控制與調(diào)節(jié)，決策權(quán)卻仍然掌握在建筑師的手中。

2數(shù)字建構(gòu)的緣起與發(fā)展

數(shù)字建構(gòu)當前受到許多建筑師和廣大民眾的歡迎和追捧，除了因其緊貼時代的技術(shù)步伐之外，更由于它在建筑造型上符合當代社會審美趣味的需求，為個性化和多元化提供了新的可能性和相應(yīng)的技術(shù)保障。現(xiàn)代主義建筑所奉行的一元線性的機械推理造型路線，造成了單調(diào)乏味的國際式建筑風(fēng)格，被建筑師們所詬病。后現(xiàn)代主義為突破現(xiàn)代主義的局限，回歸傳統(tǒng)風(fēng)格，但其無病呻吟或過度夸張的做法，讓普羅大眾難以接受。但鑒于建筑作為一門實用科學(xué)，大多數(shù)當代建筑師在仍然堅持理性根基的同時，不斷探索造型上的多元化策略。在推進建筑學(xué)的道路上，數(shù)字建構(gòu)在平衡理性與多元化上為當代建筑師提供了新的可能性。使得一些表面看來非常復(fù)雜的形式通過理性的數(shù)字控制手段而獲得表達，與那些隨機的、即興發(fā)揮的風(fēng)格截然不同，為普羅大眾提供了重新解讀建筑的可能性，也從傳統(tǒng)理性的現(xiàn)代主義找到了思想發(fā)展體系上的脈絡(luò)。傳統(tǒng)的平立剖表達方式以及人腦的思考局限等因素使多元復(fù)雜的建筑造型受到制約，而計算機技術(shù)使得原來技術(shù)上的障礙得以突破。通過虛擬三維建模技術(shù)，數(shù)控技術(shù)解決了現(xiàn)實制造和建造工藝上的精確性和復(fù)雜性問題，實現(xiàn)了從虛擬到現(xiàn)實的跨越，這是傳統(tǒng)二維圖紙表達所無法達到的。從歷史發(fā)展的遞進關(guān)系來看，數(shù)字建構(gòu)應(yīng)當是工業(yè)化建構(gòu)的更高階段的形式。因為數(shù)字建構(gòu)必然依靠工業(yè)化的更高階段——數(shù)控自動化工業(yè)的支持才能得以實現(xiàn)，從這層意義上來說，工業(yè)現(xiàn)代化仍然是建筑現(xiàn)代化的基礎(chǔ)。西方工業(yè)革命后建筑技術(shù)和思潮的發(fā)展，充分體現(xiàn)了這種新的趨勢。中國社會目前雖然經(jīng)濟發(fā)展迅速，但在建筑領(lǐng)域尚未完全實現(xiàn)工業(yè)現(xiàn)代化的建造過程，期待著引進先進技術(shù)而縮短與發(fā)達國家的差距，實際上面臨著多重的困難。因其缺乏強大的工業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)的支持，數(shù)字化生產(chǎn)和建造能力顯得底氣不足，步履蹣跚。

3數(shù)字建構(gòu)對建筑創(chuàng)作的影響

數(shù)字建構(gòu)是促進當代建筑創(chuàng)新的有力工具。最突出的一點是它克服人腦的生理局限性。強大的記憶功能、高效的統(tǒng)計分析和高強度重復(fù)性勞動，“能想人之不能想”；其次，它克服傳統(tǒng)建筑工藝的局限性，能夠模擬制造復(fù)雜的造型，“能做人之不能做”（圖5）。數(shù)字建構(gòu)對于建筑創(chuàng)作的影響既是巨大的，也是革命性的，體現(xiàn)在以下幾個方面：

首先，數(shù)字建構(gòu)作為一種系統(tǒng)化的工具，極大地改變了建筑設(shè)計的過程。對于建筑師而言，雖然我們從傳統(tǒng)的圖板丁字尺已經(jīng)過渡到了計算機輔助設(shè)計階段，但是設(shè)計過程的生產(chǎn)方式仍停留在傳統(tǒng)的孤立分散式的合作設(shè)計階段。數(shù)字建構(gòu)是一種整體的系統(tǒng)化的設(shè)計方法，將傳統(tǒng)的分階段分技術(shù)工種的分散設(shè)計操作，轉(zhuǎn)化為即時同步的協(xié)同設(shè)計過程。

其次，給建筑師帶來根本變化的是內(nèi)在思考方式的變化：作為使用了上千年的建筑師圖紙語言，從二維圖紙轉(zhuǎn)換成了計算機三維（甚至四維）模擬表達。數(shù)字建構(gòu)的設(shè)計過程，不再是從二維到三維的想象過程，而是直接從三維著手進行空間動態(tài)式的設(shè)計和調(diào)整，二維圖紙只是三維模型的輸出表達結(jié)果而已。建筑師不再需要通過閱讀二維圖紙想象出三維的空間形態(tài)。建筑師、工程師乃至業(yè)主則可以隨時觀摩三維模型，甚至可以模擬不同時間、不同人群使用空間的場景，隨時進行調(diào)整和修正。建筑師與業(yè)主之間的交流，可以直接模擬觀看建成之后的效果，甚至可以利用3D技術(shù)實際體驗空間的變化。

此外，數(shù)字建構(gòu)作為一種智能化的技術(shù)，對建筑的建造邏輯產(chǎn)生了巨大的影響。當前許多運用數(shù)字建構(gòu)技術(shù)設(shè)計的建筑大多因其獨特的造型而為大家所認識和追捧，實際上數(shù)字建構(gòu)解決的不單是外觀造型的個性化問題，而且是對空間設(shè)計和建造的數(shù)字化和智能化控制與管理。數(shù)字化技術(shù)改變當代人的生活和工作方式，也挑戰(zhàn)著傳統(tǒng)審美觀念，在復(fù)雜和多樣化的造型之下，把直觀的視覺形象與理性的算法邏輯、把設(shè)計與建造的過程有機地結(jié)合起來，逐漸形成了新的審美標準[3]。數(shù)字建構(gòu)對于建筑的建造邏輯帶來了新的變化，體現(xiàn)在對傳統(tǒng)石材、木頭、鋼材和玻璃等材料的拓展運用，將原來靜止受力狀態(tài)所不可能實現(xiàn)的空間結(jié)構(gòu)，通過動態(tài)多元的受力分析，使材料性能得到極致的發(fā)揮。此外，也改變了各種材料傳統(tǒng)組合的構(gòu)造節(jié)點和做法，形成了新的加工、組裝和建造的模式。數(shù)字建構(gòu)所具有的智能化和信息化特點，對于建筑內(nèi)部環(huán)境的物理性能控制與調(diào)節(jié)起到積極的作用。根據(jù)室外環(huán)境的變化(朝向、溫濕度、風(fēng)速等)，以節(jié)能環(huán)保為原則，能動地調(diào)整外圍護構(gòu)件的形式和方位，形成符合可持續(xù)發(fā)展的最優(yōu)的綠色建筑方案[4]。

結(jié)語

從數(shù)字建構(gòu)與當代新技術(shù)不可剝離的緊密關(guān)系來看，數(shù)字建構(gòu)并不是作為一個建筑風(fēng)格而存在，而是作為一種為當代建筑師所共同探索的技術(shù)智慧，逐漸得到廣泛的應(yīng)用。從歷史的角度來看，當代建筑的發(fā)展除了建筑師個體的貢獻之外，更有賴于數(shù)字建構(gòu)技術(shù)本身的發(fā)展。建筑師對形式與空間上的創(chuàng)意，主要是依靠個人的想象力，同時也依賴于對數(shù)字化技術(shù)的理解和掌握。數(shù)字建構(gòu)將為建筑師提供更為廣闊而自由的發(fā)展前景。當然，數(shù)字建構(gòu)是時代的產(chǎn)物，必然有其時代的局限性：一方面，由于計算機技術(shù)的應(yīng)用只是設(shè)計手段和方法的變化，并沒有觸及根本的建造技術(shù)和材料的變革，因此，還不能說是真正意義上的技術(shù)革命；另一方面，計算機結(jié)果生成的隨機性也在無形中鼓勵了“怪”、“異”、“特”造型的出現(xiàn)，掩蓋了所帶來的經(jīng)濟、功能、人文方面的不合理性，使其在材料、空間、環(huán)保上的綜合效率反而被降低了。此外，數(shù)字建構(gòu)帶有強烈的“技術(shù)主導(dǎo)”的色彩，那些在信息技術(shù)上處于領(lǐng)先地位的國家和地區(qū)容易獲得控制地位，而其他國家，特別是一些落后地區(qū)在發(fā)展的過程中就容易被邊緣化。