参数化设计的应用进展及其对景观设计的启示_同济大学张德顺

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参数化设计的应用进展及其对景观设计的启示

(2016-05-28 12:18:12)

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参数化

风景园林

文献

参数化设计的应用进展及其对景观设计的启示

Process in Application of Parametric Design and Its Inspiration to Landscape Design

摘要:参数化设计,作为建筑及城市设计领域的一股热潮,如今逐渐在景观设计中得到应用。明确了参数化设计的概念,分析了建筑设计中参数、规则和软件平台的应用现状及景观参数化设计的实践进展,总结出景观参数化设计面临的四大问题:应用时间短、范围较窄、整体式景观参数化设计难度大、缺乏专用的景观参数化软件平台。提出了由景观学科和计算机为基础,设计流程、景观参数、规则矩阵法为核心思想,设计研究、规划与布局、营建与形态、施工与管理为具体应用内容,这3个部分组成的景观参数化设计体系。

关键词:风景园林;参数化设计;应用进展;景观参数化设计体系;景观参数;规则矩阵

文章编号:1000-6664(2012)10-0040-06
中图分类号:TU 986 文献标志码:A
收稿日期:2012-03-22; 修回日期:2012-06-14

Abstract: Parametric design sets off a practice boom in architecture and urban design and is gradually applied in landscape design nowadays. This article aims to sum up the definition of parametric design, analyze the progress of the domestic and foreign applications and summarize the four major problems encountered by the landscape parametric design, namely a short application time, limited scope, the problem of monolithic design and absence of parametric design software. Based on the knowledge of landscape parametric design and the algorithm, the article puts forward the construction of landscape parametric design system, which consists of design process, landscape parameters, rules matrix method, design research, planning and layout, construction and form, and building and management.

Key words: landscape architecture; parametric design; application progress; landscape parametric design system; landscape parameter; rule matrix

参数化设计最早应用于工业设计,并在航空、船舶等工程领域得到更进一步的研究和深化。20世纪90年代后期以来,在英国建筑联盟学院(AA School of Architecture)、荷兰贝尔拉格学院(Berlage Institute)、UN Studio事务所等的推动下,非线性和复杂性科学以参数化设计为媒介在建筑领域得到了应用。同时,在法国吉尔·德勒兹 (Gilles Louis Réné Deleuze)哲学思想和计算机辅助设计等的影响下[1],参数化设计作为纽带,促进了参数化主义、关联设计、数字化设计、数字建构、非线性建筑、建筑信息模型等建筑新思潮的产生[2-4]。

近年来,在景观设计中或多或少地出现了参数化设计的影子。两者的逐渐融合给景观行业带来了新的机遇和挑战,在一定程度上改变了传统的设计方式和思想观念。本文在分析建筑参数化设计所给予的启示及目前景观参数化设计的局限性的基础上,提出了景观参数化设计体系的框架。

1 参数化设计的概念及其在建筑设计中的应用

参数化设计(parametric design),是一种具有普遍应用价值的计算机辅助设计技术,广泛应用于机械、汽车、轻工业等工业领域;而在建筑科学与工程领域,由于牵涉到社会、文化、技术等众多因素,其应用面临着一定的难度。

1.1 参数化设计的概念

目前关于参数化设计的定义中较为全面、深刻的认识为徐卫国所提到的“参变量控制或表明设计结果的某种重要性质,改变参变量的值会改变设计结果”。他认为设计过程的关键环节分别为:设计要求信息的数据化、设计参数关系的建立、计算机软件参数模型的建立等[5]。

概括来讲,参数化设计由寻找参数、设定规则和选择软件平台的3 个关键过程所组成。目前这3方面的应用现状总结如下。
1.2 三大关键过程的应用现状

关于参数(parameter)目前有3种类型。第一种为物体的几何特性, 包括几何尺寸、角度、空间坐标等;第二种是建筑的技术指标,如建筑密度、容积率、采光率等;最后还有问卷调查所获取的统计数据,如人群对建筑功能需求的数据[6]、一天不同的时间段对选定的门厅区域的人流路线等[7]。规则,之于计算机表现为算法(algorithm)。目前,建筑参数化设计的常用算法有voronoi、L-system、Minimal Surface、群智能算法、元胞自动机、遗传基因算法、递归算法、三维限制性扩散聚集算法、多代理系统等[5-6，8-10]。参数化软件平台 ( 表 1),包括 3 大类软件,分别为:数据可视化软件1; 数据、形态和结构分析软件 ;造型软件,及其对应的程序语言。

http://s7/bmiddle/006pOaW7gy7227K6hV466&690

2 景观参数化设计的实践进展

在参数化设计的思潮影响下,一部分建筑师把参数化设计应用到了景观设计上。景观参数化设计,在积累了一些实践经验之后,由于计算机技术的限制与相关研究的相对滞后,目前存在着一些迫切需要解决的问题。

2.1 景观参数化设计的2种方式

参数化设计在景观领域的应用,可分为蕴含参数化思想的应用和有目的的应用参数化设计两大类。

第一种蕴含参数化思想的,如Peter Eisenman设计的犹太人大屠杀纪念碑群(图1)。我们可以通过参数化设计,设定规则和一组按照某种规律分布的高度值2,借助参数化软件平台,自动生成设计,并形成多个相似的方案。

另一类,有目的的参数化设计的应用,主要集中表现在对于某个景观元素的参数化设计上,目前已有不少成功的案例。如2005年建成,由 Michel desvigne设计的庆应义塾大学的屋顶花园的铺装形式[11](图2); BAU在2010年竣工的苏州河延线景观中运用的参数化栏杆和景观桥(图 3、4);McChesney Architects设计的随着人在不同位置观看都呈现出不同姿态的Blaze景墙(图5);2010建成,studio gang设计的Lincoln动物园南池岸边的拱形木质凉亭(图6);RS+ Robert Skitek于2010年设计的波兰水上乐园中的参数化围栏;heri&salli建筑事务所设计的表面采用参数化设计的景观构筑物等。

从上述案例可以看出,参数化思想已经渗透到景观设计领域,不管是最初的带有参数化思想的作品,还是有目的地应用参数化设计以探讨更多种可能形态的作品的出现。但是目前更多的实践案例都局限于某个景观元素的参数化设计上,极少出现各景观元素相关联的整体式的景观参数化设计。究其原因,景观是介于城市与建筑之间的一个复杂系统,所包含的问题比建筑设计更加复杂。

2.2 面临的问题

2.2.1 参数化设计在景观设计中的应用时间短

翻阅参数化设计的历史,从其诞生至今仅有不到50年的时间3,应用在建筑设计的时间也不到30年,而景观设计的真正运用则是最近几年才出现的。可见,参数化设计在景观设计中的应用尚属起步阶段,所涉及的问题广泛而复杂,参数化设计的融入需要业界不断地探索,并逐步地调整以适合景观学科的发展需要。

2.2.2 参数化设计在景观设计中应用范围较窄

参数化设计已经渗透到建筑设计的方方面面,不管是德勒兹哲学影响下的参数化主义对建筑设计理念的变革,还是涉及设计研究、非线性建筑、仿生设计和可持续设计等的应用范围。相对而言,目前景观参数化设计仅限于单个景观元素的参数化设计,显得较为单薄,应用范围较窄。

2.2.3 整体式景观参数化设计的难度较大

整体式景观参数化设计,不仅要求单个景观元素之间是依靠某种规则生成,而且各个景观元素之间也是具有相关性的,是一种景观中的各类要素作为整体而存在的,“牵一发而动全身”的动态式的景观设计方式。它要求有清晰的逻辑和大量的量化指标,把各个景观要素组织整合起来,这对于计算机智能化程度的要求较高,而且由于景观设计中较多的感性和模糊因素的存在,使得进行整体式景观参数化设计的难度较大。

2.2.4 缺少景观专用的参数化软件平台

建筑信息模型(BIM)正火热地推广着4,并且也有着较为成熟的参数化软件平台,如Revit、Digital Project等。而国内景观行业对常用的辅助设计软件如AutoCAD、3dsMAX、Sketchup等的运用,依然是停留在描图、设计表现等基础的应用上,加上设计人员一般是自己整理、制作专用于景观设计的模块,彼此之间缺乏行业普遍认可的、系统化和专业化的参数化软件平台所形成的交流环境。

http://s4/mw690/006pOaW7gy72282iNLt53&690

3 启示:景观参数化设计体系的提出

从参数化设计的普遍性、建筑参数化设计的应用和景观参数化设计实践的基础上,针对上文提及的景观参数化设计存在的四大问题,提出由景观学科基本知识和计算机基础、规则矩阵法为核心思想以及具体应用组成的景观参数化设计体系框架(图7),以期促进参数化设计在景观设计中更进一步的应用。

http://s15/mw690/006pOaW7gy7228eEq743e&690

3.1 景观参数化设计体系的基础

从某种意义上讲,参数化设计是一种讲求逻辑性的描述关系的思想方法,是认识事物本质的一种思维模式。这种思维模式的基础有:设计研究的成果、典型景观模式、程序语言以及软件平台。

景观学中,与参数化设计关系较大的是设计研究成果和典型景观模式。设计研究着重于提炼景观参数和设计规则的成果,具体可包括传统园林布局研究、园林量化研究、景观肌理构成原理、师法自然的植物群落、自然山石组成规律、园林形态与密度、水系分形学研究、景观人体工程学研究等。而典型景观模式,是在参数化设计诞生之前已经存在的一些关于规则或数据的思想描述,如枯山水、曲径通幽等大自然所给予的灵感;海上三仙山、桃花源等宗教的仙境模式;百尺形、千尺势,黄金分割等数理经验等,这些都可为参数化设计提供依据。或者我们可以通过参数化设计的方法,编写程序语言进行典型景观模式的参数化设计研究,从这个角度来讲,参数化具有了文化传承的重要意义。

3.2 景观参数化设计的流程1

景观参数化设计的核心为:寻找景观参数和设定景观要素的生成规则。具体流程为:通过背景、功能、文化、业主需求等的分析定位,以参数化思想的角度提炼出景观参数和设定规则,然后选取合适的软件平台, 进行算法编程,再通过调整参数的取值范围,得到一系列的相似方案及一些量化指标,再组织设计师、专家、业主等进行方案比较研究,最终确立方案(图8)。

http://s2/mw690/006pOaW7gy7228qW9ZT71&690

3.3 景观的参数

景观的参数有2大类:空间中的平面语言参数和量化指标参数。在进行参数化设计时,要把设计语言转化为空间中的点、线、面等平面语言, 并通过坐标、角度、向量等空间特征来设定,或者转化为量化的指标,如硬质景观比例、水体比例、落叶常绿比、绿化覆盖率、游人容量等。具体操作过程中,可借助统计学的方法如层次分类分析法、频率分布法、主成分分析法等[12],来获得一些相关指标数据,用于指导参数的取值范围。此外,对于景观参数的选择,必须具体问题具体分析,下文以某小区中的一条“曲径”的参数化设计为例,对如何寻找及设定景观参数进行说明。

基地位于2幢住宅楼之间,设计一条“曲径”,通过改变参数,最终生成一系列的平面和以曲折率为量化指标的布局方案2,供有关人员进行比选。关于参数,设计把南北的出入口转化为直线上的点P1、P2(图9), 点在直线L1、L2上的位置可变,并以曲折率的数值控制区域内随机产生点的位置和数量,用随机产生的点生成“曲径”,其宽度设为定值,该方案中选取的可变景观参数为:

1)L1线段上的任意P1点; 2)L2线段上的任意P2点; 3)曲折率:“曲径”长度与P1和P2间的直线距离的比值,用于表示“曲径”曲折程度的量化指标。通过改变参数的取值范围,产生12组平面布局结果(图10)。在这里, 如何合理地把设计语言转化为空间中的点、线、面语言,以及选择哪种量化指标作为景观参数,显得至关重要。

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3.4 规则矩阵法

设定了景观参数后,如何在景观参数化设计中,制定合适的规则,或者技术路线,是参数化设计的难点所在。由于景观各个组成要素之间具有相对独立性和关联性,因而本文提出采用“规则矩阵”的方法,把景观设计中的植物、山石、水体、园路场地、建筑小品5大要素,用纵横2个方向的规则矩阵表(表2),表示它们之间存在的内部以及外部的逻辑关系。

表2中,A、B、C、D、E分别表示植物、山石、水体、园路场地、建筑小品。其中AA表示A内部的逻辑关系,BA表示B影响A的生成,其他以此类推。从中可以看出对角线方向均表示各个要素内部的逻辑关系。

在设定规则时,根据具体项目类型的特点,选取对角线上的某个选项作为起点,然后按照首尾相接的关系,进行逻辑关系的组合。遵循这种关系,可得到类似于这样的组合:DD-DC-CE-EE-EA-AB-BB-BD, 甚至其他任意的组合关系。关于组合关系的含义,如AA-AC-CC,表示先生成植物,然后通过植物影响水体,并结合水体自生的生成逻辑生成水体。再如CC-CA-AE,表示先产生水体,然后以水体为影响源,产生植物,再通过植物影响生成建筑小品。

同样以上文中提到的“曲径”为例,设计要在曲径周围形成山石的景观,其规则的技术路线为DD-DB-BB,表示先生成园路,然后通过园路影响山石的构成,并遵从山石内部的生成规则。其中,DB(图11),表示改变园路的形态,山石的位置随之改变;BB(图12),表示固定园路形态,山石的分布与数量遵循其内部的规则。通过规则矩阵表的运用,使得规则的设定更加清晰化和逻辑化。

规则矩阵表作为指导景观参数化设计的思想方法具有重大的意义。从表中进行推算,我们可以获得5×5×5×5×5=3 125种可能的组合关系,为规则的设定提供了多种可能的技术路线。规则矩阵表还具有良好的可拓展性,可以根据具体的情况对纵横2个方向的要素进行增减。此外, 还可以通过逆向推理帮助我们找到某种景观要素的产生逻辑,以调整技术路线,顺利地进行景观参数化设计。

http://s16/mw690/006pOaW7gy7228PqPPV3f&690

3.5 景观参数化设计的应用举例

景观参数化设计的具体应用1,包括从设计前期的设计研究,到设计过程中的规划与布局、营建与形态、施工与管理4大方面。
3.5.1 设计研究

基于参数化设计的软件平台,着重研究对设计产生影响的景观参数和规则,其中包括了景观的尺度、典型园林的布局研究、叠山的法则、理水的逻辑、游人行为与园路形态等。
3.5.2 规划与布局

从整体出发,基于约束关系,可以探讨某种类型景观的参数化布局、场地最佳活动区域选择、可视度分析、土方自平衡动态设计、园林植物的色彩规划、植物的平面与空间一体化设计、照明设计与场地的互动等参数化设计的内容。

3.5.3 营建与形态

主要以具体的景观要素为研究内容,探索同种景观要素内部各构件的组合及建构规则。如铺装的参数化设计、古建筑参数化设计、景观桥的参数化生成、台阶坡道整体式参数化设计、溪流形态的参数化设计、自然植物组群的参数化生成等。

3.5.4 施工与管理

利用参数化设计形成的景观参数化模型,可探讨电子施工图、参数化景观数字建构、景观信息模型等的开发。其中关于景观信息模型 (Landscape Information Modeling),是基于景观参数化设计的研究成果,转译成计算机语言,开发属于景观行业,集立项、设计、施工与养护于一体,全过程、多方位、智能化、数据化模拟、评估和管理景观项目的参数化软件平台。

4 结语

本文总结了建筑和景观参数化设计应用进展中存在的问题,初步探讨了景观参数化设计体系的构建及设计流程。该体系为景观参数的选择提供了平面语言参数和量化指标参数2种思路,为设定规则提供了参考依据——规则矩阵表,并从设计研究、规划与布局、营建与形态、施工与管理四大方面对景观参数化设计的具体应用进行了阐述和展望。鉴于行业多学科融合及实践性强的特点,本文提出的体系结构仍需在全行业的实践中进一步验证、调整和优化。

参考文献:

[1] 徐卫国.褶子思想游牧空间:关于非线性建筑参数化设计的访谈[J].世界建筑,2009(8):16-17. 

[2] 帕特里克·舒马赫,徐丰.作为建筑风格的参数化主义:参数化主义者的宣言[J].世界建筑,2009(8): 18-19.

[3] 徐卫国.数字建构[J].建筑学报,2009(1):61-68.

[4] 全国高等学校建筑学学科专业指导委员会,建筑数字技术工作委员会,同济大学建筑与城市规划学院.建筑数字流:从创作到建造[M].上海:同济大学出版社,2010. 

[5] 徐卫国.参数化设计与算法生形[J].世界建筑, 2011(6):110-111. 

[6] 徐卫国,黄蔚欣,靳铭宇.过程逻辑:“非线性建筑设计”的技术路线探索[J].城市建筑,2010(6): 10-14. 

[7] 黄晓江,等.互动环境设计与研究[M].北京:中国建筑工业出版社,2004.

[8] 王东.建筑设计中几何及智能算法研究[D].西安: 西安建筑科技大学,2009. 

[9] 哈成.记一次参数化设计实验II:邮局问题[J].建筑技艺,2009(11):102-105.

[10] Michael H.Computing Self-Organisation: Environmentally Sensitive Growth Modelling[J]. Architectural Design, 2006(180): 12-17. 

[11] 法国亦西文化.法国景观设计[M].沈阳:辽宁科学技术出版社,2007. 

[12] 章俊华.规划设计学中的调查分析法与实践[M]. 北京:中国建筑工业出版社,2005.

作者简介:

池志炜/1985年生/男/广东人/同济大学建筑与城市规划学院硕士研究生,上海亦境建筑景观有限公司创作所副所长/研究方向为风景园林规划与设计 (上海 200092)

谌洁/1988年生/女/湖北人/上海交通大学农业与生物学院硕士研究生,英国邓迪大学艺术设计系硕士研究生(上海 200240)

张德顺/1964年生/男/山东人/博士/同济大学建筑与城市规划学院教授(上海 200092)

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