参数化设计，如何通过参数建模推进建筑设计发展

自从弗兰克•盖里（Frank Gehry）设计的以闪闪发光钛金属饰面的毕尔巴鄂古根汉姆博物馆于1997年揭幕以来，我们已然对令人瞠目的建筑理念逐渐习以为常，无论是出自瑞士建筑事务所赫尔佐格和德梅隆（Herzog & de Meuron）之手的北京国家体育场（也称为“鸟巢”）那复杂的几何曲线，或是扎哈•哈迪德（Zaha Hadid）创作的罗马21世纪国家艺术博物馆那不稳定悬臂结构，都是这类典范。如果这些似乎是在运用挑战地心引力的拱顶、斜坡、曲线来构建极度复杂的系统，那么就是因为这理应如此。但正是参数化建模技术在帮助将盖里、哈迪德这类人物的奇思妙想变为现实。参数化设计正在得到日益广泛的运用，它不仅是可以使得建筑更具视觉挑战，而且还可将其性能的方方面面进行完美协调，从听觉效果到能量效率等方面，均有不俗表现。这种应用技术不仅仅是性感，而且还对建筑本身更具价值，让我们生活和工作的方式都变得不同凡响。

参数化设计软件可以自动确定结构的任意参数变化对其他物理特性的影响。其效果要比计算机辅助设计复杂得多，自20世纪80年代以来，就已成为了业界的标准。该软件的操作基本上与数字化铅笔大体相似，需要个人通过移动鼠标，来控制建筑构图的线条。如今，参数化技术已经不仅仅是辅助工具那么简单。它不但可以为建筑物和许多特性进行3D建模，而且还可以即刻对模块进行修改。例如，假设建筑师想调整屋顶的倾斜角度，相应的墙壁和屋顶轮廓线也会自动进行变更。甘思乐（Gensler）国际建筑设计事务所的设计总监高浩（Hao Ko）表示，“这就相当于设计师在设定标尺和参数，而计算机来做迭代计算的工作。这就会帮助设计师在探索设计方面实现更大的灵活度，我们可以更快地实现修改。”这也意味着设计师会更乐于进行修改，最终将项目更完美地呈现。

因为技术进步，参数模型已经可以接受越来越多的输入。设计师可以利用软件研究可用什么建筑材料，以及如何最大化自然光。或者，他们还能虚拟化窗户的尺寸，屋顶的高度，以及加热或冷却jianzhu1结构的方式。“任何一个项目都有数百万种可能，”Perkins+ Will的设计师马修·皮尔斯（Matthew Pierce）说。

软件公司Autodesk的副总裁Phil Bernstein是一名设计师，他相信参数技术将会有助于建造新的环境可持续建筑。（这点很重要，因为建筑耗费了世界能源使用量的40%，排放的二氧化碳达到总排放量的三分之一。）领先能源与环境设计（Leadership in Energy and Environmental Design，简称LEED）是目前业界的能源效率标准。当建筑师添加了一些绿色特征，例如耐寒植物，高效暖气、通风和空调系统，他们就能申请LEED认证。

但批评这种方法的人则指出，很难测量结果。参数技术也许可以提供更精确的度量。一座建筑到底需要多少能量？它自己能产生多少能量？它需要消耗多少水？在设计过程中可以找到这些问题的答案，还能迅速进行优化——你可以调整模型，直到达到你想要的结果。

北京奥林匹克体育场的标志性曲线是从需要计算机建模的复杂几何中获得灵感的。

Perkins + Will就是这么设计比奇洛海洋科学实验室（Bigelow Laboratory for Ocean Sciences，位于缅因州东布斯贝市）的。这家公司使用的软件叫Ecotect Analysis（现在归Autodesk所有），它能给所有东西建模，从热性能到日光照明——这是指放置窗户和其他开口，让自然光能可靠地照亮室内的实践。当建筑师在计算机中修改设计的时候，Ecotect Analysis软件可以计算和分析一些属性，例如建筑的地板面积和体积，以及建筑材料的使用量。这样就能模拟不同墙面、屋顶和床组件的热性能，并评估它们的性价比。建筑师还能研究不同的玻璃表现如何——不仅可以研究玻璃的综合性能，还能研究建筑中某个具体位置的东北墙玻璃在长期天气条件下性能如何。

参数技术的好处同样可以通过Gensler即将完成的上海中心大厦得到体现。上海中心大厦的高度为630米，会成为世界第二高楼，中国第一高楼。它扭曲缠绕又带有弧度的表现无疑是一种美学选择。但是，设计师可以把建筑的几何外形输入建模工具Grasshopper，然后微调大楼的形状，从而把立面所受的风力降到最低。就像Ko解释的那样，“如果你要建一座这么高的大楼，就要研究不同角度的旋转。如果你只能手工计算，会很单调乏味。如果你把旋转当作一个参数，就能在多次迭代后得到最终的结果。”

与众不同的建筑

目前，最有名的参数设计表现仍然停留在极限项目上，比如扎哈·哈迪德建筑事务所（Zaha Hadid Architects）设计的项目。扎哈·哈迪德建筑事务所以避免使用转角、直角和其他常见的类型而著称。我们在耗资超过1亿美元的路易威登创意基金会（Louis Vuitton Foundation for Creation）上也看到了类似的避免转角的设计。由弗兰科·盖里（Frank Gehry）设计的路易威登创意基金会十分惊人，它由19000块模塑玻璃增强混凝土和3500块定制的弯曲玻璃板建成。

即便如此，很多建筑师（以及他们的客户）越来越主张仅靠姿态和复杂本身是不够的。因此，建筑行业正对结构的功能变得越来越在行。建筑专业的研究生在去事务所的时候就已经掌握了参数工具，比如Revit，Grasshopper和Rhino，也许他们从来没有不靠计算机设计的经验，但却熟悉参数模型。使用信息建筑模型（building information modeling）这一先进数据工具的建设者、工程师和建筑师比例已经从2007年的28%上升到2009年的49%，2012年的71%。

而且，尽管这一技术可用于正式的复杂建筑，但更简单的建筑也能从中获益。未来城市实验室的建筑师Nataly Gattegno和Jason Kelly Johnson相信，参数设计改变我们思考房屋工程平面图和计划城市电网模式的方式。“一定要让这些房子相同吗？”Gattegno问道。参数建模“将打开一个房子的所有可能。”大规模建筑也许会变得不那么单调，更有个性，而且也更经济，更节能。

类似的，这项技术也可以修改城市规划。就像它可以为一面墙提供具体的呈现一样，它也能为整个社区建模，确定社区中不同结构最理想的体积和形状，Autodesk的Bernstein说。规模别扭的McMansion也许可以被重新考虑，在地基使用，建筑材料和耗能上变得更高效。

参数建模甚至还能考虑人类的特性和移动。例如AnyBody Technology公司在设计驾驶舱和工作空间时会做全人体物理模拟。公司正和建筑师在研发领域中合作，让参数模型可被用来模拟一个人走过一片给定空间的过程。最终，举个例子，建筑师可以在设计私人疗养院时采用最优的步行距离和人体工程学。

当然，模型只不过是单纯的模拟而已，而且它不能自动对一件事负责：人类的行为，至少现在还不行。Bernstein告诉我，当Autodesk建造自己的LEED认证总部大楼时，公司的设计师发现，大楼的实际耗能比参数软件模拟的要多出30%。为什么会这样呢？原因之一是，当楼里的灯在晚上六点半自动熄灭以后，清洁工人又打开了它们，而且没有再关上。

埃里森·阿瑞福是旧金山城市规划政策智库SPUR的内容战略家，他也是《纽约时报》的长期专栏作家。

此文来自：知乎网（点击查看），文/埃里森·阿瑞福（Allison Arieff），由MIT Technology Review 中国大陆地区独家授权，更多精彩内容请搜索官方微信”mit-tr"，同我们一道关注即将商业化的技术创新，分享即将资本化的技术创业。