從手工繪圖到電子繪圖

在BIM技術(shù)出現(xiàn)之前，CAD技術(shù)的普及推廣使建筑師、工程師們從手工繪圖走向電子繪圖。甩掉圖板，將紙質(zhì)圖紙轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)的二維數(shù)據(jù)的創(chuàng)建，改變了傳統(tǒng)的生產(chǎn)模式，把工程設(shè)計(jì)人員從手工繪圖和計(jì)算中解放出來(lái)，成倍的提高生產(chǎn)效率，縮短設(shè)計(jì)周期。而B(niǎo)IM技術(shù)則進(jìn)一步推進(jìn)了工程信息的電子數(shù)據(jù)化。

從二維設(shè)計(jì)到三維設(shè)計(jì)

二維設(shè)計(jì)實(shí)質(zhì)上是將一個(gè)物體分解成平、立、剖面等不同的片段來(lái)加以研究，然后通過(guò)大腦的綜合思維能力建立起一個(gè)完整的判斷，完成設(shè)計(jì)。把三維的建筑空間，通過(guò)二維圖紙進(jìn)行表達(dá)，是人類設(shè)計(jì)思維的一個(gè)進(jìn)步，可以使設(shè)計(jì)師能以較簡(jiǎn)單的方法操作復(fù)雜建筑的設(shè)計(jì)，但從深度層次看，這也反映了設(shè)計(jì)工具的局限性，用二維圖紙反映現(xiàn)實(shí)世界的三維實(shí)體，只是權(quán)益之計(jì)。

在計(jì)算機(jī)三維技術(shù)出現(xiàn)之前，建筑師只能依靠透視草圖或?qū)嶓w模型研究三維空間。這些工具有其優(yōu)勢(shì)，也有不足之處。如繪制草圖，能夠隨心所欲地流暢地表達(dá)設(shè)計(jì)想法，表達(dá)建筑師所關(guān)注的部分，但是在準(zhǔn)確性和空間整體上受到限制。實(shí)體模型在研究外部形態(tài)時(shí)，作用較大，而要研究?jī)?nèi)部空間形態(tài)時(shí)就相形見(jiàn)絀了，難以提供一個(gè)對(duì)空間序列關(guān)系的人視點(diǎn)的直觀體驗(yàn)和表達(dá)。

建筑信息模型采用的是虛擬現(xiàn)實(shí)物體的方式，以三維設(shè)計(jì)思維為基礎(chǔ)，將傳統(tǒng)的二維圖紙完全轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)的工作，讓電腦代替人腦完成三維與二維之間的思維轉(zhuǎn)化。這樣設(shè)計(jì)師可以更加關(guān)注設(shè)計(jì)本身，不再為繪制二維圖紙耗費(fèi)精力，二維與三維的界限在建筑信息模型中逐步模糊。而實(shí)體模型設(shè)計(jì)的弊端在建筑信息中也得到了解決，三維數(shù)字技術(shù)將外觀模型與空間形態(tài)和序列的研究統(tǒng)一起來(lái)。建筑師可以通過(guò)設(shè)置相機(jī)進(jìn)行人視點(diǎn)的各個(gè)空間推敲，也可以通過(guò)軟件進(jìn)行虛擬現(xiàn)實(shí)仿真或快捷的制作出動(dòng)畫進(jìn)行空間序列的研究。

從形式與功能相分離到整體化的空間設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法大致可分為兩種：一種是先設(shè)計(jì)二維的平面功能布局，然后結(jié)合平面布局設(shè)計(jì)二維立面，最后再建立三維 模型進(jìn)一步調(diào)整造型；另一種是先從三維造型出發(fā)確定形體之后，再使用二維CAD繪制相應(yīng)的平、立面。這兩種設(shè)計(jì)方法都有一個(gè)共同的缺陷，那就是建筑空間對(duì)設(shè)計(jì)者從設(shè)計(jì)過(guò)程中剝離出去，成為概念設(shè)計(jì)階段并不重要的內(nèi)容，建筑關(guān)注的只是平面功能和形象。實(shí)際上，空間對(duì)現(xiàn)代建筑而言并不是平面功能與建筑外表皮圍合而成的副產(chǎn)品，而是一種控制建筑的設(shè)計(jì)方法。

對(duì)于古典建筑，空間基本是靜態(tài)的，左右對(duì)稱，創(chuàng)造和諧而統(tǒng)一的立面是其關(guān)注的主要內(nèi)容，立面法則不僅是古典建筑設(shè)計(jì)的原則，而且上升到一個(gè)設(shè)計(jì)方法的高度來(lái)控制建筑。例如，古典建筑立面渲染圖，并不只是表現(xiàn)圖的概念，它是建筑師的設(shè)計(jì)方法和工具。現(xiàn)代建筑破除了古典建筑的種種信條，建立起了新的建筑語(yǔ)言。對(duì)空間的探索一度成為現(xiàn)代建筑探索的主題。在現(xiàn)代建筑中，空間同樣上升為一種控制建筑的設(shè)計(jì)方法而存在。

然而當(dāng)今一些建筑師的設(shè)計(jì)中，空間一直沒(méi)能成為一種控制建筑的方法。其中主要原因是由于設(shè)計(jì)工具的限制，建筑師無(wú)法在較短的設(shè)計(jì)周期內(nèi)去研究和推敲空間，更難以用哪個(gè)空間來(lái)控制設(shè)計(jì)。這使得目前較多的建筑師仍然在用“立面”的方法控制建筑。建筑信息模型的出現(xiàn)為我們改變這種狀況提供了可能性。在建筑信息模型中，建筑室內(nèi)空間、室外空間、建筑表皮、平面功能都可以被整合成一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的邏輯系統(tǒng)。在布置平面時(shí)，已經(jīng)在同步設(shè)計(jì)建筑空間，而空間又可以被直觀地反映在表皮上，這樣空間與表皮可以共同形成建筑的立面。

從傳統(tǒng)空間組合到非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)

美國(guó)建筑師羅伯特·文丘里在他的影響深遠(yuǎn)的著作《建筑的復(fù)雜性與不盾性》指出，只有當(dāng)實(shí)際用途和空間的內(nèi)、外部力量交匯的時(shí)候，才能創(chuàng)造出真正的建筑。這種相互作用是建筑形式能夠產(chǎn)生的一個(gè)基本動(dòng)力。建筑形式簡(jiǎn)單的說(shuō)，是曲空間形體、輪廓、虛實(shí)、四凸、色彩、質(zhì)地、裝飾等種種要素的集合而形成的復(fù)合的概念其中與功能有直接聯(lián)系的形式要素則是空間，“埏埴以為器，當(dāng)其無(wú)，有器之用。鑿戶牖以為室，當(dāng)其無(wú)，有室之用。故有之以為利，無(wú)之以為用。”（《老子 。第十一章》表明了建筑被人所用的正是它的空間。所謂內(nèi)容決定形式，表現(xiàn)在建筑中主要就是指：建筑功能，要求與之相適應(yīng)的空間形式。因此，在現(xiàn)代建筑設(shè)計(jì)中，空間設(shè)計(jì)一直是作為形式設(shè)計(jì)的主導(dǎo)。然而，由于能力和工具的限制，在千變?nèi)f化、錯(cuò)綜復(fù)雜的空間組合形式中，建筑師往往只能概括出如通過(guò)交通組織空間、空間相互嵌套等典型性組合方式來(lái)達(dá)到合理的布局，直到非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)與算法生成設(shè)計(jì)的出現(xiàn)。

對(duì)于建筑設(shè)計(jì)而言，參數(shù)化設(shè)計(jì)并不是一個(gè)新的概念，甚至可以說(shuō)是歷史悠久。一些古典參數(shù)化方法被用在諸如金字塔、拱券等建筑中，經(jīng)典的參數(shù)化方法有黃金分割、裴波那契數(shù)列、泰森多邊形等。這些數(shù)學(xué)方法一直被使用了好幾個(gè)世紀(jì)，直到20世紀(jì)70年代中期，計(jì)算機(jī)被引入到各個(gè)行業(yè)的設(shè)計(jì)領(lǐng)域中時(shí)，參數(shù)化設(shè)計(jì)才真正得以全面發(fā)展和推廣。

20世紀(jì)80年代興起的復(fù)雜性科學(xué)理論同樣在建筑藝術(shù)領(lǐng)域改變了人們對(duì)城市、對(duì)生活的認(rèn)識(shí)。隨著復(fù)雜性設(shè)計(jì)思維的發(fā)展，建筑師已無(wú)法根據(jù)傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)模式來(lái)反映設(shè)計(jì)思想和表達(dá)設(shè)計(jì)成果。此時(shí)人們開(kāi)始將目光轉(zhuǎn)向尖端科技領(lǐng)域，將參數(shù)化幾何控制技術(shù)引入建筑設(shè)計(jì)領(lǐng)域。參數(shù)化幾何控制技術(shù)可以充分結(jié)合設(shè)計(jì)者與數(shù)字技術(shù)的智能力量來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)幾何符號(hào)的生成、測(cè)評(píng)、修正和優(yōu)化，從而得到更加符合設(shè)計(jì)者、使用者和環(huán)境要求的建筑形態(tài)。

引入?yún)?shù)對(duì)建筑設(shè)計(jì)思維的意義還表現(xiàn)在可變參數(shù)造成的開(kāi)放的設(shè)計(jì)成果，滿足了建筑師對(duì)多種可預(yù)見(jiàn)因素的參與，并使設(shè)計(jì)的客觀性加強(qiáng)，使幾何形態(tài)的生成成為參數(shù)控制的結(jié)果。通過(guò)設(shè)計(jì)程序的作用，輸入?yún)?shù)控制值就可以在變化中生成形態(tài)，甚至生成可控制但不可預(yù)見(jiàn)的幾何形態(tài)。在建造方面，它解決了標(biāo)準(zhǔn)化與單獨(dú)精致的矛盾，借助智能工具，利用參數(shù)化手段提高了異形構(gòu)件的生產(chǎn)效率并降低造價(jià)。

目前的參數(shù)化技術(shù)大致可分為如下三種方法：

（1）基于幾何約束的數(shù)學(xué)方法

（2）基于幾何原理的人工智能方法

（3）基于特征模型的造型方法

其中后兩種方法又被稱為“非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)”方法。“非線性”一詞來(lái)自于非線性科學(xué)，即復(fù)雜科學(xué)，它完全不同于發(fā)源于牛頓原理的現(xiàn)代經(jīng)典線性科學(xué)，它可以對(duì)動(dòng)態(tài)、不規(guī)則、自組織、遠(yuǎn)離平衡狀態(tài)等線性進(jìn)行合理地闡述，是人類對(duì)自然及社會(huì)的一種全新的認(rèn)識(shí)理論。正如尼爾·林奇所說(shuō)，“計(jì)算機(jī)已經(jīng)不僅是輔助設(shè)計(jì)……如今變成直接衍生出設(shè)計(jì)”。

以瑞士CAAD研究組Markus Braach編寫規(guī)劃生成代碼的荷蘭Heerhugowaard項(xiàng)目為例，項(xiàng)目為發(fā)展建設(shè)的布局和規(guī)劃，總面積將近70公頃。現(xiàn)行荷蘭建設(shè)計(jì)劃的框架均有清晰的定義，并存在許多固定的參數(shù)，如：建設(shè)地塊的組合、不同房屋類型的大小、公共開(kāi)發(fā)空間的量，以及街道和人行步道的布局等。該項(xiàng)目需要在九十九塊地上布置247棟住宅，是一個(gè)完全通過(guò)計(jì)算機(jī)程序生成的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)應(yīng)用實(shí)踐。

由于地下水的狀況和土壤條件等地質(zhì)情況都不盡相同，該待規(guī)劃地塊被分為三部分，在某些地塊可以構(gòu)筑建筑物，而地質(zhì)狀況差的地塊則不能利用。這導(dǎo)致每個(gè)地塊均存在著位置、大小等不同的設(shè)計(jì)條件，住宅類型比例也需要分塊計(jì)算。生成軟件能夠從發(fā)展中的某個(gè)角落開(kāi)始，且不失對(duì)整體指標(biāo)的把控。在建設(shè)成本或住房數(shù)量控制上，程序適應(yīng)不斷變化的條件。布局方案隨著參數(shù)的改變動(dòng)態(tài)生成。

（責(zé)任編輯：何雯麗）

延伸閱讀：

全國(guó)各省市BIM計(jì)費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)官方政策匯總！ 設(shè)計(jì)單位應(yīng)使用BIM開(kāi)展設(shè)計(jì)！住建廳發(fā)文要求！ 康養(yǎng)產(chǎn)業(yè)項(xiàng)目BIM獲獎(jiǎng)案例賞析

(1) 凡本網(wǎng)注明“來(lái)源：預(yù)制建筑網(wǎng)”的所有資料版權(quán)均為預(yù)制建筑網(wǎng)獨(dú)家所有，任何媒體、網(wǎng)站或個(gè)人在轉(zhuǎn)載使用時(shí)必須注明來(lái)源“預(yù)制建筑網(wǎng)”，違反者本網(wǎng)將依法追究責(zé)任。 (2) 本網(wǎng)轉(zhuǎn)載并注明其他來(lái)源的稿件，是本著為讀者傳遞更多信息之目的，并不意味著贊同其觀點(diǎn)或證實(shí)其內(nèi)容的真實(shí)性，請(qǐng)讀者僅作參考，并請(qǐng)自行核實(shí)相關(guān)內(nèi)容。其他媒體、網(wǎng)站或個(gè)人從本網(wǎng)轉(zhuǎn)載使用時(shí)，必須保留本網(wǎng)注明的稿件來(lái)源，禁止擅自篡改稿件來(lái)源，并自負(fù)版權(quán)等法律責(zé)任，違反者本網(wǎng)也將依法追究責(zé)任。 (3) 如本網(wǎng)轉(zhuǎn)載稿涉及版權(quán)等問(wèn)題，請(qǐng)作者一周內(nèi)書面來(lái)函聯(lián)系。

[責(zé)任編輯：Susan]