探求建筑设计手段革新之路范文

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从20世纪80年代以来，电讯、卫星、网络技术的兴起，切切实实改变了人类的生存方式，也使人类的社会生活发生了巨大的变化[1]。人类逐渐由大机器生产为代表的工业社会逐渐进入了以计算机信息技术为特征的信息社会。在信息社会，以数字化技术为代表的新兴技术给新世纪人类的生活和工作带来了史无前例的影响和巨变。面对时代进步所带来的变化，作为一门综合体现社会发展水平的学科，建筑学不可避免的要吸收时代其他学科的成果，自身做出变革和进步，来适应时代的要求。作为人类栖居环境学科的成果，建筑学的变化都是源于实际生活和社会心理、行为的需要。这些需要随着时代的变迁不断变化，同时由内到外地影响着建筑自身内涵和表征的转变。

1数字建构的特点

广义的数字建筑是一个宽泛的概念，只要设计、施工或管理和运行过程中运用了数字化工具，如AutoCAD、智能管理系统等的建筑都纳入数字建筑的范畴。而本文探讨的“数字建构”主要指在建筑设计和建造的各个阶段和各个层面运用数字化的工具模拟实现建筑目标的状态和过程，其中以算法设计（AlgorithmicDesign）和参数化设计（ParametricDesign）为典型的核心技术。数字建构是继现代主义运动后，又一次基于技术革新的设计革新。它体现了以下一些特点：“数字建构”是一种建筑设计方法和工具的变革，与当今时代最先进的信息技术紧密结合，展现了新技术强大的革新能力。不论是设计过程还是成果表达以及项目实施，都必需通过现代的计算机、网络技术才能实现，这是数字建构与以往建筑设计最大的区别。数字建构通过以计算机为代表的技术工具，大大提高了建筑设计的效率，其工具本身的能动性和自主性更加强大，可以帮助人类进行能动的分析和思考。技术工具在建筑设计中承担的角色和作用更加重要，已从以往的辅助性的“助手”角色上升为互动性的“伙伴”角色。利用计算机强大的储存和计算能力，数字建构实现了在多重、复杂、多变条件下，对多元组合进行无限的比较和优化，并达到史无前例的精确性[2]。计算机技术的不断进步使人类克服了人脑的生理局限性。虽然现代医学技术能够证明人脑的记忆能力是非常强大的，但是就普通人所具有的记忆力和计算能力与计算机相比较而言，是非常微不足道的。在传统的建筑设计过程中，建筑师只能依赖自己的直觉和经验，选择少数的几个或者数十个可能性较大的方案进行比较和优化。而数字建构下，建筑师只需在计算机方案的生成过程中，设定限制条件，即可剔除不符合条件的方案，建筑师最重要的作用是在众多的方案中做出合理的判断，选择最优方案，省却了不同方案生成过程中的时间和精力；还可以在施工前进行全过程的模拟建造，发现不合理的部分立即进行修正，避免实际建造中许多不可预知的浪费和危险。进入实际建造的过程时，一切都按照程序的指令有条不紊地高效推进，有效地减少了人工误差（当然机器的故障离不开人的监督和制定应急措施）（图1~3）。数字建构追求个性化与高效率、高精确率的结合。传统的手工制作虽可实现个性化制作，却不得不面对效率低下的制约；而以往批量生产则是以牺牲多元化为代价、大量制作统一标准的产品实现高效的目的。多元化只能是在有限的产品类型中进行组合而产生变化，这一定程度上限制了个性化、多元化的发展。数字建构依靠从设计到生产全过程的数字控制，可以在高效和节约的前提下，实现产品的多元化和个性化设计的完美结合（图4）。例如，在建筑设计创作过程中，传统设计需要大量制作模型进行方案对比。而现在可以采用参数化设计，依靠计算机技术，对某些影响形式的参数进行控制和调整，就可以在短时间内得到大量的阶段成果进行比较，从而节约了时间和人力。数字建构体现了可控性与不可预知性的结合。当前数字建构一个突出的特征就是将设计过程以程序逻辑的理性方式进行处理（常常是超出常人大脑的能力），将感性的形式转化成一种理性的计算过程。在数字建构的设计过程中，虽然设计条件的设定是由建筑师来决定的，但是由此而呈现的多元化形态有可能是建筑师无法预先想象的。它用计算机编码的精确手段模拟，替代建筑师大脑的模糊推理，但是最终的决策仍然离不开建筑师的艺术审美和功能技术的理性判断。这对于强调个性化设计的建筑师来说，提供了更加丰富的选择性。建筑师对设计过程的控制无需像传统设计那样深入到所有的细节（那样耗费的精力和时间太高了），而是对条件和程序的控制与调节，决策权却仍然掌握在建筑师的手中。

2数字建构的缘起与发展

数字建构当前受到许多建筑师和广大民众的欢迎和追捧，除了因其紧贴时代的技术步伐之外，更由于它在建筑造型上符合当代社会审美趣味的需求，为个性化和多元化提供了新的可能性和相应的技术保障。现代主义建筑所奉行的一元线性的机械推理造型路线，造成了单调乏味的国际式建筑风格，被建筑师们所诟病。后现代主义为突破现代主义的局限，回归传统风格，但其无病呻吟或过度夸张的做法，让普罗大众难以接受。但鉴于建筑作为一门实用科学，大多数当代建筑师在仍然坚持理性根基的同时，不断探索造型上的多元化策略。在推进建筑学的道路上，数字建构在平衡理性与多元化上为当代建筑师提供了新的可能性。使得一些表面看来非常复杂的形式通过理性的数字控制手段而获得表达，与那些随机的、即兴发挥的风格截然不同，为普罗大众提供了重新解读建筑的可能性，也从传统理性的现代主义找到了思想发展体系上的脉络。传统的平立剖表达方式以及人脑的思考局限等因素使多元复杂的建筑造型受到制约，而计算机技术使得原来技术上的障碍得以突破。通过虚拟三维建模技术，数控技术解决了现实制造和建造工艺上的精确性和复杂性问题，实现了从虚拟到现实的跨越，这是传统二维图纸表达所无法达到的。从历史发展的递进关系来看，数字建构应当是工业化建构的更高阶段的形式。因为数字建构必然依靠工业化的更高阶段——数控自动化工业的支持才能得以实现，从这层意义上来说，工业现代化仍然是建筑现代化的基础。西方工业革命后建筑技术和思潮的发展，充分体现了这种新的趋势。中国社会目前虽然经济发展迅速，但在建筑领域尚未完全实现工业现代化的建造过程，期待着引进先进技术而缩短与发达国家的差距，实际上面临着多重的困难。因其缺乏强大的工业现代化生产的支持，数字化生产和建造能力显得底气不足，步履蹒跚。

3数字建构对建筑创作的影响

数字建构是促进当代建筑创新的有力工具。最突出的一点是它克服人脑的生理局限性。强大的记忆功能、高效的统计分析和高强度重复性劳动，“能想人之不能想”；其次，它克服传统建筑工艺的局限性，能够模拟制造复杂的造型，“能做人之不能做”（图5）。数字建构对于建筑创作的影响既是巨大的，也是革命性的，体现在以下几个方面：

首先，数字建构作为一种系统化的工具，极大地改变了建筑设计的过程。对于建筑师而言，虽然我们从传统的图板丁字尺已经过渡到了计算机辅助设计阶段，但是设计过程的生产方式仍停留在传统的孤立分散式的合作设计阶段。数字建构是一种整体的系统化的设计方法，将传统的分阶段分技术工种的分散设计操作，转化为即时同步的协同设计过程。

其次，给建筑师带来根本变化的是内在思考方式的变化：作为使用了上千年的建筑师图纸语言，从二维图纸转换成了计算机三维（甚至四维）模拟表达。数字建构的设计过程，不再是从二维到三维的想象过程，而是直接从三维着手进行空间动态式的设计和调整，二维图纸只是三维模型的输出表达结果而已。建筑师不再需要通过阅读二维图纸想象出三维的空间形态。建筑师、工程师乃至业主则可以随时观摩三维模型，甚至可以模拟不同时间、不同人群使用空间的场景，随时进行调整和修正。建筑师与业主之间的交流，可以直接模拟观看建成之后的效果，甚至可以利用3D技术实际体验空间的变化。

此外，数字建构作为一种智能化的技术，对建筑的建造逻辑产生了巨大的影响。当前许多运用数字建构技术设计的建筑大多因其独特的造型而为大家所认识和追捧，实际上数字建构解决的不单是外观造型的个性化问题，而且是对空间设计和建造的数字化和智能化控制与管理。数字化技术改变当代人的生活和工作方式，也挑战着传统审美观念，在复杂和多样化的造型之下，把直观的视觉形象与理性的算法逻辑、把设计与建造的过程有机地结合起来，逐渐形成了新的审美标准[3]。数字建构对于建筑的建造逻辑带来了新的变化，体现在对传统石材、木头、钢材和玻璃等材料的拓展运用，将原来静止受力状态所不可能实现的空间结构，通过动态多元的受力分析，使材料性能得到极致的发挥。此外，也改变了各种材料传统组合的构造节点和做法，形成了新的加工、组装和建造的模式。数字建构所具有的智能化和信息化特点，对于建筑内部环境的物理性能控制与调节起到积极的作用。根据室外环境的变化(朝向、温湿度、风速等)，以节能环保为原则，能动地调整外围护构件的形式和方位，形成符合可持续发展的最优的绿色建筑方案[4]。

结语

从数字建构与当代新技术不可剥离的紧密关系来看，数字建构并不是作为一个建筑风格而存在，而是作为一种为当代建筑师所共同探索的技术智慧，逐渐得到广泛的应用。从历史的角度来看，当代建筑的发展除了建筑师个体的贡献之外，更有赖于数字建构技术本身的发展。建筑师对形式与空间上的创意，主要是依靠个人的想象力，同时也依赖于对数字化技术的理解和掌握。数字建构将为建筑师提供更为广阔而自由的发展前景。当然，数字建构是时代的产物，必然有其时代的局限性：一方面，由于计算机技术的应用只是设计手段和方法的变化，并没有触及根本的建造技术和材料的变革，因此，还不能说是真正意义上的技术革命；另一方面，计算机结果生成的随机性也在无形中鼓励了“怪”、“异”、“特”造型的出现，掩盖了所带来的经济、功能、人文方面的不合理性，使其在材料、空间、环保上的综合效率反而被降低了。此外，数字建构带有强烈的“技术主导”的色彩，那些在信息技术上处于领先地位的国家和地区容易获得控制地位，而其他国家，特别是一些落后地区在发展的过程中就容易被边缘化。