非線性建筑中參數(shù)化應用與優(yōu)化
前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了非線性建筑中參數(shù)化應用與優(yōu)化范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。
【摘要】非線性建筑擺脫了歐幾里得幾何坐標系的建筑空間，傳統(tǒng)的設計軟件沒法快速對曲面進行優(yōu)化設計，因此參數(shù)化軟件應運而生，通過參數(shù)化軟件將設計師頭腦中的邏輯快速寫成可視化的程序，對曲面進行平板化優(yōu)化設計，對建筑體型及構件形式進行優(yōu)化設計，減少施工難度，提高建筑的技術指標。
【關鍵詞】非線性建筑；參數(shù)化技術；優(yōu)化設計
1研究背景
近些年來，隨著我國經(jīng)濟和技術水平的提高，人們對美的理解也隨之提高，在現(xiàn)代大師柯布西耶線性建筑的基礎上，越來越多的人開始對曲面的建筑形式進行研究，逐漸形成了非線性的建筑空間理論。至此，越來越多的建筑師加入到這一先鋒的洪流中，但是曲面作為高階的空間平面，傳統(tǒng)的線性方法無法準確描述這一結構。盡管越來越多奪人眼球的非線性建筑作為城市地標建成并投入使用，但是由于我國對非線性建筑的研究較淺，其細部設計和建造方面尚需在設計層面上對其進行優(yōu)化，而不是像流水線一般，方案做完交給施工方來解決。這樣在后續(xù)的不斷“傳話”中難免造成“賣家秀”與“買家秀”的現(xiàn)象。以扎哈·哈迪德設計的廣州歌劇院為例。該項目在設計過程中，由于扎哈事務所只負責了項目的初步設計階段，并沒有對建筑曲面部分細節(jié)進行可行性設計，后期的施工圖設計則是由當?shù)卦O計單位完成。但擁有較強非線性建筑設計經(jīng)驗的扎哈事務所，在施工圖階段沒有給予足夠的指導和幫助，加之當?shù)卦O計單位尚未有能力獨自進行優(yōu)化設計。而正常的表皮優(yōu)化處理需要跟設計師不斷地思想碰撞，尋找一個效果與可建造的平衡點，才能完全地保持原有扎哈的設計形體。因此導致建筑立面的細分、室內(nèi)管線與結構交接節(jié)點等細部設計處理不當。建造過程中就更難修正這些問題，再加上本身復雜的曲面形體選擇石材作為表皮加工難度大，最終導致建成的廣州歌劇院立面拼縫參差不齊。廣州歌劇院的建成效果在一定程度上反映了國內(nèi)非線性建筑存在的問題，作為造型獨特的地標性建筑，“只可遠觀”成為人們詬病的對象。
2參數(shù)化輔助設計
數(shù)字化軟件繁多，本文主要基于Rhinoceros+Grasshopper軟件平臺進行簡要介紹。Grasshopper是一款在Rhinoceros環(huán)境下運行的采用程序算法生成模型的插件，是目前設計類專業(yè)參數(shù)化設計方向的入門軟件。與傳統(tǒng)建模工具相比，GH的最大的特點是可以向計算機下達更加高級復雜的邏輯建模指令，使計算機根據(jù)擬定的算法自動生成模型結果。通過編寫建模邏輯算法，機械性的重復操作可被計算機的循環(huán)運算取代。同時，設計師可以向設計模型植入更加豐富的生成邏輯。無論在建模速度還是在水平上，照傳統(tǒng)工作模式相比，都有較大幅度的提升。
非線性建筑的體型在設計初期很可能是設計師的手繪稿，或者三維軟件中感性的建模。在目前建模軟件中，rhinoceros可以很好的使用Nurbus來精確的描述空間曲線，可是Nurbus曲線雖然精確，但是卻不滿足施工建設的要求，在大體量非線性建筑中無法大規(guī)模建造。因此，對Nurbus曲線的優(yōu)化是建筑師與建筑能否落地之間的橋梁。對于Nurbus優(yōu)化成可建造的曲線思路是將Nurbus曲線用大大小小的圓弧段來擬合成貼合原曲線的曲線。這個方法在傳統(tǒng)工具中實現(xiàn)非常繁瑣，而在Grasshopper中可以借助計算機來幫助我們實現(xiàn)遺傳算法的計算，大大節(jié)省了時間。具體思路是這樣的，我們將原曲線任意分成若干份，提取該線段的首尾點及中點，以這三個點進行連線，在新生成的弧線段中等分若干點，分別計算若干點與原Nurbus曲線的距離，并將這些距離累加，用遺傳算法循環(huán)計算求得距離和最小值即最優(yōu)化弧線段。這個思路同樣適用于NUrbus曲面的平板化（見圖1、圖2），對曲面進行布點，四點建立平面，分別計算平面中點跟曲面的距離，并累計求和，用退化算法求最小，關聯(lián)曲面布點間距求得最貼合原曲面的面板大小。
4非線性建筑中綠色節(jié)能優(yōu)化設計
近年來，隨著綠色建筑興起的大趨勢，世界上很多建筑設計采用參數(shù)化來進行綠色建筑方案優(yōu)化設計，取得了不錯的效果。例如，BIG事務所在哈薩克斯坦國家圖書館項目中，利用參數(shù)化設計平臺+建筑物理環(huán)境模擬，根據(jù)熱輻射量控制每塊幕墻的開窗大小，保證了室內(nèi)熱輻射的均勻性，同時也形成了不錯的藝術效果。連續(xù)而又流動的表皮又與“莫比烏斯”代表的無線循環(huán)的形體十分契合，達到了形態(tài)與功能和諧統(tǒng)一的效果（見圖3）。MAD的中鋼國際大廈則是以優(yōu)化室內(nèi)風環(huán)境為目的，結合建筑表面風壓模擬結果，將不同的風壓梯度對應形成了6種不同規(guī)格的立面開窗。這兩者都是基于綠色性能的參數(shù)化建筑設計的代表項目，取得了令人矚目的成就。但同時，目前還有許多綠色建筑設計方法仍舊停留在“經(jīng)驗主義”，即傳統(tǒng)的外立面遮陽、覆土綠化、拔風中庭等手法，這將難以適應每個建筑的獨特性和復雜情況，一定程度上造成了我國綠色建筑以主動技術為主導的尷尬局面。其次，綠色建筑以性能為追求，以往的綠色建筑軟件更多作為評判參考，而不能實時參與到設計當中，這又會使得方案深化階段存在“設計、計算、反饋、調整”循環(huán)反復、效率低下的問題。參數(shù)化則是建筑師解決這些問題的好幫手。
5結語
參數(shù)化其實并不是多么高深莫測，他只是一種設計工具，傳達建筑師的思考邏輯。非線性建筑以它復雜多變的體型跟空間吸引著人們的眼球。可是建筑的意義不僅僅是為了好看，建筑的最主要功能是功能性，而美是感性的，而建筑是理性的構筑物，感性與理性之間的鏈接就是邏輯，而參數(shù)化就是建筑師邏輯的載體。所以，參數(shù)化就是鏈接理性與感性的橋梁，只有將建筑做到理性與感性的統(tǒng)一時，這個建筑才是一個完美的建筑。
參考文獻
[1]郭芳.Geco在參數(shù)化建筑節(jié)能設計中的應用—以哈薩克斯坦阿斯塔納國家圖書館窗洞設計為例[J].城市建筑，2013(6):222-222.
[2]蔡一鳴.融合參數(shù)化邏輯的綠色建筑設計研究[D].天津：天津大學建筑學院，2013.
[3]申杰.基于Grasshopper的綠色建筑技術分析方法應用研究[D].廣州：華南理工大學，2012.
[4]周雪峰，代靜．當下建筑設計中的參數(shù)化設計［J］．室內(nèi)設計，2009(4):15-17，23．
作者：祝明哲 龐弘 單位：武漢大學城市設計學院