基于参数化技术的绿色建筑设计方法

发表时间:2019/1/11   来源:《防护工程》2018年第30期   作者:张昕阳
[导读] 二十一世纪以来,科学技术迅速发展,各学科之间出现了跨越式发展的趋势。

湖北省建筑设计院  湖北武汉  430000
        摘要:二十一世纪以来,科学技术迅速发展,各学科之间出现了跨越式发展的趋势。在这一趋势下,信息工程、生物科学、环境科学等新兴学科深入并影响了建筑领域的发展。其中,数字技术对建筑设计的影响尤为重要。在建筑设计领域,数字技术的应用从最早的计算机辅助设计阶段发展到目前的参数化设计阶段。参数化设计是一种模拟人工智能的建筑设计方法,以算法为基础。它能准确地解决复杂的建筑问题。这一特点适用于当今时代瞬息万变的复杂设计环境。它反映了当今时代的精神,反映了社会需要和技术特点。因此,参数化设计可谓是又一次基于技术更新的设计革命。基于参数化的建筑设计研究正成为国内建筑教育与实践领域的热门话题。
        关键词:参数化技术;绿色建筑;设计;方法
       
       
        1 参数化建筑设计简介
        “参数化”的概念来源于关联几何学,于二十世纪六七十年代开始被引入到计算机科学中在发展相对成熟后被应用到实际生产中,主要是应用领域是制造业,例如轮船制造业、飞机制造业等等。“参数化设计”(Parametric Design) 是指对于结构形状比较定型的设计对象,设计者可以利用一组参数约定其拓扑关系从而通过参数的变化改变其整体图形,这种方法可以大幅提高设计人员的效率,使其有更多的精力专注于设计过程本身而非过程中繁琐的反复。 “参数化建筑设计”作为一种建筑设计方法其核心思想,就是将建筑设计的所需用到的全要素都变成某个函数的变量,通过改变参变量的数值以够获得不同的建筑设计方案。简单来讲,可以将 “参数化建筑设计”理解为一种借助计算机技术实现设计方案自动生成的方法。我们可以用公式这样来表达:A=F(m1,m2, ……,mn) 这是一个简单的函数式:A 是建筑形式, 而m1到 mn是可以看做是对建筑形式产生影响的各种参变量,参变量既可以是可以是具体变量(如长度、曲率),也可以是抽象指标(如容积率、密度),F则是由按照决定建筑生成规则所编辑出的算法。 因此,我们可以理解,参数化的建筑设计是通过选择一个参数来建立程序,将建筑设计问题转化为逻辑推理问题。该方法可以将建筑设计过程从主观想象转变为理性思维设计。它的焦点不是建筑形式的美学结果,而是思考和推理的过程。它可以让人们重新理解设计的规则。并大大提高了运行和计算的速度,从个性的摇摆到基于证据的变化将成为设计者的工作。
        2 参数化技术辅助绿色建筑设计的技术
        2.1参数化技术中的“优化算法模块”能够以某一个或者更多的指标作为建筑优化的方向。当建筑在初步设计后,可以通过此种方式,以满足绿色建筑设计标准的方式对建筑进行优化。此时,将建筑的概念模型进行关联,输入想要优化的参数,得到相关的优化结果。


例如利用“遗传算法”模块,选择建筑能耗体量的最优解。
        2.2参数化设计中的“可视性”是在对建筑进行测评之后,将得到的结果通过可视化的语言反应到建筑上。建筑师们根据得到的反馈结果来调整建筑模型,不断对模型进行优化。例如在使用犀牛软件进行模拟建立中,在 Grasshopper 等参数化平台中,使用统一的界面对建筑实行绿色建筑模拟,同时通过对仿真结果的分析和与建筑本身的相关性分析,推荐设计,使建筑师在建筑设计的早期阶段就能获得较好的建筑形式方案。例如,在模拟优化建筑风环境时,为了使建筑少受平行荷载的影响,即风荷载,高层建筑被设计成流线型,并通过对建筑的模拟得到了最佳的流线型建筑形式。设计方案,满足建筑的负荷要求。
        2.3在建筑设计方案的深化阶段时,需要考虑建筑的表皮、内部能耗、建筑内部的风环境、热环境等影响建筑内部热舒适的种种因素。利用参数化技术能够很好的帮助建筑师更好的完成建筑性能的优化设计。在建筑模型设计过程中,将形成建筑表面单位的太阳辐射量和光照强度,根据形成的结果,建筑师可以调整开窗方式及开窗尺寸、设计遮阳构建位置等。而这一过程,也是同步实行的,测评数据能够很好的反应建筑设计本身,根据测评数据调整方案的得到的方案能够最大限度的满足绿色建筑设计的需要,同时能够提供一个很好的方式使得建筑师对建筑的了解更加深入,方案更加具有合理性。
        2.4参数化主义追求建筑的有序的丰富多样性
        参数化主义在应用参数化技术上不同于应用该技术的其他风格,运用参数化技术的强大数字化功能,在图纸的绘制上化繁为简。参数化主义不提倡简单Schumacher一直强调的“Complex'’并不是Complicated“两者很容易被混淆,“Complex”常常被当做“复杂”来翻译。所以参数化主义很容易被误解成是在制造问题和混乱。而参数化主义追求的Complex是指丰富性、多样性、富于动态和变化。它利用数字化技术帮助其实现这种更高层面的追求。一般来说,参数化主义想要的是有内涵的建筑。
        不追求简单并不一定是复杂的混乱。就像丰富的思想一样,如果通过逻辑和流利的表达,它不仅是缠足,而且因为有足够的信息来传递更多的智慧。简单的优点是走捷径。避免混淆。人类对形态的视觉感知。这是一个自动遵循塔的整体原理的成像过程。这个整体图像的出现是基于一系列具有潜在逻辑的视觉感应原理,因此视觉感知中的混沌是基于无序的,而混乱是没有逻辑关联的效果.一个以参数化风格定位自己的建筑师,如果避免了混乱的根源,就会对自己提出更高的要求。他不仅能走出单调乏味的生活,还能在设计上表现出更多的创造力。因此,参数化主张时间在有序中建立丰富的多样性,这是通过参数逻辑来实现的。
        2.5参数化主义有着不同一般的看待设计主体的视角
        从建筑史的角度来看,过去的古典建筑师们关注的是那些被冻结的建筑元素。因此,建筑师的大部分时间也用在了基本的设计元素上,如檐廊、柱子、门窗。现代主义开始认识到并重视空间的概念,因此现代建筑师们将注意力集中在建筑构件所形成的空间组合上。他们开始重视实体之间的空间关系。另一方面,参数主义站在更高的层次,引入了领域的概念。这三者的不同之处在于设计主体的视角不同,可以用格式塔视觉知觉心理学的理论进行分析。在著名的格式塔视觉成像原则中,有一条著名的“图底关系感知" (Figure Ground Perception)原则。应用到设计中,即面对同样的设计任务和要求,如果空间和建筑设计实体是互相依存的二元对应关系以哪个为关注的设计主体或者基本出发点,另一方就引退为辅。侧重不同,对事物的认识就很不一样。在设计上的反应就是设计风格的不同。古典主义关注构成建筑的实体,现代主义关注建筑空间,而参数化主义更关注空间和建筑实体的互动。
        3 结束语
        科学技术的不断发展,尤其是计算机技术的进步,使得现代建筑设计中采用了参数化的建筑设计概念,真正实现了建筑与自然之间的能量与信息的交流与转换。参数化建筑设计的成熟应用不仅提高了设计的效率,而且为建筑设计提供了新的思路和内涵。采用参数化的建筑设计可以为建筑选择提供更多的选择性,加强计算机的综合性,并将计算机设计信息融入设计思想,提高设计的效率和质量。
        参考文献:
        [1]赵亮宇.参数化建筑设计的理念及实践研究[D].东北师范大学,2017.
        [2]游猎.可持续策略下的参数化建筑设计研究[D].天津大学,2018.
        [3]袁大伟.基于参数化技术的建筑形体几何逻辑建构方法研究[D].清华大学,2017.
        [4]张楠.参数化建筑语言的算法意象图式研究[D].中南大学,20128.

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