天津市建筑设计院 天津 300074
摘要：随着数字技术的发展，参数化设计正在被越来越广泛地运用。参数化设计是一种结合数字化技术的设计方法。参数化设计将设计过程中的各个环节有机整合在一起，形成一个完整的数字化流程，并在这个数字化流程中拓展出一系列分支，对建筑设计性能化设计过程中的各个指标进行分析，同时可以通过最优化算法的手段寻找最优的建筑设计方案。因此，参数化设计的工作模式可以提高设计师的工作效率和工作质量。
关键词：参数化；建筑设计；技术路径
1参数化设计概念
参数化设计是通过数字技术定义各个参数并制定一套逻辑进行运算从而得到预想的设计结果，然后进行信息转换，通过数字平台进行数字建造的设计过程。参数化设计可以分为两个部分，一个部分是各个部分构件的参数信息，另一部分是各个构件所组合成的参数结果，好比是自变量与因变量的关系，部分构件参数的修改将会影响设计结果，而这个参数的修改也会使之前所有的图纸进行统一的修改，从而使整个设计形成一个系统进行管理，提高效率。各个构件之间相互联动，相当于一个完整的系统。这是一个双向的过程，设计过程影响设计结果，反之，设计结果影响设计过程。另外，人们可以利用现有的设计条件如地形、日照、风向数据等对项目进行电脑分析并生成图像，节省人工分析数据时间，提高效率。现代建筑师常用的参数建模软件有Rhino、Revit、Maya等。
帕特里克•舒马赫认为联动、自适应是“参数化主义”的基本要素。参数化设计不应该是硬朗的直线，而是由可以调控的样条曲线组成，虽然是由多个差异性的单元组成的，但并不是单一重复的简单个体堆积的结果。在参数化设计中，每一个单一的个体之间都互相联系且作用，通过程序脚本互相呼应。[3]各个元素之间的关联不是简单的相互联系，而是由更深层次的规则来制定的。“参数化主义”是一个充满元素的场域，任何一个参数的变化都会引起整个场域的回应，表面上看似混乱和无规则，内里却隐藏着深层的规则。从最初的方案模型的建立，再到后面的施工建造的模型数据，都可以用参数化模型来进行数据化信息模型指导与控制建造，同样可以利用信息模型来进行工厂数字化预制构件节点，从而能够有效地控制复杂形体在建造过程中所消耗的时间与成本。此外，设计团队从方案设计到施工阶段共享一个信息模型，定制每一个构件，为整体的设计提供准确的数据，同时指导施工的每一个过程，提高施工效率和生产速度。
参数化设计在国际上越来越受设计师所重视，特别是如今多种数控加工技术得到发展，让参数化设计从电脑模型变成了现实实体，使复杂形态建造变成了可能。但在国内的设计市场上，参数化仍然处于一个刚刚起步的阶段，众多高校中参数化设计课程少之又少，大部分参数化设计方法都是由海归设计师或者留学生在使用，国内学生和设计师还是热衷于传统的计算机辅助设计。参数化辅助设计是真正意义上利用电脑进行设计，利用强大的电脑运算能力完成一部分设计师的工作，且有利于建筑设计者激发设计思维，提升设计能力。
2参数化设计的技术路径
2.1对变量的理解
变量在参数化设计过程中是展开后续工作的先决条件。参数化概念中的参数，就是设计过程中要定义的变量；设计变量影响了设计的结果，而通过改变变量实现对建筑方案的直接调整是简单且高效的。建筑方案逻辑和算法的搭建需要以定义的变量为基础，而在定义变量时，需要建筑师和工程师基于相应的理论和实践基础，选择对设计结果影响较大的变量。
2.2对算法的思考
算法的构建是参数设计进行的前提，也是工作量最大的一部分。设计师定义好设计目标、设置好变量之后的主要工作，就是构建和选择参数化设计的算法和逻辑。建筑设计过程中的所有计算过程都定义为参数化设计相关的算法，而这些算法可以按以下的层次进行划分。
2.2.1空间几何层面的算法
生成形体、构造空间是建筑设计过程中的首要环节。当下基于参数化概念，能够帮助建筑师创建不同形式空间和布局的算法不断涌现。
JoelSimon使用生成设计探索理论的和优化的平面布局；徐卫国、李宁等学者通过仿生模拟生物形体的方法创建建筑形体；林秋达通过IFS算法进行建筑分形设计。结合力学概念，通过诸如力密度法、动力松弛法、有限元法、拓扑优化等创建力学性能最优形体的方法也不断涌现。波前法、映射法、基于栅格法、扫略法等一系列网格划分算法也在不断地发展，以满足建筑师对造型和美学的追求。
2.2.2性能分析层面的算法
建筑设计不仅要满足人们对美学及空间上的需求，相关建筑性能的设计也是其中相当重要的一环。日照、人流、噪声、结构力学性能、舒适度等方方面面的需求都是建筑设计过程中需要考虑和满足的指标。目前依托于参数化设计，相应的算法得到了发展，各种参数化设计平台也提供了相关的算法资源，将通过参数化设计得到的建筑模型接入性能化分析的算法，就可以计算出相关的建筑性能指标，从而为建筑设计的优化提供依据。
2.3设计过程的自动化
首先，需要考虑整个流程中参数化设计的通路。虽然通过参数化的手段可以迅速地实现方案之间的调整，但是这个过程往往是单向的，也是离散的。建筑方案无法在不同平台上实现交互以及设计的自动迭代优化。要想解决这个问题，就需要建立协调不同软件系统之间的平台，并在这个平台上实现不同软件的自动化控制，实现变量与设计结果之间的自动化反馈与迭代。
其次，需要自动化手段对整个设计流程的目标进行通盘考虑。建筑设计不仅是对单一目标进行设计优化，还需要同时考虑建筑、结构、设备等方方面面的需求，每个专业乃至每个专业内部都有许多需要优化的目标。而某些变量会同时对多个专业的设计目标产生影响，那么就需要在参数化设计流程中引入各个目标的机制，通过自动化的手段实现对不同目标的通盘考虑。
3参数化设计的发展
3.1参数化设计与BIM
将参数化设计与BIM的概念相融合，可以使参数化设计得到更广阔的发展。目前行业内对参数化设计的误解限制着参数化设计的发展，而脱离Grasshopper的限制，BIM对参数化设计的助力是毋庸置疑的。
BIM的关键词“建筑信息”，使BIM自带参数化的“基因”。参数化设计本身就是根据变量不断地对数据进行加工传递，从而实现设计目的。而BIM模型中蕴含的数据，对参数化设计而言无疑是丰富的宝藏。任何在BIM模型中被定义的数据，都可以用作参数化设计的基础数据，而通过参数化流程，新的BIM模型也可以被定义。例如Revit平台下的Dynamo，正是基于BIM的参数化设计工具。
3.2参数化设计助力VR在建筑行业中的应用
VR的发展已经成为风潮，而建筑行业内VR的应用也在不断地被拓展。Grasshopper平台上陆续出现了一系列VR相关插件，同时诸如光辉城市这样的建筑VR软件也正在发展。VR在建筑设计过程中为设计师提供了一种更为直观的感受。参数化设计的模型是天然的VR素材，而通过参数化设计的手段，使项目中各方在VR的环境中实时感受设计变量对设计的影响，也提供了一种新的决策手段。
结束语
随着数字化技术的发展，参数化建筑设计正逐渐被建筑设计领域所熟知。建筑参数化设计是一种建筑设计方法，很多建筑师或者学者都对参数化设计的概念进行过探讨。参数化建筑设计的核心思想是把建筑设计的全要素都变成某个函数的变量，通过改变函数或者改变算法，从而获得不同的建筑设计方案。
参考文献
[1]彭圣杰.建筑参数化设计与多学科交叉发展下的潜力[J].建材与装饰,2019(32):94-95.
[2]杨东来.基于计算机辅助设计的参数化高层建筑方案解读[J].建筑与文化,2019(10):227-229.
[3]董昌恒.探析建筑设计下的参数化和数字化[J].美与时代(城市版),2018(06):20-21.