(蘇州大學金螳螂建筑學院　江蘇　蘇州　215123)

一、來自數(shù)學的啟示

數(shù)學作為一門基礎學科，對建筑學及城市設計學影響深遠。早期的城市被建筑師當做巨型建筑物來設計，城市設計往往追求視覺上完整的幾何形體[1]?，F(xiàn)代建筑運動時期，柯布西耶提出模度理論。而后曼得勃羅(Mandelbrot)創(chuàng)立分形幾何，在其著作中他討論了歐式幾何與分形幾何在建筑中的應用。隨著數(shù)學學科的不斷發(fā)展，新興的拓撲學與混沌數(shù)學提供了研究復雜系統(tǒng)的可能性，正如微積分學之于文藝復興時期的數(shù)學家。而基于此發(fā)展而出的“參數(shù)化設計”則是當下建筑學與城市設計數(shù)學化傾向的代表[2]。

在計算機出現(xiàn)之前，參數(shù)化設計理念就已經(jīng)被運用。其中，高迪使用懸鏈模型結(jié)合荷載計算為拱和拱頂“找形”的做法，背后蘊含的即是嚴整的理性邏輯。這可以看作是早期的參數(shù)化設計實踐。而美國建筑師弗蘭克·蓋里(Frank Gehry)對于數(shù)字技術(shù)的運用成為其建筑創(chuàng)作過程中必不可少的一部分。其團隊設計建造的西班牙畢爾巴鄂古根海姆博物館可看做是體現(xiàn)參數(shù)化設計理念的重要作品。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，計算機不再僅僅作為輔助設計的手段，其本身也可以包含復雜的自組織系統(tǒng)。2008年帕特里克·舒馬赫(Partirk Schumacher)正式提出“參數(shù)化主義”這一概念，他認為參數(shù)化主義的基礎則在于“場域”概念，場域是由大量可延展塑形的單元體借助差異和關(guān)聯(lián)的子系統(tǒng)組織生成[3]。參數(shù)化設計實際上是對系統(tǒng)各成員之間關(guān)聯(lián)關(guān)系的設計，也就是制定系統(tǒng)運行的規(guī)則[4]。參數(shù)化設計的基本方法可歸納為關(guān)聯(lián)控制型設計和參數(shù)生成型設計，而其核心皆為“參數(shù)—規(guī)則”。參數(shù)化主義的這一特點在城市尺度的設計中具有顯著優(yōu)勢，無論是建筑單體、建筑組團或是區(qū)域規(guī)劃中，個體的差異化與相互之間的關(guān)聯(lián)性使得整體系統(tǒng)得以清晰展現(xiàn)，富于邏輯。

二、參數(shù)化城市設計簡述

參數(shù)化設計的哲學基礎與科學依據(jù)可追溯至法國后現(xiàn)代哲學家吉爾·德勒茲(Gilles Deleuze)的“生成”思想與當代復雜性科學理論[5]。德勒茲指出“生成”是某個“事件”的根本屬性，且它的存在狀態(tài)是開放變化的。生成的概念對參數(shù)化城市設計的直接影響是將作為“結(jié)果”的城市轉(zhuǎn)換為作為“過程”的城市，將尋求確定結(jié)果的設計策略轉(zhuǎn)換為尋求開放系統(tǒng)的設計策略。而復雜性科學理論對應德勒茲的另外一個重要概念，即是“塊莖”?！皦K莖”是指多元化、去中心、不規(guī)則的結(jié)構(gòu)體系。不同于傳統(tǒng)的樹狀結(jié)構(gòu)體系，其更注重元素之間的聯(lián)系性與差異性。城市由大量具有智慧性的個體組成，其間存在強烈的耦合作用，可根據(jù)環(huán)境信息調(diào)控自身行為并做出相應的反饋。面對復雜系統(tǒng)，人們提出“涌現(xiàn)”的方法。借助計算機模擬技術(shù)，復雜系統(tǒng)中的個體行為與相互關(guān)系完成自下而上的“自生—涌現(xiàn)”過程。

圖1　城市空間網(wǎng)絡拓撲關(guān)系示意圖(圖片來源：作者自繪)

現(xiàn)代城市空間一方面具有“自上而下”的規(guī)劃控制的幾何形特征，各部分之間由區(qū)域組團和交通系統(tǒng)組成；另一方面則是“自下而上”的隨著時間推移逐步形成的空間肌理特征，各部分由人群活動及相互交往組成。在空間形態(tài)方面，空間要素除了具有位置、大小、形狀等幾何特征之外，它們之間的空間關(guān)系更為重要。如圖1所示，人與人，人與物、物與物等之間的相連、相離或相背等拓撲關(guān)系組合在一起共同形成整體城市空間網(wǎng)絡。拓撲特征指的是空間網(wǎng)絡在做拓撲變換時保持不變的性質(zhì)，包括連續(xù)性、層級性、指向性等。其中對于城市空間而言，交通網(wǎng)絡的連續(xù)性和區(qū)域空間的層級性是重要的兩個特征[6]。而在社會功能方面，帕特里克·舒馬赫(Partirk Schumacher)指出當今處于后福特主義網(wǎng)絡社會，個性化與多樣化共存。應對動態(tài)而復雜的當代社會，參數(shù)化主義不再像現(xiàn)代主義城市化那樣依賴于簡單統(tǒng)一的形態(tài)，而是更加注重開放性與交流性[3]。他進一步確定了參數(shù)化主義的設計方法論規(guī)則，有些規(guī)則是應該避免的(負面規(guī)則)，有些規(guī)則是應該鼓勵的(正面規(guī)則)。其中負面規(guī)則為避免出現(xiàn)剛性形狀，避免堆砌簡單重復或是不相關(guān)聯(lián)的元素。正面規(guī)則為采用柔性形態(tài)，通過變形與延展形成差異化的系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)部相互依賴，具有充分的關(guān)聯(lián)性。這些規(guī)則不僅作用于空間要素，更影響著生活在其間的人們，體現(xiàn)出人與物、主體與客體關(guān)系的辯證統(tǒng)一。

三、參數(shù)化城市設計相關(guān)實踐

近年來參數(shù)化設計已成為前衛(wèi)設計方法的代名詞，引發(fā)全球的關(guān)注。國內(nèi)外眾多重要的科研機構(gòu)和建筑事務所，如英國AA建筑學院(Architectural Association School of Architecture)DRL研究所(Design Research Lab)、荷蘭貝爾拉格建筑學院(The Berlage Institute in Rotterdam)、清華大學建筑學院、扎哈·哈迪德建筑事務所(Zaha Hadid Architects)、UNstudio等均在參數(shù)化城市設計方面推進著理論研究與項目實踐[7]。

理論研究方面，帕特里克·舒馬赫(Partirk Schumacher)的《參數(shù)化主義：一種建筑與城市設計的全球化新風格》、尼爾·里奇(Neil Leach)的《集群城市主義》等著作集中詮釋了參數(shù)化設計及其相關(guān)理念。其中帕特里克·舒馬赫(Partirk Schumacher)提出的“參數(shù)化主義”引發(fā)了建筑學科領域的持續(xù)討論。他認為當現(xiàn)代主義在當今建筑設計領域長期占據(jù)主流的時候，參數(shù)化主義誕生具有深遠的意義。參數(shù)化主義不在于運用新的設計手段，也不在于新穎前衛(wèi)的建筑外形，而是在于深層次對傳統(tǒng)建筑設計觀的顛覆。參數(shù)化主義代表了一種新的設計思維。帕特里克·舒馬赫(Partirk Schumacher)所在的扎哈·哈迪德建筑事務所(ZHA)也一直將參數(shù)化設計思想和方法貫徹于城市設計競賽方案中，取得了一定的實踐成果。如位于土耳其伊斯坦布爾的卡特爾-彭迪克總體規(guī)劃競賽項目、紐約市2012奧運村規(guī)劃項目等。此外荷蘭格羅寧根規(guī)劃設計項目采用的“集群規(guī)劃策略”也可看成是“參數(shù)化設計”或是“關(guān)聯(lián)設計”的典型實踐案例。

(一)卡特爾—彭迪克(Kartal-Pendik)總體規(guī)劃

卡特爾—彭迪克總體規(guī)劃設計是扎哈·哈迪德建筑事務所(ZHA)的競賽獲獎項目。該項目地段位于數(shù)條重要交通線路的交匯之處，旨在將伊斯坦布爾東岸一個廢棄的工業(yè)地區(qū)激活為一個嶄新的區(qū)域中心，同時疏解舊城區(qū)的各項職能。方案在道路系統(tǒng)組織和地塊形態(tài)生成兩方面充分體現(xiàn)了“參數(shù)化設計”的理念。首先從整合場地兩側(cè)現(xiàn)有基礎設施入手，設計人員利用計算機程序中的MAYA軟件將西側(cè)的卡特爾地區(qū)與東側(cè)的彭迪克地區(qū)以多條橫向道路以參數(shù)優(yōu)化的方式進行連接，形成道路主體框架。同時生成一系列的橫向平行二級路網(wǎng)完善交通體系，再加強交通的同時優(yōu)化場地內(nèi)部交通的迂回水平，保證了交通的便捷性與有效性。

在卡特爾—總體規(guī)劃項目中，設計人員采用三維泰森多邊形(3DVoronoi)技術(shù)生成地塊形態(tài)。這樣的形態(tài)生成策略貫穿于各個空間層級，從場地區(qū)域到建筑單體再到建筑細部，最終形成一個相互聯(lián)系的多層級開放空間網(wǎng)絡。城市形態(tài)生成的同時，形態(tài)生成規(guī)則以計算機程序腳本的形式得以保存。相較于作為“結(jié)果”的城市形態(tài)，作為作為“過程的”的城市設計規(guī)則更能體現(xiàn)出“參數(shù)化”設計的魅力與無限可能性。

圖2　卡特爾—彭迪克總體規(guī)劃的交通網(wǎng)絡和地塊形態(tài)

(圖片來源：http://www.zaha-hadid.com/archive/)

(二)格羅寧根(Groningen)氣候適應性規(guī)劃項目

海平面升高和飲用水的短缺是荷蘭城市面臨的難題，格羅寧根位于荷蘭的最北部，是荷蘭重要的貿(mào)易及商品轉(zhuǎn)運中心。當格羅寧根地區(qū)開始新的區(qū)域規(guī)劃時，除了常規(guī)的經(jīng)濟和人口規(guī)劃主題，氣候變化是規(guī)劃過程中的第三根支柱。區(qū)域規(guī)劃通過三個階段進行:分析、相互作用和思考。在每個階段中氣候變化都與規(guī)劃過程的每一步連接起來[8]。

規(guī)劃人員通過觀察降水與海平面上升兩等因素，分析氣候的長期變化。分析結(jié)論表明當?shù)叵募镜母珊灯诳赡軙鲩L，同時秋、冬和春三季將會變得更加潮濕。這些現(xiàn)象關(guān)乎水管理的方式，人們需要在多雨期將多余的水儲存起來或是用抽水機抽入海中，而在干旱季節(jié)則需要更多的水供給。規(guī)劃人員擬采用“集群規(guī)劃”的策略，即通過一系列戰(zhàn)略干預來增強地區(qū)的適應力。這些干預措施具體包括引進老式的鹽沼濕地用來固定沙和泥土；在地區(qū)內(nèi)最易受到海水沖擊的沿海地區(qū)構(gòu)建動態(tài)海岸，對現(xiàn)有堤壩進行穿孔操作并修筑新的堤壩。在新舊堤壩的中間地帶將會半永久地被淹沒，水不斷地進入然后離開。

格羅寧根規(guī)劃項目將大量研究集中于溫度、降水和海平面上升，規(guī)劃分析了這些氣候因素對農(nóng)業(yè)地區(qū)、城市地區(qū)和自然區(qū)域的不同影響，有針對性地提出干預措施，而控制集群方法可以保障干預的有效性。格羅寧根案例中的設計方法說明了空間規(guī)劃中的適應集成方法是可行和便捷的，并為其他國家提供了新思路。

上述兩個實踐項目分別從城市形態(tài)設計和地區(qū)氣候適應性規(guī)劃兩個方面體現(xiàn)了參數(shù)化設計的思想與方法。由于在不同尺度和領域我們所面臨的的問題是不同的，解決辦法隨之不同。而參數(shù)化設計的核心則是研究元素之間的聯(lián)系，這一特性提供了應用于各類不同問題的可能性[4]。

四、結(jié)論

當今參數(shù)化設計雖引發(fā)熱議，然而人們對其的認知依然不夠透徹。很多時候參數(shù)化城市設計也被當做一種實驗或是狂想，與傳統(tǒng)的城市設計大相徑庭。然而毋庸置疑，參數(shù)化城市設計能夠深刻影響規(guī)劃師看待城市的角度，并且其在設計方法論方面的意義大于具體技術(shù)手段的意義。參數(shù)化城市設計不是僅僅意味著前衛(wèi)的外形，也不是在通過復雜的參數(shù)規(guī)則制造麻煩和混亂[9]。通過一系列具有潛在邏輯的關(guān)聯(lián)原則，參數(shù)化城市設計追求的是多樣性、豐富性，富于動態(tài)和變化，以適應當今日趨復雜的社會發(fā)展。同時我們需要認識到，對參數(shù)化城市的追求并不是規(guī)劃師的異想天開，而是社會發(fā)展到一定階段的必然性[10]。

當今參數(shù)化設計技術(shù)在城市設計方面的理論研究與在地實踐都剛剛起步，仍然存在著很大的局限性。城市的復雜性與差異性不是只運用參數(shù)化技術(shù)可以完全應對的，如各地區(qū)城市的歷史文脈及相應的政策法規(guī)等因素。參數(shù)化城市設計應避免不顧其他因素影響而盲目實施，在追求技術(shù)理性的同時我們也應有所揚棄，最終營造出越來越美好的城市。