許可溈　吳曼

摘要：歸納既能滿足現(xiàn)有參數(shù)化設(shè)計(jì)造型要求，也能在室外環(huán)境中保持穩(wěn)定性狀的可塑性較強(qiáng)的材料以及其對(duì)應(yīng)的加工工藝，探尋便利、精準(zhǔn)、高效的低技化營(yíng)建方式。分析了3D打印、機(jī)械臂等材料前期材料加工工藝以及VR技術(shù)輔助與低技化營(yíng)造的結(jié)合過程并嘗試優(yōu)化。獲得更合理的低技化組合營(yíng)建方式。該方法可為施工階段的參數(shù)化景觀裝置提供參考。

關(guān)鍵詞：參數(shù)化設(shè)計(jì) 景觀裝置 低技化

中圖分類號(hào)：TU986 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)IR：A

文章編號(hào)：1003-0069（2019）07-0105-03

一、參數(shù)化設(shè)計(jì)概況

（一）參數(shù)化概念

1.“參數(shù)化”是技術(shù)、方法、算法，更是一個(gè)系統(tǒng)：參數(shù)化能讓眾多學(xué)科的交叉點(diǎn)匯聚在一起，通過計(jì)算機(jī)平臺(tái)轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的語言進(jìn)而應(yīng)用。參數(shù)化作為一種學(xué)術(shù)思想理念，來自于跨學(xué)科知識(shí)互通，這也正是構(gòu)建參數(shù)化平臺(tái)的核心意義_構(gòu)建跨學(xué)科的知識(shí)交匯的平臺(tái)。18世紀(jì)偉大的建筑師高迪就在用類似的參數(shù)化思想進(jìn)行設(shè)計(jì)，將非線性自然形態(tài)與建筑相結(jié)合，但當(dāng)時(shí)并沒有先進(jìn)的計(jì)算機(jī)輔助運(yùn)算，也沒有現(xiàn)代數(shù)字化加工，這說明參數(shù)化思想并不完全依賴算法和先進(jìn)設(shè)備。

2.參數(shù)化與數(shù)字化的關(guān)系：參數(shù)化與數(shù)字化不同，數(shù)字化是將數(shù)字和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為一系列二進(jìn)制代碼，這些二進(jìn)制代碼被引入計(jì)算機(jī)并進(jìn)一步處理以構(gòu)建數(shù)字模型。當(dāng)前計(jì)算機(jī)的所有操作和功能都是用數(shù)字完成的。當(dāng)應(yīng)用于設(shè)計(jì)領(lǐng)域時(shí)，數(shù)字設(shè)計(jì)涵蓋了非常廣泛的范圍。在范疇上，數(shù)字設(shè)計(jì)包括參數(shù)化設(shè)計(jì)。

3.參數(shù)化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)：參數(shù)化范式作為設(shè)計(jì)語言的—種變革與發(fā)展，也隨著時(shí)代的發(fā)展而變化，不斷在批評(píng)中自我更新。雖然目前的參數(shù)化設(shè)計(jì)只能做有限的工作，依賴計(jì)算機(jī)的審美困境具有消隱設(shè)計(jì)師主觀表現(xiàn)的嫌疑，而且非線性的審美表現(xiàn)也不一定能被大眾接受。但參數(shù)化設(shè)計(jì)本身具有復(fù)雜性和演化特征的設(shè)計(jì)方法必將繼續(xù)改進(jìn)自身，滿足時(shí)代發(fā)展的需要。作為一種自下而上的設(shè)計(jì)方法，參數(shù)化設(shè)計(jì)突破了傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的局限性。產(chǎn)生的設(shè)計(jì)多種多樣。計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)提供新的形態(tài)生成方法可以通過參數(shù)在景觀裝置的構(gòu)建過程中得到控制，通過應(yīng)用算法，自動(dòng)產(chǎn)生空間與形狀。這顯示了一個(gè)令人著迷的現(xiàn)象：合乎規(guī)則的計(jì)算產(chǎn)生大量看似隨機(jī)的結(jié)果。也許這種設(shè)計(jì)方法更貼近宇宙和自然的本質(zhì)，也蘊(yùn)涵著新的審美潛力。

（二）參數(shù)化軟件

參數(shù)化設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)包括以下幾個(gè)方面：結(jié)構(gòu)分析軟件、GIS工具、遙感圖像處理、水文分析工具、地理信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換平臺(tái)、統(tǒng)計(jì)和科學(xué)計(jì)算工具、可持續(xù)設(shè)計(jì)和分析工具、流體分析工具、模型構(gòu)建工具、渲染工具等。以Rhino為例，其主要優(yōu)勢(shì)是基于外部環(huán)境進(jìn)行定量分析和一些特殊的曲面構(gòu)造。

二、參數(shù)化景觀裝置

（一）參數(shù)化景觀裝置概況

參數(shù)化景觀裝置設(shè)計(jì)是基于參數(shù)化思維和參數(shù)化工具生成藝術(shù)裝置設(shè)計(jì)結(jié)果的過程。參數(shù)化景觀裝置設(shè)計(jì)的核心是選擇和設(shè)置參數(shù)、設(shè)置裝置形狀的生成規(guī)則，以及控制景觀裝置中每個(gè)元素形狀的布局和結(jié)構(gòu)。根據(jù)目前的發(fā)展?fàn)顩r，景觀裝置在設(shè)計(jì)和施工的整個(gè)過程中都可以使用參數(shù)化的思想。例如確定某種類型的參數(shù)化布局，基于布局自動(dòng)匹配和轉(zhuǎn)移到其他功能元素上并進(jìn)一步深入設(shè)計(jì)。參數(shù)化景觀裝置的內(nèi)涵是各種設(shè)計(jì)條件轉(zhuǎn)換成邏輯控制語句生成形態(tài)結(jié)構(gòu)。在形式方面，Patrick Schumacher建議參數(shù)化實(shí)踐需要遵循參數(shù)化技術(shù)支持的基本設(shè)計(jì)原則?！氨苊馐褂脛傂詭缀卧?，如正方形，三角形和圓形;避免簡(jiǎn)單的功能重復(fù)，避免不相關(guān)的功能或系統(tǒng)搭配?？紤]所有參數(shù)塑性形狀，差異的梯度（在不同的比率下），系統(tǒng)地變形和相關(guān)?！边@一宣言昭示著凡冠以“參數(shù)化”之名的景觀建筑作品幾乎都具有柔和多變的線條、平滑的曲面和復(fù)雜的空間形態(tài)。

（二）低技策略在參數(shù)化景觀裝置營(yíng)建過程中的必要性

1.有效降低成本。由于采用了更新，更高難度的設(shè)計(jì)方法，參數(shù)化景觀裝置從設(shè)計(jì)到施工具有模型修改方便快捷、零件模塊化加工、結(jié)構(gòu)精確、拼接簡(jiǎn)易的特點(diǎn)。但這種“數(shù)字設(shè)計(jì)”和“數(shù)字結(jié)構(gòu)”也意味著高成本和低容錯(cuò)性?！皵?shù)字化建設(shè)”所需的技術(shù)包括激光切割技術(shù)，多軸機(jī)床技術(shù)，數(shù)控彎曲成形技術(shù)，智能機(jī)器人技術(shù)和快速成型技術(shù)。應(yīng)用這些技術(shù)都會(huì)大大抬高裝置成本。在這種條件下，探索低技術(shù)，低成本的參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)踐，即“高科技”非線性參數(shù)化設(shè)計(jì)方法與“低技術(shù)”建筑方法的結(jié)合。這符合國內(nèi)現(xiàn)狀，有利于促進(jìn)景觀裝置的參數(shù)化發(fā)展，還能給富有想象力的設(shè)計(jì)師創(chuàng)造更多作品的機(jī)會(huì)。

2.提高景觀裝置完成度。雖然有了前期高技術(shù)水平的材料加工，但在環(huán)境干擾因素、原材料密度等現(xiàn)實(shí)條件下，組件成型過程中避免不了一定程度的誤差。通過選擇較強(qiáng)可塑性的材料、易操作的拼接工藝以及設(shè)置富有彈性的誤差控制裝置都是保證景觀裝置效果的低技化實(shí)踐途徑。

三、參數(shù)化景觀裝置的低技化應(yīng)用實(shí)例分析

“低技術(shù)”施工是相對(duì)于“高科技”設(shè)計(jì)、加工存在的，由于學(xué)科之間的差異以及地區(qū)發(fā)展水平的不均，從以前到現(xiàn)在到未來，兩者一直并且繼續(xù)并存?！案呒肌弊鳛榧夹g(shù)進(jìn)步的直觀體現(xiàn)，推動(dòng)景觀裝置的創(chuàng)新，具有先鋒性;“低技”作為其補(bǔ)充，具有更強(qiáng)的廣泛性和普遍性。“高技”的參數(shù)化設(shè)計(jì)方式拓展了景觀裝置的多樣性，為設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)個(gè)人意圖增加了路徑;“低技”的建造策略則提供了應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)條件制約的有效途徑，增強(qiáng)了作品的可實(shí)施性。兩者的結(jié)合能更好地創(chuàng)造作品。

由表1可知，近年來許多參數(shù)化景觀裝置的落地都對(duì)高技術(shù)手段有所涉及，前期的高技術(shù)手段基本都能為后期落地拼裝提供便利;也有部分裝置回避了前期流程，選擇使用如竹片、PE管等自身可塑性強(qiáng)的材料，控制成本;在裝配過程中靈活應(yīng)用高科技設(shè)備，提高裝配精度。例如北京林業(yè)大學(xué)王向榮教授作品“心靈的花園”，它是一個(gè)充分應(yīng)用廉價(jià)材料，其材料的前期加工工藝與后期制作都較為低技的作品。其主要裝置的構(gòu)造節(jié)點(diǎn)上使用了參數(shù)化設(shè)計(jì)，在節(jié)點(diǎn)確定的基礎(chǔ)上建設(shè)完善。設(shè)計(jì)理念是在有限的空間內(nèi)展示中國園林的空間變化和詩意。它能帶給人們心靈的寧靜和理解。煙霧籠罩著灰色的礫石板和翠綠的竹林，花園中央是一個(gè)10平方米左右的蓮塘，給人們的心靈帶來平和與淡然。是人類在這一自然生境中，圍繞著人類生存與發(fā)展的核心主題，進(jìn)行著人類科技發(fā)明的應(yīng)用性轉(zhuǎn)化，并不斷改善人類生存環(huán)境的行為或結(jié)果，如圖1、2。

而由清華大學(xué)徐衛(wèi)國教授團(tuán)隊(duì)發(fā)明的“機(jī)械臂自動(dòng)砌筑系統(tǒng)”則是綜合了眾多現(xiàn)有參數(shù)化手段后落地的例子，其基本不涉及高成本高技術(shù)的原材料及加工工藝（對(duì)混凝土配比有一定要求），而后期營(yíng)建選擇由多組機(jī)械臂共同完成，盡可能避免了人工的參與。與現(xiàn)有的砌磚系統(tǒng)不同，其將機(jī)器人手臂自動(dòng)砌磚和3D打印砂漿首次相結(jié)合，形成了全自動(dòng)一體化智能建筑系統(tǒng)。并且這個(gè)系統(tǒng)首次應(yīng)用于實(shí)際施工現(xiàn)場(chǎng)，建造了“磚藝迷宮花園”。先低技后高技的建造流程也不失為一種突出重點(diǎn)的有效組合，如圖3、4。

四、低技策略的優(yōu)化

（一）拓展傳統(tǒng)工藝的應(yīng)用

各類傳統(tǒng)工藝廣泛使用鄉(xiāng)土材料，具有良好的經(jīng)濟(jì)性與鮮明的地域特征，部分材料及工藝已成為某種文化符號(hào)。將參數(shù)化設(shè)計(jì)的數(shù)字模型結(jié)合諸如傳統(tǒng)竹編工藝、造紙工藝、陶瓷工藝等表現(xiàn)方式，既可以擺脫參數(shù)化裝置缺少設(shè)計(jì)師個(gè)人痕跡的嫌疑，也能進(jìn)一步發(fā)揚(yáng)優(yōu)秀傳統(tǒng)文化，賦予作品更多意蘊(yùn)。“天人合一”是傳統(tǒng)哲學(xué)生態(tài)觀的基本精神，蘊(yùn)含著對(duì)天人關(guān)系的終極思考，認(rèn)為人與自然界本為一體，應(yīng)和諧共處。例如通過參數(shù)化軟件設(shè)計(jì)的“無限（∞）形”鄉(xiāng)野景觀裝置，其將新穎的設(shè)計(jì)手法與當(dāng)?shù)厥止に?、傳統(tǒng)營(yíng)造技藝緊密結(jié)合，該裝置和場(chǎng)地構(gòu)建了一個(gè)純粹的幾何找形過程，超越了材料和語言學(xué)的范疇。讓景觀成為大眾文化下的公共藝術(shù)，“無限（∞）形”裝置表達(dá)了對(duì)時(shí)間，空間和環(huán)境關(guān)系的思考，是“竹”元素形式與精神的延伸，如圖5、6。

（二）更新構(gòu)件組裝方式

以人力代替部分機(jī)械加工，是低技化的主要方式，通過簡(jiǎn)明的分工快速準(zhǔn)確完成復(fù)雜的裝置難度較高，這需要對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行拆解簡(jiǎn)化，安排合理的施工步驟，繪制簡(jiǎn)明扼要的施工圖紙。在以往加工裝配景觀裝置的過程中，我們?cè)谡`差面前常有兩個(gè)選擇：改變裝置的局部的空間點(diǎn)位或是改變組件的尺寸。若組件尺寸較大加工成本加高，不宜選擇后者;若裝置拼裝的點(diǎn)位聯(lián)系緊密，則不宜改動(dòng)前者。選擇前者或后者都會(huì)為進(jìn)一步施工帶來不利影響，在誤差難以消除的現(xiàn)實(shí)情況下，如何盡可能減少后期人為誤差是我們努力的方向。前文提到的VR虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)作為“高技”的一環(huán)，在此時(shí)也不失為輔助“低技”提高準(zhǔn)確度的良好方式，在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)使用VR眼鏡幫助定位可以快速有效地實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，如圖7、8。

（三）統(tǒng)一誤差控制機(jī)制

“數(shù)字化建造”技術(shù)使用高精度設(shè)備來最大限度地減少錯(cuò)誤，當(dāng)工人進(jìn)行手動(dòng)低精度的建設(shè)時(shí)難免出現(xiàn)很多錯(cuò)誤，控制實(shí)際工程中的錯(cuò)誤的各種方法有構(gòu)建誤差控制機(jī)制，這要部件本身具有的適應(yīng)和調(diào)整的可能性。譬如常見的彈簧、拉索兩端的松緊螺絲等。但過于豐富的彈性裝置會(huì)破壞景觀裝置的整體性，影響進(jìn)一步施工的準(zhǔn)確度，因此，主動(dòng)限制彈性裝置的類型、尺寸、安裝位置、安裝數(shù)量有利于提高施工質(zhì)量，如圖9、10。

結(jié)語

目前，參數(shù)化設(shè)計(jì)在建筑領(lǐng)域的實(shí)踐已達(dá)到較高水平。近年來，其與快速發(fā)展的3 D打印技術(shù)和數(shù)字化制造技術(shù)相結(jié)合，充分考慮了最終施工過程的低技術(shù)要求，簡(jiǎn)化了后期施工過程。而景觀裝置的構(gòu)建，既是建筑營(yíng)造的試驗(yàn)田，也被建筑技術(shù)的提升成果所惠及。近年來我國許多學(xué)者和設(shè)計(jì)師都參與了參數(shù)化景觀裝置的構(gòu)建，也根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況摸索出了許多實(shí)用的低技化施工技巧，就我國現(xiàn)今的整體技術(shù)條件而言頗具現(xiàn)實(shí)意義。拓寬景觀裝置設(shè)計(jì)思維，通過富有邏輯、包含大量數(shù)據(jù)關(guān)系的數(shù)字模型，結(jié)合多樣的營(yíng)建技術(shù)，使景觀裝置具有更高的完成度與更好的效果，是未來我們需要共同努力的方向。