高云庭

廣東白云學(xué)院 藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，廣東 廣州 510450

1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h2>

可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)本質(zhì)上是規(guī)定性的，這種主觀行為含有感性成份，規(guī)定性需要一定量的描述性闡釋，感性也需要一定量的客觀性檢驗(yàn)。設(shè)計(jì)是科學(xué)與藝術(shù)的結(jié)合，但與它們不同的是，設(shè)計(jì)很少有出錯(cuò)的權(quán)利。一個(gè)科學(xué)理論或結(jié)論應(yīng)用到實(shí)踐中通常需要很長(zhǎng)的時(shí)間周期，如果對(duì)其中的錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)及時(shí)，科學(xué)家們是有時(shí)間對(duì)其做更正或補(bǔ)充的，并且這種錯(cuò)誤總是可以促進(jìn)或幫助科學(xué)的進(jìn)步，再加上科學(xué)本身就具有探索、試驗(yàn)的屬性，所以人們對(duì)科學(xué)的錯(cuò)誤具有一定的容忍度。一個(gè)藝術(shù)作品的錯(cuò)誤可以用語(yǔ)言批評(píng)來(lái)及時(shí)指出或矯正，避免其不良影響的傳播。但是設(shè)計(jì)的情況完全不同，雖然設(shè)計(jì)的錯(cuò)誤也可以促進(jìn)設(shè)計(jì)反思，進(jìn)而推動(dòng)設(shè)計(jì)的進(jìn)步，但一個(gè)設(shè)計(jì)會(huì)很快進(jìn)入人們的生活，其中的錯(cuò)誤即刻便會(huì)產(chǎn)生實(shí)實(shí)在在的影響，并且這種影響往往是不能回避的、長(zhǎng)期的，有時(shí)還可能是深遠(yuǎn)的、不可承受的。所以，在方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中必須要有一個(gè)客觀試驗(yàn)的環(huán)節(jié)。

當(dāng)建筑項(xiàng)目的某一設(shè)計(jì)方案初步確定時(shí)，為了更直觀、形象、具體地了解建筑運(yùn)行狀態(tài)、項(xiàng)目整體影響時(shí)，即應(yīng)選擇適當(dāng)?shù)脑囼?yàn)方式、工具，對(duì)建筑系統(tǒng)的整體或部分進(jìn)行形式或功能的模擬。通過(guò)對(duì)自變量、無(wú)關(guān)變量的控制，分析其與因變量結(jié)果的關(guān)系，將系統(tǒng)內(nèi)種種復(fù)雜的、不可見(jiàn)的、直接或間接的關(guān)系，以可見(jiàn)的、直觀的、定性的或定量的方法表達(dá)出來(lái)，再進(jìn)行比較、評(píng)估、改進(jìn)的迭代過(guò)程，便可以獲得最優(yōu)化的設(shè)計(jì)方案。目前能夠最透徹表達(dá)設(shè)計(jì)思想的模擬工具是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，所有可用于設(shè)計(jì)試驗(yàn)的有效工具可以歸為四類：

（1）手繪圖：包括二維、三維的草圖和效果圖，適用于設(shè)計(jì)初期對(duì)概念、形式、色彩、材質(zhì)、技術(shù)、場(chǎng)景等進(jìn)行簡(jiǎn)單的描繪和表達(dá)，成本非常低、速度也較快。

（2）實(shí)物模型：實(shí)物材料制成的模型，在體量、造型、顏色、空間感等方面可以得到最為直觀、真實(shí)的效果，還可模擬簡(jiǎn)單的幾種物理環(huán)境，但成本略高、制作周期長(zhǎng)。

（3）計(jì)算機(jī)三維模型：電腦軟件制作的虛擬模型，方案設(shè)計(jì)和演示的靈活度極高，效果也非常逼真，造型、賦色、選材等的自由度非常大，可內(nèi)外全方位靜態(tài)或動(dòng)態(tài)地展示建筑效果，成本非常低、模擬費(fèi)時(shí)少。

（4）計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬：電腦軟件制作的參數(shù)化模型，模擬效果非常接近實(shí)際狀態(tài)，能對(duì)建筑在功能、環(huán)境、社會(huì)等維度進(jìn)行全面具體地模擬，較為準(zhǔn)確地計(jì)算出功能狀況、物理環(huán)境、環(huán)境影響、運(yùn)行管理、空間情景等各項(xiàng)內(nèi)容的動(dòng)態(tài)情況和相應(yīng)數(shù)據(jù)，成本非常低，模擬周期短。核心建模軟件有Revit、Bently、ArchiCAD等，方案設(shè)計(jì)軟件有Onuma、Planning System、Affinity等，可視化軟件有3dsMAX、Artlantis、AccuRender、Maya、Lightscape等，造價(jià)管理軟件有Innovaya、Solibri、魯班等，機(jī)電分析軟件有Designmaster、IES Virtual Environment、Trane Trace等，結(jié)構(gòu)分析軟件有ETABS、STAAD、Robot、PKPM等，可持續(xù)分析軟件有Echotect、Green Building Studio、EnergyPlus、斯維爾、天正等，建筑全能耗模擬軟件（比較流行的）主要有EnergyPlus、DOS-2、TRNSYS、DeST等，建筑光環(huán)境模擬軟件（比較流行的）主要有Radiance、Desktop Radiance、Daysim，建筑聲環(huán)境模擬軟件主要有RAYNOISE、Cadna/A，建筑風(fēng)環(huán)境模擬軟件CFD主要有Fluent、Airpak、PHOENICS，綜合模擬軟件主要有ESP-r、Ecotect、IES。

設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ停▓D1）有理論思維的形式，也有物質(zhì)模型的形式，通常是在兩者基礎(chǔ)上形成的綜合模型。它為分析研究提供了技術(shù)手段，一方面可以科學(xué)的描述建筑系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)要素和運(yùn)行機(jī)制，另一方面可以預(yù)測(cè)建筑系統(tǒng)的未來(lái)情況。方案模擬的程度有簡(jiǎn)單與具體兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，前者的信息模型簡(jiǎn)單概括，方案建模較為快速；后者則要求有較為具體、準(zhǔn)確和完備的信息來(lái)源，方案建模過(guò)程較為復(fù)雜、耗時(shí)。簡(jiǎn)單式常用于設(shè)計(jì)初期的定性試驗(yàn)，而具體式則往往用在設(shè)計(jì)后期的定量試驗(yàn)。設(shè)計(jì)試驗(yàn)的規(guī)模分為方案評(píng)估試驗(yàn)和方案優(yōu)化試驗(yàn)兩類，前者是對(duì)一個(gè)預(yù)案的效果模擬試驗(yàn)；后者是對(duì)方案中某個(gè)或若干要素的調(diào)整試驗(yàn)。

圖1 可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)試驗(yàn)的一般模型

建筑投入使用后的體驗(yàn)可能與最初的設(shè)想是難以形成“因果對(duì)等”關(guān)系的，也很難絕對(duì)準(zhǔn)確地探測(cè)出建筑使用多年后的性能變化，以及所可能產(chǎn)生的環(huán)境、社會(huì)影響。設(shè)計(jì)試驗(yàn)的方式和工具很多，但每一個(gè)關(guān)乎設(shè)計(jì)本質(zhì)的都或多或少有些瑕疵。試驗(yàn)環(huán)境是一個(gè)“中性社會(huì)環(huán)境”，而不是一個(gè)“發(fā)揮自身效果的具體社會(huì)環(huán)境”。所有模型也都存在不同程度“過(guò)度簡(jiǎn)化”，在內(nèi)容、深度、計(jì)算精度和可靠性等方面都有一定的局限性。它們的全部復(fù)雜性和獨(dú)特性總是不能100%的表現(xiàn)出來(lái)。雖然模擬的有意“整體性”并不總能令人滿意地進(jìn)行復(fù)制，但它在可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)中目前仍可作為一種非常有效的設(shè)計(jì)方法來(lái)使用。

盡管如此，當(dāng)我們把所有的可用試驗(yàn)結(jié)果都放在一起，還是可以拼貼出一個(gè)設(shè)計(jì)師思考的大致圖景的。建立因果當(dāng)量關(guān)系最好的方法——事實(shí)上也是唯一具有完全說(shuō)服力的方法——就是進(jìn)行精心設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，這樣才有利于控制盡可能多的潛在變量的影響。［1］另外值得注意的是，其他類似建筑設(shè)計(jì)試驗(yàn)的量化研究數(shù)據(jù)結(jié)論［1］，即便是試驗(yàn)條件相同，也不可隨便用于本試驗(yàn)分析中，特別是感性維度的分析，除非那些結(jié)論已被認(rèn)定是歸于普遍經(jīng)驗(yàn)的范疇。悉心的方法運(yùn)用可以更好地發(fā)揮設(shè)計(jì)試驗(yàn)的作用，幫助項(xiàng)目方案獲得更完善的功能與價(jià)值。

2 試驗(yàn)三路徑

不論是單一要素還是一套方案的設(shè)計(jì)試驗(yàn)，其內(nèi)容和過(guò)程都是具有相當(dāng)?shù)膹?fù)雜度，目前還不太可能將可持續(xù)建筑項(xiàng)目以一個(gè)完全整體進(jìn)行模擬試驗(yàn)。做建筑物及空間環(huán)境、使用中的真實(shí)情景、各種功能的運(yùn)作情況三個(gè)交互影響部分的模擬和試驗(yàn)，是評(píng)估和優(yōu)化設(shè)計(jì)效果的有效途徑。

2.1 形態(tài)模擬

形態(tài)模擬是建筑本體和形象的表現(xiàn)，也是方案設(shè)計(jì)的結(jié)果呈現(xiàn)。對(duì)建筑的造型、色彩、材料、體量、空間、環(huán)境的模擬試驗(yàn)，可以運(yùn)用草圖、效果圖、實(shí)物模型、計(jì)算機(jī)三維模型來(lái)展開。草圖和效果圖的設(shè)計(jì)試驗(yàn)在概念設(shè)計(jì)和方案早期能推動(dòng)設(shè)計(jì)初步方案的迭代進(jìn)程。實(shí)物模型在對(duì)建筑實(shí)體、構(gòu)成形式、空間環(huán)境的模擬效果上，特別是在一些對(duì)精神功能、文化情感有特殊要求的項(xiàng)目中，其具象化、真實(shí)性是其他模擬媒介不可替代的。計(jì)算機(jī)三維模型可以制作尺度準(zhǔn)確的平面圖、立面圖、剖面圖，以及精細(xì)逼真的二維、三維效果圖和三維動(dòng)畫，能夠非常清晰地模擬出方案的建筑形態(tài)，并且對(duì)任意形態(tài)要素做細(xì)節(jié)試驗(yàn)都非常容易，設(shè)計(jì)者可以任意視點(diǎn)、視角審視建筑、感受空間，以驗(yàn)證、評(píng)價(jià)形態(tài)方案是否符合設(shè)計(jì)目標(biāo)。在不同設(shè)計(jì)階段將幾種試驗(yàn)工具按恰當(dāng)?shù)谋壤M合起來(lái)，對(duì)建筑形態(tài)及表達(dá)語(yǔ)匯進(jìn)行多方式、多維度的檢查與推敲，可以很好地獲得建筑形態(tài)設(shè)計(jì)試驗(yàn)的效果和意義。

2.2 場(chǎng)景模擬

場(chǎng)景模擬是建筑使用的真實(shí)情況呈現(xiàn)，也是空間環(huán)境感受、認(rèn)知、行為狀態(tài)的表達(dá)。對(duì)環(huán)境舒適程度的模擬試驗(yàn)，可以運(yùn)用實(shí)物模型、計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬來(lái)展開。簡(jiǎn)單式的實(shí)物模擬作為計(jì)算機(jī)模擬的一種輔助，在設(shè)計(jì)的初期和中期發(fā)揮著部分作用。在計(jì)算機(jī)中能模擬室內(nèi)環(huán)境的光照、溫度、濕度、風(fēng)、聲響等，室外環(huán)境的光照、熱輻射、空氣溫濕度、主導(dǎo)風(fēng)、雨雪等。對(duì)環(huán)境中人員分布和動(dòng)態(tài)的模擬試驗(yàn)，可以運(yùn)用草圖、效果圖、計(jì)算機(jī)三維模型、計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬來(lái)展開。草圖和效果圖適用于設(shè)計(jì)初期靜態(tài)場(chǎng)景的快速試驗(yàn)。計(jì)算機(jī)三維模型可以就靜態(tài)場(chǎng)景和一般動(dòng)態(tài)場(chǎng)景進(jìn)行試驗(yàn)。在計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬方式中可以模擬日常動(dòng)態(tài)流線、人群活躍區(qū)域、樓道與場(chǎng)地交通、緊急疏散、工作疲勞程度、垃圾管理等場(chǎng)景情態(tài)。虛擬現(xiàn)實(shí)模擬可以讓觀者“有機(jī)會(huì)”進(jìn)入空間，帶給觀者“真正的”實(shí)時(shí)場(chǎng)景，360°全息沉浸式體驗(yàn)，可以讓人充分完全地感知和體察空間環(huán)境，這是目前多要素場(chǎng)景試驗(yàn)的最佳方式。當(dāng)然，全景式體驗(yàn)也有其不足之處，可能對(duì)空氣流動(dòng)感、氣味的準(zhǔn)確模擬技術(shù)可以很快實(shí)現(xiàn)，但對(duì)觸摸感的模擬很難在短時(shí)間內(nèi)做到，空間準(zhǔn)確度也有待進(jìn)一步提升。但就目前的成熟應(yīng)用技術(shù)來(lái)看，一個(gè)經(jīng)過(guò)良好試驗(yàn)設(shè)計(jì)的場(chǎng)景模擬允許對(duì)假設(shè)情形的真實(shí)世界觀點(diǎn)，可以在不破壞其自然環(huán)境含義的前提下，就環(huán)境品質(zhì)或場(chǎng)所現(xiàn)象進(jìn)行孤立的試驗(yàn)和探究。

2.3 功能模擬

功能模擬是建筑性能與狀態(tài)的展現(xiàn)，也是一種時(shí)間承諾的演繹。對(duì)建筑硬件功能、設(shè)備運(yùn)行、環(huán)境效應(yīng)等的模擬試驗(yàn)，可以運(yùn)用計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬來(lái)展開。在計(jì)算機(jī)中能模擬建筑結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與承重，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能、通風(fēng)性能、采光性能、日照與遮擋、太陽(yáng)能利用效率、機(jī)械設(shè)備功率與工況、生命周期里的性能變化及消耗、排放等內(nèi)容。BIM（建筑信息模型技術(shù)，Building Information Modeling）是研究者們普遍認(rèn)同的首個(gè)也是目前最好的四維“空間--時(shí)間信息模型”［2］，它的系列軟件能夠?qū)⒔ㄖ乃泄δ苄韵嚓P(guān)變量以一種整體統(tǒng)合的方式復(fù)制出來(lái)，包括幾何信息、結(jié)構(gòu)信息、建造信息、功能信息、環(huán)境信息、運(yùn)轉(zhuǎn)信息、時(shí)間信息等資源信息，通過(guò)虛擬建筑的建造模擬，BIM所有構(gòu)成元素的控制參數(shù)和文本信息都能智能化地修改、編輯，可以進(jìn)行單一或多項(xiàng)條件的動(dòng)態(tài)模擬。通過(guò)虛擬建筑的運(yùn)行模擬，可以試驗(yàn)建筑項(xiàng)目在真實(shí)時(shí)間周期內(nèi)的功能價(jià)值與環(huán)境影響，預(yù)演建筑在建成后長(zhǎng)時(shí)間周期內(nèi)的表現(xiàn)。數(shù)字化模擬各種運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)下的條件交互反饋和要素?cái)M合結(jié)果，是試驗(yàn)建筑功能水平和建筑生命狀態(tài)的有效途徑。

3 結(jié)論

設(shè)計(jì)試驗(yàn)法在可持續(xù)建筑設(shè)計(jì)過(guò)程中能發(fā)揮重要的作用，它可以具象化、信息化、及時(shí)化的方式創(chuàng)造出一個(gè)最為接近真實(shí)狀態(tài)的設(shè)計(jì)結(jié)果，并以一種探索性、比照性的迭代思維反映出設(shè)計(jì)方案與預(yù)期目的的關(guān)系。該方法具有明顯的就事論事、反饋迅速、結(jié)果清楚的特點(diǎn)，就設(shè)計(jì)方案的運(yùn)行情況，良好運(yùn)行的條件和該條件允許的范圍等問(wèn)題，能給出具有參考價(jià)值的答案。設(shè)計(jì)試驗(yàn)法適用于項(xiàng)目設(shè)計(jì)方案的分析、測(cè)試、調(diào)整與決策階段，是一種增強(qiáng)設(shè)計(jì)呈現(xiàn)能力，完善方案優(yōu)化路徑，提升項(xiàng)目可持續(xù)品質(zhì)的有效設(shè)計(jì)方法。