王 江，范 偉，郭道夷，楊 陽，趙繼龍，董廷路

(1.山東建筑大學(xué) 建筑城規(guī)學(xué)院，山東 濟南 250101；2.山東省綠色建筑協(xié)同創(chuàng)新中心，山東 濟南 250101；3.同濟大學(xué)建筑設(shè)計研究院(集團)有限公司，上海 200092；4.上海棲舍建筑設(shè)計事務(wù)所有限公司，上海 201800)

我國傳統(tǒng)住區(qū)本質(zhì)上是一種經(jīng)長期多階段衍生而形成的自組織形態(tài)，空間要素在特定規(guī)則約束下自發(fā)形成一定的秩序．然而，常規(guī)的住區(qū)設(shè)計模式卻是基于“藍圖式”、單步驟展開，多強調(diào)對單一結(jié)果進行自上而下的控制．如何以自上而下的整體設(shè)計方法，有效“復(fù)制”傳統(tǒng)住區(qū)的空間形態(tài)，一直是困擾建筑師的經(jīng)典難題．傳統(tǒng)住區(qū)具有統(tǒng)一、多變的風(fēng)貌特征，其住宅建筑具有體小、量大的特點，居民的個體化需求和建設(shè)參與權(quán)是空間衍生的動力．在“大型化、批量化”的建筑工業(yè)化時代，很多杰出的建筑師試圖從這種“傳統(tǒng)智慧”中汲取靈感，對住區(qū)或住宅設(shè)計開展有益的探索[1]．例如，Walter Gropius在德國特爾頓進行的住宅開發(fā)實驗(1926—1928)中，設(shè)計了由3種類型組成的316套住宅；Le Corbusier在法國佩薩克建立的多米諾住宅體系(1926—1929)中，設(shè)計了由4種類型組成的200套住宅，每種類型基于不同的室內(nèi)空間可再次細分；Frank Lloyd Wright在美國設(shè)計的47棟傳統(tǒng)郊區(qū)住宅(1946—1954)中，清晰地闡述了其“住宅隨居民不同而不同”的主張；Balkrishna Doshi在印度印多爾的阿蘭若項目(1981—1986)中，對其中80套住宅進行示范設(shè)計與建造，定義了三種核心住宅類型與一套詳細的自助建造規(guī)則表[2]；Alvaro Siza在葡萄牙的馬拉蓋拉項目(1977—至今)中，設(shè)計了超過35種不同類型的住宅，涵蓋了從一居室至五居室[3]；Alejandro Aravena在智利金塔蒙羅伊住宅(2004)中，設(shè)計了100套由“半成品房子”組成的增量住宅．

以上案例具有四個共同點：其一，設(shè)計任務(wù)均指向一定數(shù)量、具有可承擔(dān)性的工業(yè)化住宅，在面向中低收入群體的住區(qū)設(shè)計中大規(guī)模重復(fù)使用；其二，對基礎(chǔ)設(shè)施和核心住宅進行統(tǒng)一建造，并為居民預(yù)留自助建造空間且盡可能降低成本；其三，由于設(shè)計結(jié)合了居民需求，住宅被注入定向生長的動力，呈現(xiàn)出時空衍生的多元特征；其四，它們是耦合統(tǒng)一建造與自助建造的上佳樣本，其中隱藏的衍生規(guī)則具有很好的應(yīng)用潛力．需要指明的是，這些案例均采用常規(guī)的設(shè)計方法——先根據(jù)具體的實際要求形成想法，再設(shè)計初步方案草圖和藍圖，最后借由工具實現(xiàn)設(shè)計結(jié)果．這種經(jīng)由“想法提出—藍圖設(shè)計—工具實現(xiàn)”的設(shè)計流程，往往以單一狀態(tài)的形式或模式呈現(xiàn)出最后的設(shè)計結(jié)果，卻難以在有限的設(shè)計周期內(nèi)產(chǎn)生預(yù)定義、分階段的多種設(shè)計成果．在應(yīng)對住區(qū)設(shè)計中關(guān)聯(lián)“空間與需求”的復(fù)雜性問題時，這種“藍圖式”的方法很難將全部規(guī)則傳達至每一位居民；由于以上規(guī)則未能被明確地描述和歸納，其他建筑師難以打開“黑箱”，也很難能繼續(xù)應(yīng)用規(guī)則；盡管建筑師有能力同時完成多項住區(qū)設(shè)計任務(wù)，但是他們經(jīng)常依賴標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計和經(jīng)驗主義，導(dǎo)致設(shè)計成果均質(zhì)、單調(diào)且難以響應(yīng)所有的空間需求．

基于以上背景，本文嘗試利用“定義形式發(fā)生的語法規(guī)則”取代“定義全局控制的設(shè)計藍圖”，著重運用具有更高靈活性的多步驟生成設(shè)計方法，并為此定義了一種基于形狀語法(Shape Grammar)的AutoCons可持續(xù)住區(qū)模型——AutoCons是自主(Autonomous)或自動(Automatic)建造(Construction)的縮寫——是一個具有需求適應(yīng)性、持續(xù)更新性及階段可控性的專家模型．通過AutoCons模型的構(gòu)建邏輯研究，以章丘岳滋新村為例，制定空間生成的語法規(guī)則，探索兼顧住區(qū)“統(tǒng)一性與多樣性”的設(shè)計流程．

1 生成設(shè)計

生成設(shè)計的哲學(xué)根基源于Gilles Deleuze的生成論思想．他針對工業(yè)社會普遍存在的“重復(fù)性與差異性”問題提出了創(chuàng)造非標(biāo)準(zhǔn)“可能性”的后現(xiàn)代思維模式，這種模式因為能夠兼顧動態(tài)生成邏輯與多向交互過程，所以深刻影響了數(shù)字建筑設(shè)計的發(fā)展，促使建筑師更加關(guān)注于建筑設(shè)計的生成過程．Oxman歸納了五種數(shù)字設(shè)計模型[4]，其中生成設(shè)計模型可通過元素或符號的定義并對其施以規(guī)則或運算符，進行自動或半自動運算，為復(fù)雜性設(shè)計任務(wù)提供更多具有靈活性的解決方案．Vishal和Ning比較了五種最主要的生成設(shè)計方法[5]，其中，L系統(tǒng)(L-system)通過定義初始值，模擬具有自然植物特質(zhì)的生長類模型，將轉(zhuǎn)換為字符串的圖形進行重寫，通過遞歸規(guī)則“重新映射”出適當(dāng)?shù)男问?，但用于模擬具有規(guī)則形體與分類圖層特征的建筑模型時，表現(xiàn)出一定的局限性；元胞自動機(Cellular Automata)可將離散空間單元(建筑、場地、街區(qū)等)與元胞自動機的網(wǎng)格、單元、狀態(tài)、領(lǐng)域、規(guī)則和時間等要素對應(yīng)，通過局部運算模擬自組織空間的動態(tài)變化，但不易細化和修正規(guī)則；多智能體(Swarm Intelligence)一般通過并行計算系統(tǒng)涌現(xiàn)過程而獲得設(shè)計雛形，與元胞自動機一樣適用于行為驅(qū)動的設(shè)計過程；遺傳算法(Genetic Algorithms)多用于設(shè)計優(yōu)化，允許對設(shè)計空間進行無方向的隨機探索；形狀語法是以帶符號的形狀作為基本要素，使用語法規(guī)則進行分析并生成新形狀，在設(shè)計的推理過程中，逐步將基本語匯重新編譯形成完整獨立的語法，更適于形式驅(qū)動的建筑風(fēng)格和樣式的設(shè)計過程．Kwiecinski等比較了分別利用遺傳算法和形狀語法建立的住宅設(shè)計系統(tǒng)：對于要素相對單一的住宅建筑而言，基于形狀語法的生成設(shè)計系統(tǒng)運算效率更高[6]．

2 形狀語法

形狀語法是由加州大學(xué)洛杉磯分校的George Stiny和James Gips在1972年提出的[7]，它脫胎于通訊科學(xué)的符號語言(Formal Language)理論，是由VT(形狀的有限集合，Shapes)、VM(符號的有限集合，Symbols)、I(初始形狀，Initial Shape)、R(規(guī)則的有限集合，Rules)共同構(gòu)成的四元組(4-tuple)〈VT,VM,R,I〉．其中VT∩VM=?；R是一系列由u和v組成的規(guī)則集合，使得u是由VT中的形狀和VM中的符號組成的標(biāo)記形狀集合；v是由u中的形狀組成的衍生形狀集合，或由u中的標(biāo)記形狀組成的衍生形狀集合，或由u中的標(biāo)記形狀與附加形狀組成的衍生形狀集合；I同樣是由VT中的形狀和VM中的符號組成的標(biāo)記形狀[8]．形狀語法基于初始形狀(I)，按照規(guī)則(R)借由符號(VM)指引對各類形狀(VT)進行編碼，生成特定的形式語言．當(dāng)其運用于模型構(gòu)建時，描述方式和閱讀視角的類型與數(shù)量取決于建筑師在設(shè)計調(diào)研時捕獲的數(shù)據(jù)源、建模的目的性以及所期望的細節(jié)程度．

形狀語法常用于描述和分析經(jīng)典的歷史性建筑語言，使用一組既有的設(shè)計作品作為語言或語法素材，推斷出語法規(guī)則，在新設(shè)計的具體應(yīng)用中測試語法構(gòu)建的合理性．1978年，George Stiny和William J.Mitchell使用形狀語法建立了適用于帕拉第奧別墅平面的語法規(guī)則，并將其轉(zhuǎn)譯為可用計算機程序生成的具體方法[9]．后來，基于相近的目的，許多其它的語法被建構(gòu)出來，側(cè)重于探討圖形的二維及三維關(guān)系，它們的優(yōu)勢在于不僅可以生成不同類型的圖形，還能定義與圖形匹配的語義，為生成設(shè)計賦予特定的使用功能、服務(wù)對象與象征意義．

3 基于形狀語法的AutoCons模型構(gòu)建

參照模塊化程序設(shè)計的“三層架構(gòu)”思想，AutoCons模型可按照交互界面層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪問層進行構(gòu)建(圖1)，三層架構(gòu)間通過數(shù)據(jù)的傳遞和返回進行聯(lián)系，并通過數(shù)據(jù)庫儲存數(shù)據(jù)．這種分層建模的邏輯因為具有結(jié)構(gòu)清晰、易維護、解耦、標(biāo)準(zhǔn)化、可重復(fù)使用和易擴展等優(yōu)勢，所以當(dāng)三層中任意一層發(fā)生變更時，均不會影響其他兩層的正常工作，有利于建模任務(wù)的同步進行，且容易適應(yīng)設(shè)計任務(wù)變更的需求；此外，它能夠高效地將建筑師、模型、甚至居民關(guān)聯(lián)在一起，提升各方在交互過程中的滿意度．

圖1 AutoCons模型的三層架構(gòu)圖Fig.1 Three-layer composition diagram of AutoCons model

3.1 交互界面層

該層是AutoCons模型中唯一可見的部分，主要功能有兩項：一是接收建筑師的指令，傳達和反饋建筑師的需求，為建筑師提供一種交互式操作的界面；二是顯示數(shù)據(jù)進而生成結(jié)果．為了提升模型使用的滿意度，交互界面層在構(gòu)建時應(yīng)盡可能地使設(shè)計流程簡化并易于導(dǎo)航．具體操作步驟包括：①建筑師輸入基本信息，此時系統(tǒng)會自動識別并生成一系列與其需求最相近的可視化方案以供選擇；②當(dāng)建筑師發(fā)出不同指令時，界面上會同步顯示建筑面積、功能組合和空間形式等信息；③若建筑師對推薦方案不滿意，可繼續(xù)發(fā)出指令對方案進行調(diào)整，直到滿意為止．對具有編程語言知識的建筑師而言，為了便于他們修正規(guī)則和修改程序的約束條件，在構(gòu)建AutoCons模型的過程中，一般會并行使用由高級腳本語言開發(fā)的程序和由低級編程語言開發(fā)的程序插件．例如，采用面向?qū)ο蟮挠嬎銠C編程語言Python作為編碼工具，并利用具有腳本編輯功能的軟件插件輸出，建筑師能夠在開源環(huán)境下獨立進行編碼并轉(zhuǎn)譯圖形邏輯，通過多次獲取自動派生的可視化腳本，最終輸出滿足其需求的理想方案．

3.2 業(yè)務(wù)邏輯層

該層是AutoCons模型的中樞及聯(lián)系各層數(shù)據(jù)處理和傳遞的橋梁，建筑師在界面層發(fā)出的指令信息在該層處理后發(fā)送至下一層的數(shù)據(jù)訪問層；同時，這一層也是通過制定語法規(guī)則對相關(guān)數(shù)據(jù)進行封裝保存和刪除修正的地方，即“黑箱”．語法規(guī)則主要包括圖形與代碼的定義，圖形定義是指借助形狀語法，以二維或三維圖形作為輸入源，定義形式的初始及衍生規(guī)則，通過不同層級的圖形生成，快速輸出設(shè)計結(jié)果；代碼定義是指基于數(shù)理邏輯，利用程序語言對圖形定義中的規(guī)則進行轉(zhuǎn)譯，獲得數(shù)字化軟件可讀取的代碼[10]．具體的操作步驟包括：①利用Rhino-Grasshoper、AutoCAD等軟件插件將語法規(guī)則進行分類與編號；②根據(jù)建筑師的需求數(shù)據(jù)和形狀約束規(guī)則對圖形進行計算和加工，獲得若干二維關(guān)系的衍生模型和規(guī)劃布局結(jié)構(gòu)；③根據(jù)水平和垂直方向衍生的閾值、日照和覆蓋率等進行限制刪減，生成三維關(guān)系的研究對象實例庫和衍生數(shù)據(jù)集；④最終根據(jù)建筑師指令在腳本中進行調(diào)用，將生成結(jié)果反饋至交互界面層，實現(xiàn)可視化方案的輸出．

3.3 數(shù)據(jù)訪問層

該層主要管理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的增添、刪除、修改、查找等操作，一方面將交互界面層提交的建筑師指令和需求數(shù)據(jù)保存，另一方面將業(yè)務(wù)邏輯層請求的語法規(guī)則數(shù)據(jù)返回至業(yè)務(wù)邏輯層．其操作步驟主要包括：①數(shù)據(jù)輸入——由初始數(shù)據(jù)輸入、基地布局文件識別和基地布局初始化三個模塊構(gòu)成；②預(yù)定義——由建立坐標(biāo)體系和預(yù)定義空間衍生數(shù)據(jù)兩個模塊構(gòu)成；③語法規(guī)則——由具體使用功能的空間數(shù)據(jù)構(gòu)成，包括研究對象實例庫及衍生數(shù)據(jù)集；④數(shù)據(jù)輸出——由輸入總體約束、生成模型數(shù)據(jù)和模型數(shù)據(jù)輸出三個模塊構(gòu)成，可輸出dwg、dxf、scr等多種格式的文件，并反饋至交互界面層．

4 岳滋新村的生成設(shè)計

在以上提出的AutoCons模型中，業(yè)務(wù)邏輯層的構(gòu)建是建筑師的主要工作，而其他兩層一般是通過界面設(shè)計師、軟件開發(fā)工程師等開發(fā)．為此，以下內(nèi)容將結(jié)合岳滋新村的生成設(shè)計，重點討論業(yè)務(wù)邏輯層的設(shè)計實現(xiàn)方法，并對其基本流程進行界定．一方面，結(jié)合具體的設(shè)計任務(wù)，制定宅基地布局及核心住宅的語法規(guī)則；基于岳滋村的詳細調(diào)研，剖析傳統(tǒng)住區(qū)中與居民生活、生產(chǎn)等需求密切相關(guān)的自助建造行為及其典型空間特征，結(jié)合居民的個體化需求，為居民參與的定制空間制定語法規(guī)則．為了使以上兩種語法規(guī)則良好銜接，首先應(yīng)對AutoCons模型的基本模數(shù)、規(guī)劃空間、定制空間、約束條件等進行預(yù)定義；而后，為宅基地內(nèi)住宅衍生的可能性制定語法規(guī)則，主要包括規(guī)劃空間中的核心住宅與其定制空間．

4.1 預(yù)定義

4.1.1 基本模數(shù)

根據(jù)住宅建筑設(shè)計的基本原理，選取較為經(jīng)濟的房間面寬尺寸：臥室3.0 m、廚房1.5 m、衛(wèi)生間1.5 m、起居室4.0 m、室內(nèi)樓梯2.0 m等；將1.5 m作為住宅平面的基本模數(shù)，在預(yù)定義的坐標(biāo)體系中對應(yīng)為1個坐標(biāo)單位．

4.1.2 規(guī)劃空間

規(guī)劃空間通過統(tǒng)一建造完成，可保障住區(qū)的空間統(tǒng)一性和功能高效性．其設(shè)計內(nèi)容主要包括宅基地的形態(tài)特征、規(guī)劃總平面、路網(wǎng)系統(tǒng)、水電暖等基礎(chǔ)服務(wù)設(shè)施、經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)等，以及核心住宅的初始設(shè)計及其與宅基地的相對位置關(guān)系．宅基地在東-西向與南-北向進行排列時，其組合數(shù)量分別控制為2、2(或3)；每個宅基地的長邊和短邊應(yīng)分別與另一個宅基地的長邊與短邊重合；組團之間通過4.5 m寬的道路相連．在核心住宅的可能性設(shè)計、宅基地的最適宜比例、定制空間的多階段衍生等研究中，經(jīng)過多輪草圖比較后，確定了以1.5 m為模數(shù)的宅基地網(wǎng)格系統(tǒng)；含有2間臥室、適合三口之家居住的核心住宅形式，其平面比例為4∶4(6∶6 m)，面積為每層36 m2；宅基地的平面比例被確定為7∶10(10.5∶15 m)，其面積是157.5 m2．

4.1.3 定制空間

定制空間通過自助建造完成，可滿足居民的需求異質(zhì)性和建設(shè)參與性．它在構(gòu)造上屬于輕質(zhì)、可變、易于與核心住宅進行連接與拆解，其功能根據(jù)居民入住后可能出現(xiàn)的居住、生產(chǎn)、租住和商業(yè)等需求進行定義．所有的定制空間均要以各自的核心住宅為基準(zhǔn)點，且應(yīng)遵循以下三個原則：充分利用各自的宅基地空間，以確保高效性；通過建筑密度等指標(biāo)對住區(qū)建設(shè)強度進行監(jiān)控，以確保約束性；遵守日照標(biāo)準(zhǔn)等約束條件減少對鄰域的影響，以確保公平性．此外，核心住宅與定制空間在組合時應(yīng)盡可能地按照“L”或“U”形進行布局．

4.1.4 約束條件

核心住宅應(yīng)至少保證有1個居住房間達到大寒日兩小時的日照標(biāo)準(zhǔn)，但僅適用于兩種情況：(1)在確定核心住宅位置時，南側(cè)宅基地的核心住宅不能遮擋北側(cè)核心住宅的南向房間．(2)該核心住宅的定制空間在衍生初期，南側(cè)宅基地的定制空間不能遮擋北側(cè)的核心住宅；這里存在一種特殊情況，如果同一個宅基地內(nèi)的定制空間遮擋了自己的核心住宅，那么其南側(cè)宅基地的定制空間對北側(cè)宅基地的核心住宅的影響可以忽略．

4.2 制定語法規(guī)則

4.2.1 圖形定義

制定語法規(guī)則的首要操作即針對岳滋新村的設(shè)計要求進行圖形定義．按照形狀語法的構(gòu)成四元組，AutoCons模型的語法四元組定義如下：VT是指核心住宅與定制空間的所有衍生形狀，VM是指定制空間衍生時用于標(biāo)記規(guī)則觸發(fā)點的符號，I是指核心住宅在衍生前的初始形狀，R是指各類型空間的具體衍生規(guī)則．大多數(shù)的衍生規(guī)則在應(yīng)用描述時只需要使用“形狀a衍生出形狀b”表示，這類規(guī)則僅對局部性設(shè)計產(chǎn)生影響，它們會在衍生過程中依據(jù)特定狀態(tài)在符號標(biāo)記處被觸發(fā)．核心住宅的定位是制定語法規(guī)則的起點，而隨后出現(xiàn)的定制空間在衍生過程中不斷受到其核心住宅的約束．一旦核心住宅的位置被固定，觸發(fā)點會先根據(jù)定制空間的橫向衍生情況發(fā)生位移；當(dāng)橫向衍生結(jié)束后，觸發(fā)點的位置隨即改變，以激活定制空間的縱向衍生．如圖2所示，R1.1-1.4描述了核心住宅在宅基地內(nèi)的相對位置關(guān)系；R2.1-2.2描述了核心住宅定位后定制空間沿橫向衍生的規(guī)則；R3.1.1-3.2.3描述了定制空間沿縱向衍生的規(guī)則；R4.1-4.5描述了定制空間沿縱向衍生時不與核心住宅連接的規(guī)則．

圖2 AutoCons模型的語法四元組Fig.2 Grammar quadruple of AutoCons model

在AutoCons模型的語法樹形圖中(圖3)，階段1-4綜合表示了核心住宅與定制空間的衍生次序．字母A-D表示定制空間的形態(tài)類型，數(shù)字1-4表示同一種形態(tài)類型的不同布局形式．階段1表示核心住宅在宅基地內(nèi)可能存在的位置關(guān)系；階段2表示定制空間沿橫向衍生的情況，盡可能地延長核心住宅的南向展開立面；階段3表示定制空間沿縱向相鄰衍生的情況；階段4表示定制空間沿縱向分離衍生的情況．通過圖4的三維圖形定義可以清晰表達出核心住宅和定制空間的相互關(guān)系．如圖4(1)所示，核心住宅與宅基地的相對位置關(guān)系被定義為A1、A2、A3、A4四種基本情況：當(dāng)相鄰宅基地組合時，其東(或西)邊界可以重合，而北(或南)邊界若不重合，兩者之間的距離應(yīng)≥2個坐標(biāo)單位(兩者北邊界重合時除外)，即A1模式中僅有前院，而A2、A3、A4模式中可同時有前院和后院．如圖4(2)所示，定制空間向北縱向衍生時可以占滿北側(cè)整個面寬；向南縱向衍生時，為滿足南側(cè)房間采光應(yīng)避免南側(cè)整個面寬被占滿．定制空間基于其與核心住宅的相對位置可分為B、C、D三種情況，根據(jù)其形態(tài)、數(shù)量與位置又可進一步分為更多情況，如圖4(3)～(5)所示，對B、C兩種情況舉例示意．這些情況盡可能地與居民的居住、生產(chǎn)、租住和商業(yè)等需求相匹配．

圖3 AutoCons模型的語法樹形圖Fig.3 The grammar tree of AutoCons model

圖4 AutoCons模型的三維圖形定義Fig.4 3D graph definition of AutoCons model

4.2.2 代碼定義

圖形定義完成后，按照數(shù)理邏輯對其衍生規(guī)則進行轉(zhuǎn)譯．使用Python編碼時應(yīng)用到的相關(guān)函數(shù)主要包括：函數(shù)UnifiedCons(plot,location,area)將使用宅基地、核心住宅的位置及其面積等參數(shù)作為輸入值，模擬階段1和2；函數(shù)SelfCons(plot,constraints)將使用宅基地及建筑密度等參數(shù)作為輸入值，模擬階段3和4；函數(shù)SelfCons(plot,constraints)可進一步分解為Extending(directions)等子函數(shù)，它能夠根據(jù)給定的方向和位置執(zhí)行自助定制，并檢查Consistency(constraints)．根據(jù)AutoCons模型的數(shù)據(jù)訪問層構(gòu)建要求，將代碼定義的實現(xiàn)方式按照以下步驟執(zhí)行：

(1)數(shù)據(jù)輸入：初始數(shù)據(jù)輸入——讀取預(yù)設(shè)的建筑密度及宅基地布局的txt文件路徑參數(shù)；基地布局文件識別——在對參數(shù)有效性驗證后對宅基地布局文件內(nèi)容進行讀取并解析，識別出宅基地的初始坐標(biāo)列表；新村基地布局初始化——進行宅基地對象的初始化．

(2)預(yù)定義的編譯：建立空間坐標(biāo)值——基于宅基地對象文件與基本模數(shù)，定義衍生參照坐標(biāo)體系；生成規(guī)劃空間衍生數(shù)據(jù)——根據(jù)定義的宅基地位置關(guān)系衍生出規(guī)劃空間的對象實例．

(3)語法規(guī)則的編譯：生成核心住宅衍生對象實例；生成定制空間沿橫向衍生的對象實例；生成定制空間沿縱向衍生的對象實例；生成定制空間按分離衍生的對象實例．以上規(guī)則依次執(zhí)行，最終控制整體的定制空間．

(4)數(shù)據(jù)輸出：輸入總體約束——將規(guī)劃空間與定制空間的對象實例列表，根據(jù)輸入的建筑密度參數(shù)進行限制、刪減，保證實際的建筑密度不超標(biāo)；生成模型數(shù)據(jù)——讀取刪減后的兩類空間實例矢量數(shù)據(jù)，依據(jù)AutoCAD軟件支持的數(shù)據(jù)方式對該矢量數(shù)據(jù)進行解析并生成模型，便于在AutoCAD中可視化；模型數(shù)據(jù)輸出——輸出CAD模型腳本scr格式文件．

利用Python根據(jù)上述步驟完成語法規(guī)則的編碼后，獲得AutoCons模型的腳本程序．

4.3 可視化衍生

4.3.1 初步設(shè)計

首先，對宅基地的初始坐標(biāo)(x，y)定義，獲得txt格式的宅基地布局文件；其次，在與AutoCons模型程序“CA-global ratio”同級的目錄下，新建schemes目錄；其三，運行 AutoCons模型程序，在schemes文件夾中得到0.4.scr/0.5.scr/0.6.scr/0.7.scr四個文件，這是基于預(yù)設(shè)的建筑密度生成的規(guī)劃空間及定制空間衍生結(jié)果；其四，在AutoCAD軟件中繼續(xù)加載上一步生成的文件，對衍生結(jié)果進行可視化輸出，并對完善后續(xù)模型進行下一步操作．

4.3.2 深化設(shè)計

將具有二維空間屬性的建筑密度，視為衍生過程中進行階段性控制的關(guān)鍵數(shù)據(jù)．通過修改AutoCons模型腳本程序中的建筑密度參數(shù)，獲得不同建筑密度指標(biāo)下的階段性住區(qū)形態(tài)結(jié)果(圖5)．在初始階段中，從宅基地和核心住宅的衍生結(jié)果中隨機抽取一個，實現(xiàn)核心住宅的規(guī)劃生成，該狀態(tài)的建筑密度為22.9%，容積率0.5，說明其狀態(tài)較為松散；在生長階段中，當(dāng)定制空間集中于核心住宅西(或東)側(cè)時，宅基地的建筑密度和容積率分別上升至37.7%和0.7；而后定制空間隨機發(fā)生，按照之前定義的語法規(guī)則，每一個宅基地中逐漸生成“L”或“U”形的住宅布局，建筑密度達到50%．在飽和狀態(tài)中，建筑密度增至62.4%，居民的基本需求接近于滿足，定制空間的衍生幾乎停止．最后，將隨機生成的結(jié)果導(dǎo)入實際地形，完成住區(qū)的生成設(shè)計．

圖5 單步驟實現(xiàn)的常規(guī)設(shè)計結(jié)果與多步驟實現(xiàn)的生成設(shè)計結(jié)果比較Fig.5 Comparison of the results between the conventional design of single step implementation and the generative design of multi-step implementation

5 結(jié)論

在AutoCons可持續(xù)住區(qū)模型中，探索了基于形狀語法、可耦合統(tǒng)一建造的規(guī)劃空間與自助建造的定制空間的設(shè)計實現(xiàn)方法，建立了由“預(yù)定義—制定語法規(guī)則—可視化衍生”等多步驟組成的設(shè)計流程，結(jié)合章丘岳滋新村的生成設(shè)計，驗證了該模型的專家模型特征，在需求適應(yīng)、持續(xù)更新及階段可控等方面具有一定的優(yōu)勢．主要結(jié)論如下：

(1)從需求適應(yīng)的角度來看，形狀語法既能夠作為一種關(guān)聯(lián)“空間與需求”的生成設(shè)計方法，將需求數(shù)據(jù)與語法規(guī)則匹配，基于圖形的可視化衍生使規(guī)則簡明、易懂，也便于建筑師同時開展規(guī)則驅(qū)動的手動和自動運算，快速生成滿足其需求的理想方案；

(2)從持續(xù)更新的角度來看，AutoCons模型可對語法規(guī)則進行圖形及代碼定義，使建筑師能夠根據(jù)需求補充約束條件與更新語法規(guī)則，通過實時獲取可視化的結(jié)果反饋，不斷地對模型進行調(diào)整和優(yōu)化，提升生成結(jié)果的準(zhǔn)確性；

(3)從階段可控的角度來看，基于“規(guī)則”、由多步驟建立的設(shè)計流程更易于通過建筑密度、容積率等指標(biāo)實現(xiàn)對整體空間形態(tài)衍生過程的分階段控制，其生成設(shè)計結(jié)果具有明顯的“統(tǒng)一性與多樣性”，因此優(yōu)于基于“藍圖”、單步驟實現(xiàn)的常規(guī)設(shè)計結(jié)果．