秦超

深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司 廣東 深圳 518000

1 序

2016年9月，《國(guó)務(wù)院辦公廳關(guān)于大力發(fā)展裝配式建筑的指導(dǎo)意見(jiàn)》印發(fā)實(shí)施以來(lái)，以裝配式建筑為代表的新型建筑工業(yè)化快速推進(jìn)，以深圳為例，“十三五”期間裝配式建筑占新建建筑比例由5%提升至38%。

大面積裝配式建筑的實(shí)施，明顯提高建造水平和建筑品質(zhì)的同時(shí)，成本方面居高不下，各類(lèi)工業(yè)化體系成本增量較高，不同體系間成本差異性大。工業(yè)化體系平均成本較傳統(tǒng)現(xiàn)澆體系增加200～500元/m2[1]。設(shè)計(jì)階段會(huì)采取提高標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)程度，減少構(gòu)件類(lèi)型，簡(jiǎn)化構(gòu)件造型等措施控制增量成本，由此帶來(lái)了建筑表情單一的問(wèn)題。

設(shè)計(jì)師在意識(shí)到這個(gè)問(wèn)題時(shí)，往往會(huì)進(jìn)行‘少規(guī)格，多組合’的嘗試來(lái)豐富建筑造型，既要體現(xiàn)工廠化生產(chǎn)和裝配式施工的典型特征，也要在堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)多樣化，避免“ 千篇一律”“千樓一面”[2]。而依托于設(shè)計(jì)感覺(jué)加入的變量，通常因變量因素不夠飽和，無(wú)法對(duì)建筑表皮帶來(lái)質(zhì)的變化。

本文結(jié)合近年工程實(shí)踐，嘗試通過(guò)計(jì)算機(jī)數(shù)字化編程設(shè)計(jì)，在變量與預(yù)制構(gòu)件之間建立聯(lián)系，形成衍生關(guān)系，進(jìn)而映射到整體建筑表皮系統(tǒng)，形成個(gè)性化，多樣化的表現(xiàn)形式，同時(shí)可以導(dǎo)入建筑場(chǎng)地綠色建筑影響變量，形成具有綠色建筑功能的可持續(xù)性，地域性的建筑表皮系統(tǒng)。

2 設(shè)計(jì)流程

建筑表皮數(shù)字化編程設(shè)計(jì)，需要依托于計(jì)算機(jī)數(shù)字化編程軟件，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)有多種，下面以基于rhnio平臺(tái)grasshopper軟件為例，將設(shè)計(jì)流程概況為以下幾個(gè)步驟：

第一，根據(jù)建筑規(guī)模，自身設(shè)計(jì)特點(diǎn)，進(jìn)行體塊穿插分解，避免單一體塊帶來(lái)的尺度問(wèn)題及形式單調(diào)問(wèn)題。第二，對(duì)每個(gè)體塊的表皮進(jìn)行劃分，劃分尺度考慮該體塊的具體建筑功能，以及擬采用的變化形式，還要考慮劃分后單個(gè)模塊的尺寸是否滿足生產(chǎn)，運(yùn)輸，吊裝要求，該輸入量為變量，后期可根據(jù)變化形式的表現(xiàn)力進(jìn)行調(diào)節(jié)。第三，對(duì)各子單元表皮輸入表現(xiàn)形式的變量，根據(jù)設(shè)計(jì)概念，可選擇縮放，旋轉(zhuǎn)，切割，起伏等不同的表現(xiàn)形式，影響變量可植入地域性參數(shù)，反哺設(shè)計(jì)理念。第四，調(diào)節(jié)影響表現(xiàn)形式的各變量參數(shù)，達(dá)到設(shè)計(jì)效果后，將各子單元表皮分解為多個(gè)構(gòu)件，分解需考慮預(yù)制構(gòu)件的生產(chǎn)，運(yùn)輸，安裝等因素。第五，對(duì)分解產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)構(gòu)件進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少構(gòu)件的類(lèi)型，模數(shù)化構(gòu)件的尺寸，調(diào)節(jié)后構(gòu)件歸納總結(jié)為極少數(shù)量的標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化構(gòu)件。第六，對(duì)構(gòu)件進(jìn)行深化設(shè)計(jì)，加入防水節(jié)點(diǎn)做法，結(jié)構(gòu)配筋，進(jìn)行工況驗(yàn)算。第七，分解后構(gòu)件自帶數(shù)字化信息，與工廠無(wú)縫對(duì)接，進(jìn)行數(shù)字化下單。

現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)對(duì)安裝作業(yè)面進(jìn)行逆向三維數(shù)據(jù)采集，即模型重構(gòu)，將構(gòu)件數(shù)字化信息導(dǎo)入到重構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建造。

圖1 裝配式建筑表皮數(shù)字化編程設(shè)計(jì)流程（作者自繪）

3 項(xiàng)目實(shí)踐

以某項(xiàng)目實(shí)踐為例，解析前序各步驟的實(shí)際應(yīng)用：

項(xiàng)目位于無(wú)錫市新吳區(qū)，當(dāng)?shù)赜醒b配式建筑實(shí)施要求。建筑功能定位為區(qū)域標(biāo)桿商業(yè)綜合體，單體建筑規(guī)模達(dá)8萬(wàn)m2，運(yùn)營(yíng)方為國(guó)內(nèi)一線開(kāi)發(fā)商，具有成熟系統(tǒng)的商業(yè)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)邊界約束性強(qiáng)，同時(shí)要求功能創(chuàng)新，并體現(xiàn)當(dāng)?shù)匚幕攸c(diǎn)。

基于以上設(shè)計(jì)條件，首先結(jié)合建筑平面，將建筑進(jìn)行體塊穿插，分解為多個(gè)子體塊。

根據(jù)實(shí)際使用功能，確定各體塊表皮形式，首層商鋪及主要出入口處為玻璃幕墻，主要形象展示面考慮植入地域性變量，通過(guò)挖掘當(dāng)?shù)匚拿}，確定運(yùn)河文化設(shè)計(jì)主線，以運(yùn)河文化在表皮中的體現(xiàn)來(lái)呼應(yīng)建筑的地域性特征。

將展示面體塊進(jìn)行表皮劃分，劃分出的每個(gè)模塊中間形成空心圓，導(dǎo)入‘運(yùn)河走勢(shì)’，計(jì)算每個(gè)模塊中空心圓圓心與‘運(yùn)河’最短距離值，該值映射到每個(gè)模塊空心圓縮放的變量因子，鎖定變量因子區(qū)間，調(diào)整參數(shù)確定表皮形態(tài)，造型已體現(xiàn)出運(yùn)河走勢(shì)。

圖2 表皮模塊劃分（作者自繪）

圖3 建立干擾項(xiàng)與表皮模塊聯(lián)系（作者自繪）

圖4 映射變量到表皮模塊（作者自繪）

圖5 標(biāo)準(zhǔn)化預(yù)制構(gòu)件模塊（作者自繪）

此時(shí)每個(gè)模塊變量為隨機(jī)數(shù)，分解后，共有3500種模塊，無(wú)法進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)安裝，需對(duì)模塊進(jìn)行篩選。擬采用5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊，實(shí)現(xiàn)上序效果，即將3500種模塊簡(jiǎn)化為5種。

確定5個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模塊模數(shù)化尺寸，將原3500種模塊劃分為5個(gè)區(qū)間范圍，每個(gè)區(qū)間范圍內(nèi)對(duì)應(yīng)的值與標(biāo)準(zhǔn)模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)，并替換進(jìn)模型，此時(shí)進(jìn)行分解后，只有5種模塊，即可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)理念的呈現(xiàn)。

圖6 標(biāo)準(zhǔn)化優(yōu)化過(guò)程與結(jié)果（作者自繪）

分解后的各個(gè)構(gòu)件自帶數(shù)字化信息，可與工廠無(wú)縫對(duì)接，進(jìn)行數(shù)字化下單，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)對(duì)安裝作業(yè)面進(jìn)行逆向三維數(shù)據(jù)采集即模型重構(gòu)，將構(gòu)件數(shù)字化信息導(dǎo)入到重構(gòu)模型，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化建造。

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)數(shù)字化編程設(shè)計(jì)，在變量與預(yù)制構(gòu)件之間建立聯(lián)系，形成衍生關(guān)系，進(jìn)而映射到整體建筑表皮系統(tǒng)，形成個(gè)性化，多樣化的表現(xiàn)形式。同時(shí)可以嘗試導(dǎo)入綠色建筑影響變量，形成具有綠色建筑功能的可持續(xù)性，地域性的建筑表皮系統(tǒng)。預(yù)留數(shù)字化接口，對(duì)接工廠生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)施工，實(shí)現(xiàn)常規(guī)現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)無(wú)法達(dá)到的建筑表現(xiàn)力與建筑品質(zhì)，改變裝配式建筑趨同化，單一化的認(rèn)知。