曹 青，張歡歡，吳 奇

(1.安慶職業(yè)技術(shù)學院 建筑工程學院，安慶 246003；2.華南理工大學 建筑學院，廣州 510641)

建筑學在長期的發(fā)展過程中，和相關(guān)專業(yè)出現(xiàn)了學科交叉并產(chǎn)生了新的研究和設(shè)計方向，而生態(tài)學、建筑學、力學等相關(guān)學科的交叉在生態(tài)建筑理論的產(chǎn)生過程中起到了重要的作用?？枴に固鼓崞澋慕ㄖO(shè)計相關(guān)理論就來源于這些學科之間的交叉關(guān)系[1]。建筑理解的實用主義方法發(fā)展出了多種形式，其中具有代表性的方法為格式塔法，其從整體來考察和理解，而不是從環(huán)境、結(jié)構(gòu)等單因素角度進行研究[2]。建筑生態(tài)系統(tǒng)概念的核心是趨向平衡，而建筑生態(tài)系統(tǒng)從未到達過完全的平衡。為此，建筑整體性設(shè)計框架應(yīng)運而生[3-4]，其主要包括以下方面：① 結(jié)構(gòu)設(shè)計；② 過程設(shè)計；③ 區(qū)位設(shè)計。然而整體性設(shè)計框架體系引起設(shè)計邊界的可變性，弱化了整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，破壞了設(shè)計動態(tài)性、交互性。針對以上問題，文中基于卡爾·斯坦尼茲多解框架理論，通過建筑設(shè)計元素重構(gòu)，建立可變建筑設(shè)計模型，并對模型進行優(yōu)化，以期提高建筑設(shè)計效率，縮短設(shè)計周期。

1 卡爾·斯坦尼茲多解設(shè)計框架

卡爾·斯坦尼茲在未開發(fā)土地區(qū)域的生態(tài)建筑設(shè)計中提出了六個問題，在此基礎(chǔ)上形成了后來的卡爾·斯坦尼茲多解框架理論體系[5-6]。這六個問題描述如下：① 建筑該如何描述；② 建筑是如何運作的；③ 建筑運作是否良好；④ 建筑該如何改變；⑤ 這些變化將會產(chǎn)生哪些后果；⑥ 建筑是否要作改變。針對以上六個問題，建立建筑設(shè)計模型體系。通過采集模型所需數(shù)據(jù)，在空間和時間上對數(shù)據(jù)進行可視化，建立表示模型，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在設(shè)計團隊成員之間的共享。對表示模型進行簡化、校準和測試，通過將表示模型適當?shù)剡B接在一起，得出過程模型。評估過程模型過去和現(xiàn)在的情況，利用模型本身構(gòu)想并傳達評估結(jié)果，建立評估模型。在評估模型中提出或模擬未來的動態(tài)變化，將它們表現(xiàn)出來，構(gòu)建動態(tài)模型，并在可視化的變化過程中與其他設(shè)計者交流。通過過程模型評估，建立影響模型，對影響模型進行可視化并傳達影響結(jié)果，基于動態(tài)模型的影響做出決策。一旦設(shè)計團隊完成了框架問題的三個迭代，就會有三個可能的決策結(jié)果:不；可能；或者是。這是卡爾·斯坦尼茲多解框架理論的核心。

當建筑環(huán)境的任何一部分發(fā)生大的改變，所有其他的部分都會產(chǎn)生相應(yīng)性或補償性的改變[7-8]。由于建筑環(huán)境和設(shè)計要素之間的相互關(guān)系處在動態(tài)變化過程中，且建筑設(shè)計受到城市結(jié)構(gòu)、空間形態(tài)、生態(tài)環(huán)境以及歷史文化保護等條件約束，因此整體性設(shè)計框架體系引起設(shè)計邊界的可變性，進而弱化了整體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。為此，通過調(diào)查區(qū)域建筑視覺形象及各方面的歷史狀況，結(jié)合區(qū)域訴求的表達，修正當前的建筑設(shè)計理念。通過區(qū)域建筑設(shè)計元素重構(gòu)，建立基于多解框架理論的可變建筑設(shè)計模型。為使該模型更具擴展性和過程性，文中對建筑設(shè)計過程中的環(huán)節(jié)、要素以及設(shè)計數(shù)據(jù)進行分析，通過系統(tǒng)性模塊劃分、對象定義、數(shù)據(jù)歸類、設(shè)計方法嵌入等途徑進行最優(yōu)性整體建模。

2 可變建筑設(shè)計模型構(gòu)建及約束

2.1 模型構(gòu)建

將建筑設(shè)計看成由若干個設(shè)計要素組成的多層系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)進行層次劃分，可將最優(yōu)性整體模型分解成預(yù)期模型、參與模型、序列模型、原則模型和中介模型等。

在多解框架理論的基礎(chǔ)上，結(jié)合建筑設(shè)計師的信心和經(jīng)驗可以為建筑設(shè)計提供創(chuàng)新性概念，進行預(yù)期模型構(gòu)建，如圖1所示。這必須假定設(shè)計者有足夠的經(jīng)驗可以借鑒。將功能需求帶回到現(xiàn)有的條件，通過演繹邏輯向前推進，以實現(xiàn)預(yù)先設(shè)想的設(shè)計。Ri(i=1,2,…，n)為需求項。

圖1 預(yù)期模型

在建筑設(shè)計過程中，不同設(shè)計人員對建筑設(shè)計的考慮角度、評價標準和領(lǐng)域知識不盡相同。為充分解決設(shè)計中的沖突以保證建筑設(shè)計過程收斂于客戶需求，根據(jù)設(shè)計數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，建立參與模型，以便滿足設(shè)計各階段對建筑設(shè)計模型的不同需求，如圖2所示。這一模型將個人的建筑靜態(tài)設(shè)計聚合成一個統(tǒng)一的動態(tài)設(shè)計，有效提高了建筑設(shè)計效率，縮短了設(shè)計周期，使差錯減少，時效增強。

圖2 參與模型

在進行建筑設(shè)計時按一定次序做出系列選擇，將這些選擇系統(tǒng)地表達到未來的建筑中，對這一過程建模，可得序列模型，如圖3所示。這種模型從目前狀況開始進行設(shè)計，按照選擇序列進行推理，并使用外展邏輯，因為它可以確定地直接轉(zhuǎn)移到單個指標的需求選項中，根據(jù)選擇序列得到建筑設(shè)計的最優(yōu)表達。

圖3 序列模型

基于規(guī)則的建筑設(shè)計方法，通常被組織成一組計算機算法，但它們也可以表示成可人為設(shè)定的思維步驟，對思維步驟進行建模，可得原則模型，如圖4所示。

圖4 原則模型

圖4中不同顏色箭頭代表不同的要求，假設(shè)設(shè)計團隊有足夠的知識和信心來制定一組用于開發(fā)設(shè)計的正式規(guī)則。這些規(guī)則可以受環(huán)境條件限制，也可以與環(huán)境脆弱度相關(guān)。每個需求的規(guī)則都按設(shè)計決策序列進行組合。

在建筑設(shè)計過程中，設(shè)計師想法和客戶意圖的有效協(xié)調(diào)直接關(guān)系到建筑設(shè)計效率。為減少設(shè)計師和客戶的交流障礙，縮短建筑設(shè)計周期，通過在設(shè)計師和客戶之間引入設(shè)計中介人，以便協(xié)調(diào)設(shè)計師和客戶的思路想法。設(shè)計中介人可以是利益相關(guān)者或決策者。對于每種類型的設(shè)計中介人，通過設(shè)計過程建模建立中介模型。將設(shè)計中介人的數(shù)據(jù)交換發(fā)布規(guī)則嵌入到中介模型中，如圖5所示。圖5中不同顏色箭頭代表不同的要求，不同類型的設(shè)計中介人有著不同的數(shù)據(jù)交換發(fā)布規(guī)則。當不同類型的設(shè)計中介人同時發(fā)布數(shù)據(jù)時，需根據(jù)設(shè)計需求順序進行數(shù)據(jù)更新。中介模型提高了客戶需求和設(shè)計決策之間的交互效率。

圖5 中介模型

2.2 模型約束

當設(shè)計目標或需求的相對重要性接近齊普夫定律時，約束方法是有用的，因此可建立設(shè)計模型的約束，如圖6所示。由于每一需求存在多個選項，決策模型不確定且數(shù)據(jù)符合齊普夫分布，因此對齊普夫概率質(zhì)量函數(shù)的連續(xù)性關(guān)系進行分析，尋求可變參數(shù)下的序列模型和組合模型。

圖6 模型的約束

3 模型優(yōu)化及組合

建筑設(shè)計優(yōu)化方法要求客戶和設(shè)計團隊事先了解每個期望需求的相對重要性及其決策標準，基于決策者的文化知識構(gòu)建優(yōu)化模型，如圖7所示。圖7中不同顏色線條代表不同的要求，優(yōu)化模型反映了決策目標、設(shè)計決策價值以及決策者對這些目標和價值的相對重視程度。這種方法需要在單個度量中識別和比較這些標準，以便能夠聲明設(shè)計達到最優(yōu)。

圖7 優(yōu)化模型

當設(shè)計人員在創(chuàng)建的設(shè)計決策序列中不能確定適當選項時，需求組合模型有效，建立的需求組合模型如圖8所示。這種策略通常用于研究未來的備選方案，在少數(shù)幾個主要目標具有類似的重要性時，繼續(xù)處理不太重要的目標之前必須解決關(guān)鍵需求的組合。

圖8 需求組合模型

在組合模型設(shè)計方法中，幾種不同的建筑設(shè)計模型全部或部分地結(jié)合在一起，建立組合模型，如圖9所示。圖9中不同顏色線條代表不同的要求，組合模型的結(jié)合途徑幾乎是無限的。組合模型可以為新建筑提供概念設(shè)計，在設(shè)計過程中盡可能使用序列模型，并使用中介模型進行模擬。通過持續(xù)對模型進行評估和更新，實現(xiàn)模型的優(yōu)化。

圖9 組合模型

基于卡爾·斯坦尼茲建筑設(shè)計理論建立一種可變化的設(shè)計模型，最重要的考慮因素是設(shè)計中的合作者對決策模型及其相關(guān)假設(shè)和要求的確定或不確定程度。對于預(yù)期模型、參與模型、序列模型和優(yōu)化模型，假定設(shè)計團隊對決策模型及其相關(guān)假設(shè)是確定的；相反，對于組合和約束模型，假定設(shè)計團隊對決策模型及其相關(guān)假設(shè)是不確定的。為此，系統(tǒng)研究假設(shè)和需求之間組件選項是必要的。采用原則模型、優(yōu)化模型和中介模型進行設(shè)計時，假定最終設(shè)計結(jié)果中的不確定性。因此，可變建筑設(shè)計模型經(jīng)常用于測試設(shè)計結(jié)果對不確定性參數(shù)的敏感性或者用于多變量建筑設(shè)計中。

4 結(jié) 論

文中通過區(qū)域建筑視覺形象及歷史狀況調(diào)查，結(jié)合區(qū)域訴求表達，通過建筑設(shè)計環(huán)節(jié)、要素及數(shù)據(jù)的建模，對建筑設(shè)計元素進行重構(gòu)，得到結(jié)論為

1) 文中提出了基于卡爾·斯坦尼茲多解框架理論的可變建筑設(shè)計模型。該模型有效提高了建筑設(shè)計效率，縮短了設(shè)計周期，使設(shè)計差錯減少，設(shè)計時效增強。

2) 可變建筑設(shè)計模型實現(xiàn)了設(shè)計師想法和客戶意圖的有效協(xié)調(diào)，減少了設(shè)計師和客戶的交流障礙，該模型經(jīng)常用于測試設(shè)計結(jié)果對不確定性參數(shù)的敏感性。