易 龍，魏清松，徐齊帆*

（長江大學(xué) 城市建設(shè)學(xué)院，湖北 荊州）

引言

大學(xué)校門作為大學(xué)的門面建筑, 起著表現(xiàn)大學(xué)特點(diǎn)和精神的作用。隨著時代的轉(zhuǎn)變，各所高校對于校門的設(shè)計越來越重視，他們希望設(shè)計的校門在繼承傳統(tǒng)的文化和滿足基本功能的同時，還能用獨(dú)特的造型語言來表達(dá)。因此引入?yún)?shù)化設(shè)計的手段對于解決獨(dú)特的造型方式無疑是一種高效的方式。

參數(shù)化設(shè)計是一種全新的“設(shè)計思維”模式，借助數(shù)學(xué)算法思維，通過調(diào)整初始條件數(shù)值并經(jīng)過計算機(jī)算法得到結(jié)果的操作，使設(shè)計師能夠更加靈活地探索和優(yōu)化設(shè)計方案[1]。參數(shù)化設(shè)計將設(shè)計過程中的形狀、結(jié)構(gòu)、功能等要素轉(zhuǎn)化為參數(shù)，并通過調(diào)整參數(shù)值來生成不同的設(shè)計變體[2]。這種方法可以極大地提高設(shè)計效率，加快設(shè)計迭代的速度，并且能夠進(jìn)行更全面和準(zhǔn)確的設(shè)計分析和評估。此外，參數(shù)化設(shè)計還能夠?qū)崿F(xiàn)與其他數(shù)字化工具和系統(tǒng)的集成，如可視化分析、模擬仿真、數(shù)據(jù)管理等，進(jìn)一步擴(kuò)展了設(shè)計的能力和應(yīng)用范圍。

1 項(xiàng)目概況

近年來，為了改善提高校園環(huán)境品質(zhì)，同時為長江大學(xué)建設(shè)湖北“雙一流”高校奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，長江大學(xué)不斷向南發(fā)展，需要在原有的北門，西一門、西二門、東一門、東二門的基礎(chǔ)上在新建一個長江大學(xué)南門作為主大門。長江大學(xué)東校區(qū)南校門位于湖北荊州市荊州區(qū)荊江大道旁，項(xiàng)目用地面積約14 500 m2。大門主體建筑建設(shè)地位于綜合體育館和長江演藝中心之間，用地長度為69 m，用地總平面如圖1 所示。

圖1 用地總平面

2 設(shè)計構(gòu)思與分析

建筑設(shè)計是一個復(fù)雜的過程,影響因素眾多，考慮到篇幅問題，本文設(shè)計構(gòu)思主要圍繞大學(xué)校門設(shè)計基本要素:功能、形式、交通三個方面內(nèi)容展開。

2.1 功能分析

南校門為長江大學(xué)東校區(qū)校園未來主出入口，將是長江大學(xué)正門，要體現(xiàn)一定的禮儀功能，將要打造建設(shè)成長江大學(xué)標(biāo)志性入口，因此該校門除了設(shè)計滿足人行和車行的通行功能外，還應(yīng)設(shè)計針對值班人員的服務(wù)功能和針對師生以及社會人員的服務(wù)功能。

設(shè)計時有必要給與人性關(guān)懷，為值班人員提供一個舒適方便的值班場所和壞境。對此我們需要設(shè)計值班室、洗衛(wèi)室、居住空間以及用來存放值班人員經(jīng)常用到的工作服裝、對講機(jī)、防衛(wèi)用品等的存儲室。同時為解決校外人員來訪或者咨詢，我們應(yīng)設(shè)計傳達(dá)咨詢室和接待室。除此之外，南校門還應(yīng)設(shè)計建設(shè)開放式入口廣場、文化墻、長江大學(xué)文字標(biāo)識等配套功能內(nèi)容。

2.2 形式分析

校門的形式多種多樣，從形態(tài)角度可分為對稱型校門和非對稱型校門，從風(fēng)格角度可分為古典型校門和現(xiàn)代型校門，而長江大學(xué)東校區(qū)南門兩側(cè)的建筑分別為體育中心和藝術(shù)中心，目前兩個中心正處于規(guī)劃設(shè)計階段，校門設(shè)計需協(xié)調(diào)考慮兩側(cè)的建筑。對稱型正好可以實(shí)現(xiàn)校門與兩側(cè)的建筑物自然地融為一體，同時在立面上形成對稱布局，有利于行人、車輛的順暢穿行。另外，對稱式的校門，也比較容易和校園內(nèi)的建筑形成均衡穩(wěn)定的對景效果[3]。

2.3 交通分析

據(jù)長江大學(xué)官方數(shù)據(jù)公布：長江大學(xué)現(xiàn)有教職工3 196 人，全日制普通本專科生32 777 人，全日制博士、碩士研究生5 325 人，來華留學(xué)生800 余人?？梢婇L江大學(xué)日常人流與車流量非常大，尤其在開學(xué)季人流和車流處于高峰期。同時長江大學(xué)南大門將打造成學(xué)校主門，其尺度設(shè)計時應(yīng)該彰顯其主門地位。當(dāng)然還需要考慮對城市開放和校園封閉管理的多重需求，合理組織人行流線、禮儀車流的管理。綜上長江大學(xué)南大門宜設(shè)計成最大尺度即四車道人車分行。其具體尺寸可以參照圖2 所示參數(shù)，其實(shí)際尺度還需綜合考慮現(xiàn)實(shí)當(dāng)中人流和車流的通行方式。

圖2 校門尺度參考數(shù)值

3 grasshopper 參數(shù)化設(shè)計應(yīng)用

長江大學(xué)東校區(qū)南大門設(shè)計是基于grasshopper參數(shù)化設(shè)計技術(shù)手段實(shí)現(xiàn)的成果，通過設(shè)計分析，大門主體（不含門房，文化墻等）長30.3 m，寬6.3 m，高8.85 m，如圖3 所示。其形狀“一波三折”如水波濤濤,隔岸與長江之水相望呈融合之勢，同時融合荊楚文化鳳凰流線，校門呈對稱協(xié)調(diào)，是謙和包容的姿態(tài)，其雕刻融入了泰森多邊形既可以使整體形象和諧統(tǒng)一，與周邊建筑融為一體，又體現(xiàn)嚴(yán)謹(jǐn)理性。整體結(jié)構(gòu)上下形成落差，視覺上給人恢弘大氣，也增強(qiáng)了校門的辨識度。大門設(shè)計效果如圖4 所示。其旁設(shè)文化墻，作展示校史榮譽(yù)，學(xué)校理念的文化陣地，使學(xué)生體驗(yàn)一步一篇章，一目一境界。

圖3 大門主體設(shè)計

圖4 大門效果

3.1 大門立面設(shè)計

在學(xué)校南大門的設(shè)計中，大門立面就采用參數(shù)化軟件Grasshopper 的介入，在仔細(xì)研讀了任務(wù)書之后，了解到長江大學(xué)南大門將被打造成為一個具有標(biāo)志性的正門，基于這個定位我就考慮用泰森多邊形的不規(guī)則形態(tài)來提高大門的辨識度。根據(jù)設(shè)計立面曲面確定范圍，利用grasshopper 在這個曲面上創(chuàng)建一組點(diǎn)集，將這些點(diǎn)用作泰森多邊形的中心點(diǎn)，使用surface voronoi 電池將點(diǎn)集輸入生成泰森多邊形曲面[4]，如圖5 所示。通過點(diǎn)的數(shù)值參數(shù)來控制泰森多邊形的數(shù)量以及seed 參數(shù)來改變泰森的形狀。為了得到我需要的形狀和大小，通過調(diào)整參數(shù)的方式，不斷地進(jìn)行細(xì)節(jié)修改，從而發(fā)揮計算機(jī)的高效計算能力，多種限制合并使用，在很短的時間內(nèi)提供了十幾個參數(shù)化泰森曲面。經(jīng)過反復(fù)對比最終確認(rèn)了自己想要的泰森立面形式。這種方式大幅提升了立面設(shè)計的效率。

圖5 泰森多邊形構(gòu)建

3.2 屋頂造型設(shè)計

校門屋頂作為大門的第五立面是校門設(shè)計的重要組成部分。不僅要展現(xiàn)荊州特有的楚文化和與長江相對的呼應(yīng)，還要保證屋頂形式與周邊環(huán)境和諧、統(tǒng)一、有序，符合普遍的審美感受。本次設(shè)計突出長江的水文化和荊楚鳳凰文化，采用連續(xù)起伏波浪的造型，整個屋頂由三片波浪形體塊組成，左右兩邊是兩個對稱起伏的s 型，中間是一個向上凸起的波浪形。中間形體與兩端接洽處重疊部分且這部分曲面互相平行。通過構(gòu)建sin 函數(shù)和cos 函數(shù)曲線生成曲面，不斷調(diào)整中間凸起面的曲率和兩端s 形的曲面曲率來選擇其中一種我們想要的起伏形狀，同時設(shè)置約束條件使用遺傳算法來優(yōu)化屋頂曲面的形態(tài)，在給予曲面一定厚度就可以得到我們想要的屋頂造型，如圖6 所示?？此坪唵挝⒆兊男误w，用數(shù)學(xué)關(guān)系描述起來也很清晰明了，運(yùn)用傳統(tǒng)的設(shè)計手法則很難實(shí)現(xiàn)，正因?yàn)閰?shù)化數(shù)學(xué)函數(shù)的概念關(guān)系才方便快捷地調(diào)出我們想要的建筑形式[5]。這種參數(shù)化的新形式給人以耳目一新的感覺，起到新穎醒目的作用。同時這種柔和的曲線給人以溫柔的感覺，使人身心愉悅，從而提升大門的辨識度。

圖6 屋頂造型

3.3 文化墻設(shè)計

校門是大學(xué)的主要入口，它扮演著迎接來訪者和校園成員的角色。文化墻作為校門旁的裝飾元素，不僅為校門提供了獨(dú)特的外觀和特色，幫助校門在視覺上脫穎而出。還可以傳達(dá)學(xué)校文化和賦予校門和整個校園一個藝術(shù)氛圍。設(shè)計師在設(shè)計時，應(yīng)注意校門周圍的空間和環(huán)境條件，讓文化墻與校門相協(xié)調(diào)。多思考如何展示長江大學(xué)校訓(xùn)“長大長新”以及荊楚文化，比如：材料、空間、非線性等。與此同時，文化墻的設(shè)計應(yīng)考慮到安全性和可訪問性，確保整個文化墻墻面無鋒利的棱角出現(xiàn)。在本次設(shè)計中，采用磚塊作為文化墻的材料，磚石材料不僅可以體現(xiàn)荊州這座古城的底蘊(yùn)，還可以體現(xiàn)長江大學(xué)校訓(xùn)長久之意。為了展現(xiàn)文化墻藝術(shù)氛圍和趣味性，整個文化墻設(shè)計成疏密變化的磚墻形式來增強(qiáng)光影美感以及吸引人群的停留。同時整個墻面成連續(xù)非線性的曲面，如圖7 所示，可有效減少學(xué)生在與之接觸的危險性。

圖7 文化磚墻

數(shù)字建筑包含了建筑全過程數(shù)字化并通過新設(shè)計、新建造，形成數(shù)字建筑平臺生態(tài)新體系，重新構(gòu)建建筑業(yè)的生產(chǎn)體系[6]。參數(shù)化設(shè)計充分體現(xiàn)了數(shù)字建筑的特點(diǎn)，設(shè)計非線性連續(xù)文化磚墻時采用了異于常規(guī)的設(shè)計手法，首先畫一條非線性的基準(zhǔn)曲線，將這條線延z 軸偏移距離，接著通過曲線放樣成面，然后確定磚塊的高度，通過高度尺寸來提取曲面u 方向的結(jié)構(gòu)線數(shù)量。在根據(jù)磚塊的長度將結(jié)構(gòu)線進(jìn)行劃分，需要注意的是奇數(shù)行的磚與偶數(shù)行是錯開搭接的。這個時候通過分段曲線放樣就可以得到無縫的磚墻。接著用動力學(xué)插件kangaroo 來實(shí)現(xiàn)通過不同力的大小來控制間隔的距離，最后不斷調(diào)整參數(shù)就可以得到我們想要的效果。

4 結(jié)論

本文以長江大學(xué)南大門設(shè)計為例，研究了參數(shù)化設(shè)計手段對于大門立面、屋頂以及文化墻設(shè)計的作用，結(jié)果表明基于grasshopper 的參數(shù)化設(shè)計確實(shí)是一種靈活、高效和創(chuàng)新的設(shè)計方式，相較于傳統(tǒng)的設(shè)計手段它可以大大提升建筑設(shè)計的效率和創(chuàng)新能力。但它對于設(shè)計師只是一個工具，核心的設(shè)計思維方式還是由設(shè)計師主導(dǎo)[7]。隨著建筑技術(shù)的高速發(fā)展，建筑參數(shù)化設(shè)計必將是大的趨勢。期望本文以長江大學(xué)南大門設(shè)計為例對于參數(shù)化在建筑設(shè)計方面的應(yīng)用研究能為日后的研究者提供一定的參考。