建筑参数化设计的发展及应用剖析

参数化设计能够很好的适应当前复杂多变的社会设计环境，能够 更好的体现我们所处的这个时代的主要需求和相关技术特征，对社会资源能够进行合理优化，极大提升社会生产效率。建筑设计必然会走向参数化，相信在未来几年的时间里，会有更多的关于参数化设计的作 品和软件出现，建筑师所处的设计环境也会变成参数化的设计时代。

1参数化设计的内容与操作

较传统的建筑设计不同，在进行参数化设计过程中，建筑设计师需 要将建筑视为一个复杂的系统，并针对建筑设计的相关限制因素进行 分析选择，最终确定设计的核心逻辑，即设计的基本思路。待设计师对 基本的设计思路掌握后，需要对参数化关系进行确定，也就是参数建模 过程需要遵循的运算法则。运算法则的生成需要遵循客观性与科学 性，不能通过个人的主观臆想进行选择，为此应通过数字化设计软件， 对建筑设计过程中的限制条件加以分析，比如说建筑功能、造价、结构 等，最终确定参数化关系。与此同时，由于建筑设计师的审美观念不同，在参数化关系确定过程中，同样也需要发挥主观能动性，从而实现 对参数化关系的精确量化。确定参数以及参数化关系后，在接下来的设计过程中，由于几何形态与参数之间存在固定的逻辑关系，为此对设 计各阶段进行修改，均不会影响概念设计结果，为此在细部设计中不会否定整个设计方案。

2项目概况

郴州文化艺术中心是郴州市城市建设投资经营有限责任公司投资 建设的大型城市公建，项目位于湖南省郴州市，北临相山大道，南临郴 县路，东临学院路，西临体育馆路。主要功能是群艺馆、科技馆、音乐 厅、城市规划展览馆、博物馆。笔者作为 C 馆群艺馆、科技馆的建筑专 业负责人和主要设计人之一，有幸参与到本项目工程设计之中。C 馆 总建筑面积16462 平方米，占地面积7785 平方米，地上四层，建筑高度 23. 8m，主要建筑结构形式为钢结构及框架结构体系; 建筑造型创意由 笔者导师，著名建筑设计大师杨瑛精心设计。创意理念为“矿石之 都”。通过空间的解构与重组，塑造了非凡的建筑艺术形象和空间环 境。由于建筑造型较为复杂的不规则形体，因此项目在设计施工全过 程中引入建筑参数化建模，BIM设计体系全程高度参与，Ｒhino、revit 等 空间数字建模软件让设计与施工定位更加精准有效。

3建筑参数化设计的应用研究

3．1 虚拟现实在建筑参数化设计中的应用

( 1) 虚拟现实与3Dtouch 的原理不同导致实现应用的方法也不同， 虚拟现实只需要手部的穿戴设备跟踪手的移动距离; 在一个虚拟的三维空间中进行建模，即空间虚拟模型，通过三维投影设备和三维空间触 觉感应设备有机地结合，采用专门的可以采集手部空间移动、旋转轨迹 的手套，根据空间移动的方向和距离可以得到用户施加的力的大小和 方向以形成应力场，并根据力反馈的方法模拟实际中手部由于各种动 作收到的周围物体的反作用力，使用户能体验到真实的力度感和方向 感，从而提供一个崭新的人机交互界面，产生极强的沉浸感。由于此过 程中人是相当于看到了幻象的三维立体而做出的相应的操作，所以不存在要将力映射在计算机中的模型上的问题;

( 2) 由于是通过物理设备的机械运动造成的触觉上的感知，可以最大程度地模拟出计算机中三维立体图形的各点的弧度，可以给用户最接近于物体本身形状所给予的触感，同时不受触摸屏形状的限制，可以对立体图形做出更多样的 修改，比如拉伸、旋转、拖拽等。

3．2 通过体三维显示技术成像，将 3Dtouch 技术应用于体三维显示球的外壳上

1 体三维显示技术是将立体直接显示在一个球状的壳中，所以在 面积( 图形) 映射中，可以按照上一种方法切分三维立体和球状的屏 幕，也可以利用球面坐标系切分三维立体和球状屏幕，再用函数建立两 个曲面间的联系。为简化映射过程，可以将球内的三维立体的表面通 过中心投影的方式，将三维立体投影在球状外壳触摸屏上，形成一一映 射关系。

2 力的投影，先建立一个统一的空间直角坐标系，触摸屏与三 维立体一样是曲面的，所以应该在每一个跟踪力的方向的点形成独立 的坐标系， x 轴和 y 轴的方向由曲面在该点处对x轴和 y 轴的偏导数决 定， z 轴方向沿曲面在该点处的切平面的法线，正方向指向三维立体外 部和触摸屏外部，这样就形成了两个独立的坐标系统，通过两个独立的 坐标系建立应力场，因为网格划分出来的曲面面积应该是趋近于无穷小的，故可以将力作用于无穷小面积的中心处，通过上一步骤中面积的 映射关系将触摸屏上的力与三维立体上的力的作用位置关联起来。

4建筑参数化设计的发展方向

4．1 非线性建筑参数化设计的发展

相较于国外而言，我国建筑设计领域对参数化设计的应用相对缺 乏，不能将该项设计手段充分运用，普及面有待提高。经过大量的文献 研究，笔者发现国外对建筑设计的关注，更多是将重点放在建造技术与 设计手段创新方面，而中国则将设计重点致力于空间意向，以及设计理 念的创新。由此可见，当前我国的建筑设计师面临一定的尴尬局面，既 要快速适应时代进步，为先进的设计手段找到匹配的建造方式，同时也 要面对复杂的建筑设计环境保持从容，避免出现程式化设计，降低建筑 设计的整体质量。

4．2 建筑参数化设计所利用的技术基础

建筑信息模型表现的是实际的建筑构件，不仅包含了建筑的建筑 的几何数据，还包括建筑工程的大量详细信息，包括建筑开发商、施工 单位，建筑材料，设计信息等。可以看出，建筑信息模型与普通的平面 模型有很大的区别，建筑信息模型更加全面，更加便利，是未来建筑的 发展趋向。所以说建筑信息模型包含的信息应该满足整个建筑生命周 期，模型必须要非常精确，相当多的建筑元素，才能适应所有阶段建筑 需要，通常建筑信息模型系统可以分类两种，一种就是超级复杂的综合 模型，就是从计算机角度分析，共享一个数据库，同时还包含结构分析， 预算模块和能量分析等很多模块。这套系统包含的信息具有全面、多 样的特点，帮助设计师、工程师等工作人员提供全面的资料，因此，这个 高集成系统需要大量的资源信息进行维护，同时，这个系统数据也同样 会存在很多风险。另外一种就是分类模型管理，使用联合数据库进行 合理分析，从设计到施工各个阶段都要有专业人士通过精确模型，然后 把信息通过格式进行相互交换。