數(shù)字模型下的中式建筑設(shè)計方法

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摘要：為有效設(shè)計現(xiàn)代中式建筑，以古建中各個建筑構(gòu)件的內(nèi)在關(guān)聯(lián)為基礎(chǔ)，找出其內(nèi)在原建構(gòu)的規(guī)律性及各構(gòu)件之間的參數(shù)關(guān)系，再選取參數(shù)，以開間、柱徑和柱的空間層次劃分為參數(shù)控制，生成整體的建筑空間層次體系設(shè)計藍(lán)本，實現(xiàn)現(xiàn)代中式建筑參數(shù)化，生成參數(shù)關(guān)聯(lián)修改結(jié)構(gòu)化的三維設(shè)計方法研究。

關(guān)鍵詞：建筑空間；層次體系；參數(shù)關(guān)聯(lián)；現(xiàn)代中式建筑

1現(xiàn)代中式創(chuàng)作與參數(shù)化機遇帶來的改變

以往現(xiàn)代中式建筑在設(shè)計過程中，建筑師僅憑借經(jīng)驗來創(chuàng)作，不確定性較強，效率和設(shè)計的邏輯性較弱，無法進行快速的多種設(shè)計比對。現(xiàn)有的參數(shù)化建模軟件（Revit、Grasshopper、ArchiCAD等）可以模擬人的邏輯思維和古建構(gòu)成規(guī)律關(guān)系，設(shè)定元素間的關(guān)系，以現(xiàn)有構(gòu)造技術(shù)為基礎(chǔ)，施行以自由的方式采用多元化構(gòu)件參數(shù)，幫助建筑師將靈感創(chuàng)意轉(zhuǎn)化為可實現(xiàn)的建筑作品。通過編輯、刪除和重構(gòu)的變化，更快更體系化創(chuàng)建新的中式韻味的建筑，進而減少設(shè)計周期。改變不同結(jié)構(gòu)的相關(guān)參數(shù)可生成不同的模型，便于設(shè)計師直觀高效率地創(chuàng)作。

2基于中式空間層次設(shè)計邏輯關(guān)系的參數(shù)系統(tǒng)構(gòu)思

2.1基本參數(shù)設(shè)定

中國古建的平面布局簡明而有規(guī)律性，建筑單體大多為柱網(wǎng)結(jié)構(gòu)劃分空間，所以基本參數(shù)可以從開間、柱徑入手，便于整體把控建筑設(shè)計。2.1.1開間控制的意義傳統(tǒng)木構(gòu)建筑以“間”為模數(shù)有兩方面價值：一方面，對于單體建筑來說，如果確定基地的大小，再結(jié)合基地其他條件選擇合適的開間，按照清朝工部《工程做法則例》木割體系就能推演出其余構(gòu)件；另一方面，以開間作為參數(shù)控制的變量起始值，可以對建筑全局設(shè)計進行把控。2.1.23個空間層次現(xiàn)代新中式建筑的構(gòu)成框架主要是基于中式構(gòu)架型制，絕大多數(shù)參數(shù)化系統(tǒng)是基于西方建筑形制系統(tǒng)出發(fā)的，所以在構(gòu)成建筑手法上對于中式建筑并不有利。對于參數(shù)平臺的建筑構(gòu)件的設(shè)計及組合則要采取相對科學(xué)的系統(tǒng)。現(xiàn)代中式建筑系統(tǒng)中主要系統(tǒng)歸納為外層次系統(tǒng)、內(nèi)層次系統(tǒng)、過渡層次系統(tǒng)3個層次系統(tǒng)，即對應(yīng)屋身空間劃分為外空間、過渡空間、內(nèi)空間。中式傳統(tǒng)建筑房屋空間由屋身結(jié)構(gòu)約束決定。中式古建的屋身在正常情況下，檐口與基座外向面為空，這便是由外向內(nèi)的第1個層次面；檐柱、額枋、雀替、斗栱的構(gòu)架則收在里面，整體形成一個框架，在構(gòu)圖理論中屬于“虛”，也即第2個層次面；至于門窗圖案已經(jīng)后退到第3層次面上，介于室內(nèi)外交互的位置，這個面的開敞程度決定了室內(nèi)外流通的程度。在參數(shù)平臺的數(shù)字化建造，則是對中式建筑建構(gòu)層次的再梳理，合理利用參數(shù)控制和形式，達(dá)到中式建筑邏輯精髓的再創(chuàng)造（見圖1）。2.1.3傳統(tǒng)建筑模數(shù)關(guān)系式對于整體框架下現(xiàn)代中式建筑的探索，需要完整的理論設(shè)計體系支撐，并與參數(shù)系統(tǒng)中變量及其數(shù)學(xué)關(guān)系式驅(qū)動結(jié)合?！豆こ套龇▌t例》確定的木割法數(shù)學(xué)關(guān)系表，其內(nèi)容表示了傳統(tǒng)中式建筑建造思維中由面闊進深向細(xì)部構(gòu)成設(shè)計的思維，可以作為現(xiàn)在中式范式類型學(xué)的轉(zhuǎn)化。我們可以通過傳統(tǒng)做法的模數(shù)關(guān)系來作為現(xiàn)代中式建筑空間到形制構(gòu)件的參照?；趥鹘y(tǒng)建筑原理建造的現(xiàn)代中式建筑既需滿足原始面闊進深與建筑構(gòu)件的模數(shù)關(guān)系，又要符合現(xiàn)代建造技巧的構(gòu)件處理，并進行相對適應(yīng)的變通（如簡化和抽象以及去除）（見圖2）。

3層次模式系統(tǒng)框架設(shè)計

3.1建筑空間體系設(shè)計

通過傳統(tǒng)框架體系構(gòu)思，可以將此作為現(xiàn)代中式設(shè)計的出發(fā)點，結(jié)合現(xiàn)代材料構(gòu)造語言，用層次模式下的系統(tǒng)框架對現(xiàn)代中式建筑進行設(shè)計方法更新，幫助設(shè)計師在原始邏輯框架下，用參數(shù)化的方法更好地組合設(shè)計（見表1）。

3.2構(gòu)件工作平面確定

以古建構(gòu)件劃分，各類構(gòu)件的位置是轉(zhuǎn)化為現(xiàn)代中式建筑的參照藍(lán)本，不同的構(gòu)件是基于原型建筑設(shè)定的。在現(xiàn)代中式建筑的構(gòu)成中，工作軸的劃分是基于其所在的層次體系。工作平面則由工作軸延展，各體系構(gòu)件可以對相應(yīng)工作平面進行相同層級替換，以達(dá)到設(shè)計和篩選（見圖3，4）。

4基于層次模式的現(xiàn)代中式建筑設(shè)計

4.1內(nèi)層次構(gòu)件工作平面構(gòu)建

墻的系統(tǒng)是現(xiàn)代中式建筑的核心關(guān)鍵，它既承載了現(xiàn)代中式建筑主體內(nèi)外的結(jié)構(gòu)，也是空間劃分的界限。根據(jù)空間的劃分，用墻體的虛實對空間進行再構(gòu)（見圖5），從而完成初步的再設(shè)計。現(xiàn)代中式建筑回歸原始設(shè)計意識，原因是此類圖案便于現(xiàn)代施工。中式建筑由于建筑整體的框架結(jié)構(gòu)體系，門窗類的構(gòu)件形成框架式幕墻構(gòu)造。所以，在算法生成后的門窗設(shè)計更多是由墻決定的。門窗的設(shè)計問題大多是基于二維圖案的編輯，如門窗的格柵二維圖案（見圖6）基本是基于這些形式語法出發(fā)進行再構(gòu)。在建立一個新的中式門窗類別中，首先要根據(jù)意向確定洞口位置，根據(jù)建筑模數(shù)確定其大小。對于現(xiàn)代中式建筑來說，建筑的構(gòu)成方式邏輯相較于西方建筑構(gòu)成思維有所區(qū)別，如中式建筑的門窗存在大量假門假窗和墻面裝飾的鏤空。在設(shè)計中，可以將其作為創(chuàng)造視域虛實的手法布置在墻面，作為內(nèi)外空間的關(guān)聯(lián)。具體手法有匡裁、仰止、透漏、下察、洞察、遞進、分眼、斜刺、磨角、間夾、透視、閃差、留夾等。建筑內(nèi)層次的參數(shù)層級關(guān)系為窗花—窗洞—墻，在設(shè)置參數(shù)環(huán)節(jié)中，如開間為參數(shù)設(shè)為x，完整的嵌套墻面長度也為x，單窗洞寬度則控制在1/3x內(nèi)，依次類推控制下一層級的數(shù)值大小。對于窗洞花等構(gòu)件，根據(jù)控制變量公式做出相應(yīng)的改變，達(dá)到全局參數(shù)化（見圖7）。

4.2外層次工作平面構(gòu)建

原屋頂構(gòu)件系統(tǒng)主要由建筑頂部構(gòu)件和屋檐構(gòu)件構(gòu)成。中國屋頂特點在于出檐的長度、裝飾構(gòu)件多和屋面呈曲線，原因在于保護木構(gòu)架的屋身以及追求較大的體量和更多的變化?，F(xiàn)代中式建筑的體量布置相對較為靈活。對應(yīng)的屋頂?shù)男问匠尸F(xiàn)為非矩形的平面，自然引起屋頂體形的豐富變化?！吨芏Y·東官考工記》中就有“葺屋三分，瓦屋四分”（草屋頂高跨比為1∶3，瓦屋面高跨比為1∶4）?，F(xiàn)代中式屋頂可保留原中式舉折之法，但與之不同的是，傳統(tǒng)中式建筑采取“舉折屋舍分?jǐn)?shù)第四”的屋面曲線方法，而現(xiàn)代中式為結(jié)合施工技術(shù)和構(gòu)造做法，可在對應(yīng)不同空間位置設(shè)立不同坡度的屋頂，從而形成類似舉折的折現(xiàn)屋面結(jié)構(gòu)，且主要由屋頂裝飾系統(tǒng)和屋檐裝飾系統(tǒng)組成。4.2.1屋頂?shù)难b飾系統(tǒng)屋頂?shù)难b飾構(gòu)件分為屋檐邊線的裝飾構(gòu)件和屋面裝飾構(gòu)件，屋面裝飾構(gòu)件即瓦與瓦頭，而屋檐邊線裝飾系統(tǒng)主要是“翹起”和“屋脊”。傳統(tǒng)中式建筑中屋脊主要分為正脊、戧脊、垂脊。在現(xiàn)代中式建筑中，建筑屋頂形式簡化，繁則保留正脊、戧脊，垂脊簡化為更為輕巧的“翹起”。4.2.2屋檐裝飾系統(tǒng)屋檐構(gòu)件系統(tǒng)主要由屋檐頂部和屋檐下部構(gòu)件系統(tǒng)組合而成。檐廊使屋身立面由多個層面構(gòu)成，從而形成自內(nèi)而外的“流通空間”，讓室內(nèi)外之間產(chǎn)生柔順的過渡。在現(xiàn)代中式建筑中，絕大多數(shù)情況下可與圍護結(jié)構(gòu)一起設(shè)計，保證整體性。

4.3過渡層次工作平面構(gòu)建

過渡層次在內(nèi)外層次之間，起到中式建筑由內(nèi)至外的轉(zhuǎn)接作用，如柱頭輔助構(gòu)件及閣樓扶手、欄桿、隔斷。我國建筑的柱頭演變成2類構(gòu)件：斗拱和雀替。西方古典建筑的柱頭雖然曾經(jīng)千變?nèi)f化，但最終柱頭還是柱頭，并沒有發(fā)生質(zhì)的變化。在中式建筑后期，斗拱的結(jié)構(gòu)作用被大大削弱。在現(xiàn)代中式建筑中可將其抽象簡化，而作為屋檐柱周的雀替則予以保留作為橫方向的承重。閣樓扶手、欄桿、隔斷等部位為美人靠等裝飾性構(gòu)件，美人靠整體由座椅、橫條、豎條、靠背組合而成，可作為輔助性裝飾簡化或消隱。

4.4建筑生成

建筑最終的生成是由建筑各層次之間的組合關(guān)聯(lián)而成，建筑師可在參數(shù)系統(tǒng)根據(jù)自己的需求設(shè)置關(guān)聯(lián)參數(shù)從而達(dá)到多種組合的效果，完成設(shè)計方式的飛躍（見圖8）。

5結(jié)語

借助這套設(shè)計邏輯體系，既可根據(jù)對應(yīng)場地的框架尺度，也可進行算法模擬空間，并能形象地將各種可能的建筑類型羅列出來，方便設(shè)計師盡快選擇最佳組合。在傳統(tǒng)思維的指導(dǎo)下，運用理性的數(shù)學(xué)關(guān)系，創(chuàng)造新時代的現(xiàn)代中式設(shè)計語法，削弱了傳統(tǒng)建造體系中“經(jīng)驗”的不確定性，把設(shè)計師思考的時間充分運用在創(chuàng)造真正的中式精神空間。參數(shù)理論下的傳統(tǒng)中式建筑都是由原邏輯建構(gòu)的模型而生成的，大家往往會忽略參數(shù)化對于中式建筑的模擬和再創(chuàng)造。選擇參照的范本，篩選結(jié)果，得出答案，從設(shè)計方法的角度來說，參數(shù)設(shè)計并不一定會脫離藝術(shù)創(chuàng)作的一般規(guī)律，正如貝多芬所說，選擇比創(chuàng)造更重要。

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作者：霍安 單位：廣州大學(xué)建筑與城市規(guī)劃學(xué)院