數(shù)字模型下的中式建筑設(shè)計(jì)方法

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摘要：為有效設(shè)計(jì)現(xiàn)代中式建筑，以古建中各個(gè)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(kāi)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(jì)藍(lán)本，實(shí)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(jì)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(jī)遇帶來(lái)的改變

以往現(xiàn)代中式建筑在設(shè)計(jì)過(guò)程中，建筑師僅憑借經(jīng)驗(yàn)來(lái)創(chuàng)作，不確定性較強(qiáng)，效率和設(shè)計(jì)的邏輯性較弱，無(wú)法進(jìn)行快速的多種設(shè)計(jì)比對(duì)?，F(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(shí)現(xiàn)的建筑作品。通過(guò)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(jìn)而減少設(shè)計(jì)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(jì)師直觀(guān)高效率地創(chuàng)作。

2基于中式空間層次設(shè)計(jì)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(guó)古建的平面布局簡(jiǎn)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(kāi)間、柱徑入手，便于整體把控建筑設(shè)計(jì)。2.1.1開(kāi)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(jià)值：一方面，對(duì)于單體建筑來(lái)說(shuō)，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(kāi)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(kāi)間作為參數(shù)控制的變量起始值，可以對(duì)建筑全局設(shè)計(jì)進(jìn)行把控。2.1.23個(gè)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(duì)于中式建筑并不有利。對(duì)于參數(shù)平臺(tái)的建筑構(gòu)件的設(shè)計(jì)及組合則要采取相對(duì)科學(xué)的系統(tǒng)?，F(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(guò)渡層次系統(tǒng)3個(gè)層次系統(tǒng)，即對(duì)應(yīng)屋身空間劃分為外空間、過(guò)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(gè)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(gè)框架，在構(gòu)圖理論中屬于“虛”，也即第2個(gè)層次面；至于門(mén)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(gè)面的開(kāi)敞程度決定了室內(nèi)外流通的程度。在參數(shù)平臺(tái)的數(shù)字化建造，則是對(duì)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(jiàn)圖1）。2.1.3傳統(tǒng)建筑模數(shù)關(guān)系式對(duì)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(jì)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(dòng)結(jié)合。《工程做法則例》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(jìn)深向細(xì)部構(gòu)成設(shè)計(jì)的思維，可以作為現(xiàn)在中式范式類(lèi)型學(xué)的轉(zhuǎn)化。我們可以通過(guò)傳統(tǒng)做法的模數(shù)關(guān)系來(lái)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(mǎn)足原始面闊進(jìn)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(jìn)行相對(duì)適應(yīng)的變通（如簡(jiǎn)化和抽象以及去除）（見(jiàn)圖2）。

3層次模式系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

3.1建筑空間體系設(shè)計(jì)

通過(guò)傳統(tǒng)框架體系構(gòu)思，可以將此作為現(xiàn)代中式設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)代材料構(gòu)造語(yǔ)言，用層次模式下的系統(tǒng)框架對(duì)現(xiàn)代中式建筑進(jìn)行設(shè)計(jì)方法更新，幫助設(shè)計(jì)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(jì)（見(jiàn)表1）。

3.2構(gòu)件工作平面確定

以古建構(gòu)件劃分，各類(lèi)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(duì)相應(yīng)工作平面進(jìn)行相同層級(jí)替換，以達(dá)到設(shè)計(jì)和篩選（見(jiàn)圖3，4）。

4基于層次模式的現(xiàn)代中式建筑設(shè)計(jì)

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(shí)對(duì)空間進(jìn)行再構(gòu)（見(jiàn)圖5），從而完成初步的再設(shè)計(jì)?，F(xiàn)代中式建筑回歸原始設(shè)計(jì)意識(shí)，原因是此類(lèi)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(mén)窗類(lèi)的構(gòu)件形成框架式幕墻構(gòu)造。所以，在算法生成后的門(mén)窗設(shè)計(jì)更多是由墻決定的。門(mén)窗的設(shè)計(jì)問(wèn)題大多是基于二維圖案的編輯，如門(mén)窗的格柵二維圖案（見(jiàn)圖6）基本是基于這些形式語(yǔ)法出發(fā)進(jìn)行再構(gòu)。在建立一個(gè)新的中式門(mén)窗類(lèi)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(duì)于現(xiàn)代中式建筑來(lái)說(shuō)，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(mén)窗存在大量假門(mén)假窗和墻面裝飾的鏤空。在設(shè)計(jì)中，可以將其作為創(chuàng)造視域虛實(shí)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(jìn)、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(jí)關(guān)系為窗花—窗洞—墻，在設(shè)置參數(shù)環(huán)節(jié)中，如開(kāi)間為參數(shù)設(shè)為x，完整的嵌套墻面長(zhǎng)度也為x，單窗洞寬度則控制在1/3x內(nèi)，依次類(lèi)推控制下一層級(jí)的數(shù)值大小。對(duì)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(jiàn)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(guó)屋頂特點(diǎn)在于出檐的長(zhǎng)度、裝飾構(gòu)件多和屋面呈曲線(xiàn)，原因在于保護(hù)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(duì)較為靈活。對(duì)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。《周禮·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(xiàn)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(duì)應(yīng)不同空間位置設(shè)立不同坡度的屋頂，從而形成類(lèi)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(xiàn)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(xiàn)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(jiǎn)化，繁則保留正脊、戧脊，垂脊簡(jiǎn)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(gè)層面構(gòu)成，從而形成自?xún)?nèi)而外的“流通空間”，讓室內(nèi)外之間產(chǎn)生柔順的過(guò)渡。在現(xiàn)代中式建筑中，絕大多數(shù)情況下可與圍護(hù)結(jié)構(gòu)一起設(shè)計(jì)，保證整體性。

4.3過(guò)渡層次工作平面構(gòu)建

過(guò)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(guó)建筑的柱頭演變成2類(lèi)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(méi)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(jiǎn)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(jiǎn)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(jì)方式的飛躍（見(jiàn)圖8）。

5結(jié)語(yǔ)

借助這套設(shè)計(jì)邏輯體系，既可根據(jù)對(duì)應(yīng)場(chǎng)地的框架尺度，也可進(jìn)行算法模擬空間，并能形象地將各種可能的建筑類(lèi)型羅列出來(lái)，方便設(shè)計(jì)師盡快選擇最佳組合。在傳統(tǒng)思維的指導(dǎo)下，運(yùn)用理性的數(shù)學(xué)關(guān)系，創(chuàng)造新時(shí)代的現(xiàn)代中式設(shè)計(jì)語(yǔ)法，削弱了傳統(tǒng)建造體系中“經(jīng)驗(yàn)”的不確定性，把設(shè)計(jì)師思考的時(shí)間充分運(yùn)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(huì)忽略參數(shù)化對(duì)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(jì)方法的角度來(lái)說(shuō)，參數(shù)設(shè)計(jì)并不一定會(huì)脫離藝術(shù)創(chuàng)作的一般規(guī)律，正如貝多芬所說(shuō)，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