Parametric design

全球化经济是当代真实的准则,将所有的东西都变成了商品,所有的地方都变成了市场。过度的媒体文化缩小了天真的或是独特的发明的可能性,吸收了所有的不同和例外。所有的优势都已经被占有过,所有的事情也都被做过,想过,或是规划过。

建筑也是如此。大多数的建筑机会被层层的建筑规范,区域规划,工业准则,标准化参数,市场需求,政治需要所包围。建筑师所拥有的自由是一种已经被限定过的自由。

少量的对抗这种主导的命令性状态的“革命性”力量,被历史拟人化的称为先锋。可是需要知道的是最近这种“革命”进行的不太成功,先锋们(avant-garde)最近已经改称自己为先进们(advanced)。这种变化首先反映了他们的一些腼腆的态度——面对未来派的过度丰富,达达的笨拙,以及现代主义幼稚盲目的乐观时所感到的窘迫。但是,这种变化更重要的是表明了建筑师放弃了政治层面的野心和对于社会制度的评判——而恰恰是这些在过去支撑着“先锋”的称号。先进的建筑(advanced architecture)诞生于建筑师终于认识到自己跳不出这种已经被限定过的自由,而所有“创造美好世界”的幻想都只是庸人自扰。于是伴随着名称的变化也伴随着所标榜的“主义”的变化,从“批判”变成了“后批判”(从解构到后解构,从后现代到后后现代)。这种变化实际上代表了一种倒退——因为“后”并不代表“超越”,而仅仅代表“之后”。

于是当今建筑的这种缺少任务,缺少渴望,或是缺少“创造美好世界的梦想”的状态,所带来的一个结果就是,请不要太认真。诚实的讲,建筑学已经变成了一种“游戏”。这就是新的制度。无论你愿意还是不愿意,这种制度都热切的高喊着“let’s play”。

事实上,将建筑学想象成一系列“游戏”的集合更加的确切。建筑学可以被想象成与建筑学之外的领域相似:根据不同的关注点,可以分成不同的“游戏”,如,机械游戏,数字游戏,绿色游戏,几何(geometry)游戏,空间游戏,参数化游戏,历史游戏等等。

随着不同的建筑学“Player”对待各自游戏态度的不同,这游戏的精髓也不同,从完全的戏虐到谨慎的小心,复杂。这些“Player”遵循各自游戏的精髓,积极的墨守着陈规或是尝试不断的借鉴建筑学之外的领域的手段。而某种程度上这些“Player”也是各自规则的制定者。“先进们”中两个最大的力量,“Dutch派”和“Parametric派”,给出了两种迥异的对于“游戏”的理解。

“Dutch派”算是一种简称——代表库哈斯和他的模仿者及追随者们。他们的作品建立在差异的人类特性和弱点之上,喜欢寻找已知社会和系统的漏洞,然后进行反向的设计,并且喜欢用大量的统计学数据和量化的研究来兜售他们机智的结果。

另外一种建筑学的力量似乎可以被称为“Parametric派”,或是”Parametric Design”(参数化设计)。听起来似乎很直接了当的称谓,追问起来却是个很难回答的定义。

参数化设计植根于软件的发展,发自建筑学对于周边领域或是学科的借鉴。没有CATIA,当代的飞机是造不起来的,所以机器制造工业出于必须,创造了CATIA,TopSolid之类的参数化工程软件;同样,动画工业出于必须,才创造了Maya或是3D Max(当然还有更早期的如基于SGI工作站的Softimage等,但许多现在已经消失,所以本文不加讨论)。而对于建筑学这个拥有比其他工业更长历史的领域,并没有对于这类高科技技术的必然需求:用手画,用笔算,已经满足了几千年人类的需要。所以,早期的参数化建筑学的发展是一种自我促逼的过程,是“先进们”为了满足自我梦想而做出的促逼,而并非社会需求的促逼。所以,早期参数化建筑学软件的每次推进都是“先进们”在向其他领域借东西来用的过程。所以,追问参数化设计的定义,似乎可以首先从软件开始。

动画基于软件(Animation-based software)算是很早被参数化“先进们”借用的软件,如Maya,3d Max,Rhino(当然Rhino不同于前两者,是纯粹的建模工具,并没有动画功能,在这里简单归为同类)。这些软件源自动画工业,本身并不能算是真正的参数化软件。虽然其有限的历史记录功能可以带来有限的关系构建建模,但对于这些软件的主要参数化应用还是在于脚本语言的编写——生成性参数化设计。不过虽然同样是生成性设计,不同的“先进们”根据自身的需求,使用的方法也不同。

The Emergent Design Group(EDG),1997年成立于MIT,主要成员有Peter Testa,Devyn Weiser和Unamay O’reilly.他们关注的焦点在于建筑的新材料和新的构造方法。他们使用生成式的程序语言来编写结合于他们研究方向的设计工具, 如GENR8(2001), Weaver(2001), Agency(2000), MoSS(1999)等等。其中基于对碳纤维材料(Carboon Fiber)在建筑中应用的关注,通过研究碳纤维材料的特性及其在建筑中施工应用的可能性,他们应用Maya中的Mel语言编写了Weaver这个工具,并将其应运于广受关注的Carboon Tower项目中。
『Weaver(2001),为了模拟碳纤应运于建筑维施工时的编织过程而编写。使用者者可以给出一个曲面或是表皮,然后命令Weaver工具自动对于表皮进行不同的缠绕包裹。基于Maya。』
『Agency(2000),使表皮自动寻找不同的功能需求来进行围合,同时操作者可以介入进行控制。基于Alias Studio和Maya.』

『Carboon Tower Prototype(2002-2005),是一个实验性高层项目,以碳纤维为建筑材料。于ARUP的NewYork分部一起合作。设计全部应用之前他们编写的Weaver完成。』

同时生成性参数化设计的一个主要特点就是它的快速。我们可以通过改变脚本语言中的参数来得到大量的结果(或者叫草稿)。

『THEVERYMANY是由建筑师Marc Frones成立,他之前工作与Zaha Hadid事务所。与EDG不同的是,他对于脚本语言的运用更多的在于形态的生成,快速的产生大量的结果。他使用的是Rhino Script。』

不过因为是纯粹的脚本编写,通常生成性参数化设计很难直接产生出大规模的产品级结果;但是对于小规模的Installation或是变量有限的设计是可以实现最终产品的。例如一些“折叠-展开”或是“交叉”的项目,通过脚本的编写可以实现。

『一个“交叉”的例子:AA DRL10 Pavilion。通过脚本来生成部件的交叉,并且做编号等管理,使生产成为可行。』

一些主要的参数化系统,大都属于生成性参数化设计。比较经典的有Voronoi系统,L-系统(Selfgrowth系统),极小曲面系统等。这些都是基于一些经典的数学定义,通过脚本的编写,再应用在不同的具体场所中(这表现了生成性参数化设计的另一个特点,就是脚本本身比脚本基于的软件要重要。换句话说,同样的脚本逻辑,只要根据不同的软件改变不同的文法,3dMax和Maya基本上可以做出同样的东西)。在这里举Voronoi系统为例。
『Voronoi是根据俄国数学家Georgy Fedossvich Voronoi命名的,他在1908年研究并定义了这个几何系统,但其实早在1854年,英国科学家JohnSnow就在他对于死亡人口与街道排水系统的距离研究中就应用了这个系统。由于Voronoi图形具有最近性,邻接性等性质和相对完善的理论体系,在建筑之外的应用也非常广泛,如图形学,机械工程,地理信息系统等。一个3d的Voroni表皮的生成过程,首先定义空间中的点,再根据Voronoi的几何规律对空间进行划分的到细分的面,然后从面上得到表皮的结构,再分割展开表皮来进行制作。建筑师Andrew Kudless。』

 

『同样的Voronoi系统变换尺度,放在不同的环境里,就产生了不同的设计。上图是Melbourne University本科学生的毕业设计,设计者Domenic Cerantonio,Wilson Tang,Michael Wu。』这类经典的参数化系统的数学定理与算法通常已经被确定,所以使用者往往不需要自己从头编写脚本:从网上就可以直接搜到一大堆不同人编写的做相同事情的脚本。而这也造成这类经典系统的问题之一——因为算法相同,不同使用者得到的结果往往是相似的,缺乏新形式的创新;问题之二是,经典的参数化系统的形态逻辑太纯净,难以适应多样的场所要求。
还有一类对于动画基于软件的使用是属于使用少量的脚本编写,而更专注于软件本身动画功能(如Maya的BlendShape)或是建模功能所提供的形态生成。建筑师Hernan Diaz Alonso,1969年生于阿根廷,哥伦比亚大学毕业,曾工作于艾森曼事务所,现在他自己的事务所名字叫做Xefirotarch。对于Hernan来说,虽然使用Maya,不过有多么的参数化却并不重要,重要的是能否得到令人激动的形态——至少是令他激动的形态。如果从参数化的角度来看,他的作品夹杂了太多的非参数化手工操作,可是却从某种角度发挥了动画基于软件的本身功能的极限。
关系构建式参数化软件则包含了 一个更广的范围,比如建筑师向工程领域借用的TopSolid,CATIA(现在经过Gahry Technology公司的改进成为DigitalProject);互动性装置设计使用的软件如Max/Msp;以及最近正流行的Rhino的参数化插件Grasshopper都属于关系构建式的参数化软件。他们的背景各有不同,也代表了一些不同的态度。
 
CATIA(DigitalProject) 是建筑师向工程师借用的软件。80年代Frank Gehry要准备在日本做一条“鱼”,但找不到适合的软件可以实现鱼的复杂形态,于是引进了达索公司的CATIA软件。之后,Gehry成立了Gehry Technology,向CATIA中加入了适合建筑行业使用的功能,创造了DigitalProject。今天,DigitalProject几乎成了建筑行业的标准,迪士尼音乐厅,毕尔巴鄂古根海姆,北京鸟巢国家体育馆等等都出自DigitalProject之手。其实可以看出从CATIA到DigitalProject的过程,完全是先进们自我促逼的过程,是为了实现他们所向往的大型或是复杂的形态而找到的技术支持。
 
从软件的角度来讲,DigitalProject属于直接对3d模型中几何体之间的关系进行的构建,从某种程度上是将“动画基于软件”中的“历史功能”发挥到了极致,促使场景中所有的几何体由历史所连接。这样,当更改一个几何体时,与这个几何体所连接的其他几何体都会随之改变。
 
首先基于这样的建模方式,当做出决定要更改设计中的一个环节的时候,可以大大节约去从头更新所有模型的时间,成全了实现复杂形态的机会。
 
 
 
『CATIA的操作界面,右边为场景中几何体的“关系树”,所有场景中的几何体都需要被高度逻辑的组织在这“树”里.北京鸟巢国家体育馆的设计也离不开DigitalProject,大到主体结构,小到楼梯,结构之间的连接节点,都在DigitalProject中完成。关系构建式建模,使这种复杂系统的集成和修改变成现实。』
另外,除了对复杂形态的成全,关系构建式的参数化模型也带来了另外的一个收获,那就是BIM——Building Information Modelling。BIM的原型在某种程度上还是向机械工业的借鉴来的。比如波音777飞机的设计过程要求各种复杂的系统高度协调和有效率的合作,CATIA的关系构建式的参数化模型就是其背后的推动。建筑界的BIM一词是由Autodesk公司所创,指的是建筑物在设计和建造过程中,创建和使用的”可计算参数化信息”。而这些参数化信息能够被程式系统自动管理,使得经过这些参数化信息所计算出来的各种文件,自动地具有彼此吻合、一致的特性,协调了一个建筑工程中所有的信息。由于BIM本身涵盖了太广的内容,加上作者知识有限,本文就不重点讨论了。
 
 
 
 
『波音777是世界上第一款完全以CATIA技术设计的民用飞机。最初波音任对CATIA的能力表示怀疑,于是制造了一个Secion41机鼻部分的实体尺寸模型,来测试它的能力,结果非常的成功;而777的开发波音总共动用了2200台电脑终端机。』
 
再有,关系构建式的参数化操作也可以作为产生设计的方式。
 
MOS建筑事务所是一个设计师,建筑师,思想者和艺术家的集合,成立人是Michael Meredith和Hilary Sample,他们分别在哈弗和耶鲁教书。事务所涉足建筑,产品设计,装置设计等领域,算是当代参数化设计的重要评论家和实践者。对于MOS来讲,关联构建式参数化软件不仅仅是建造最终形态的工具,而且是生成形态的方法。这里举他们的鄂尔多斯住宅的例子:他们在Digital-Project中构建一个相关连的几何系统,系统中的所有几何体都通过约束或是公式相连。当系统设计并设置好之后,设计师通过操作这个几何系统来得到最终符合他要求的形态。
 
 
 
『上图是MOS的鄂尔多斯住宅生成的过程,可以看出所有的几何体块都互相连系。』
 
Max/MSP 也是一种应用比较广泛的关系构建式的参数化软件。与CATIA不同的是,它的关系构建不是对于几何模型的构建,而是对数据和功能的构建。另外,如果说对CATIA的应用是建筑师将建筑之外的技术引入来为建筑本身所用的话,那么对Max/MSP这类软件的应用则更像是建筑师要走出去扩展建筑所能触及的范围。
 
Max/MSP诞生于1990,经过不断演变已推出第五版。最早Max是为制作电子音乐而设计的,现在在交互式设计和装置艺术设计中应用非常广泛。Max/MSP的基本结构由“Object”和“Patch”组成。其中“Object”包含不同的功能(设计者也可以用C语言或是Java自己编写“Object”);“Patch”则负责连接“Object”,控制数据的流向。同时MAX/Msp支持六种数据形式“int, float, list, symbol, bang, 和 signal”。
 
 
 
 
『一个典型的MAX/Msp操作界面,其中长方形块为“Object”黑色的线为“Patch”。设计者通过自己构建“Object”与“Patch”的组合来控制数据的流动,产生不同的功能,比如产生声音(上图的作用),或是控制机器。』
nArchitects于2005年在SoHo画廊展示了他们设计的装置Party Wall,应用了Max/MSP。
 
 
 
Grasshopper则是最近红的发紫的Rhino的参数化插件。它也属于关系构建式的操作方式,类似于MAX/Msp,像是一种视觉化了的脚本语言。使用者不必学习枯燥的脚本文法,通过连接、组合包含了脚本功能的“Block”,来控制数据的流动,生成最终的形态。所以从某种角度来说,Grasshopper有的是生成式的内涵,关系构建式的外表。
Grasshopper成功的地方在于,首先,它成功的将一个非参数化的软件(Rhino)改造成了一个易学易用的参数化平台;更重要的是它的开源式方式使它完全免费,于是就产生了一个庞大的使用人群,也就在互联网上产生了庞大的可学习和利用的资源——就像雪球越滚越大。目前Grasshopper的功能还在继续改进,但是它成功的降低了参数化学习的门槛,使软件变得非常友好,这也是现在参数化设计的一个新的趋势。
 
 
  
 
『GMP设计的上海水上运动中心就是在Grasshopper中完成的设计.图片出自Popabczhang.blogspot.com』
可是,当代参数化设计最大的迷思在于:软件的态度并不能代表使用软件的人的态度。Flank Gehry用着非常传统或经典的设计手法,却是参数化软件的重要推动者。对于他,参数化设计只是用来实现工程的手段,处于设计链的最末端;MOS用着Flank Gehry引进的参数化软件,却坚持着和Gehry完全不同的意见,认为参数化是生成设计的方式,是回馈场所的最好方法。同样是Maya,PeterTesta和Devyn Weiser用持续的脚本努力来实现建筑空间和材料的构建;而Hernan则更重视他所着迷的形态和风格,完全不在乎有多么的参数化。等等等等的先进们怀着不同的态度,却都用着同样技术,然后被冠以同样的名称。
 
这样的迷思,如果我们真的迷思于其中的话便会开始计较,也许我们不应该称所有的设计都为参数化设计:有的应为参数化施工,有的应为参数化制图,最后最纯洁最参数化的我们给它参数化设计的称号,最好再加个谁也不懂的“涌现”——以显示这最纯洁的东西的崇高地位。然后以此为标榜,所有的人都得努力踏进这浪潮。
不过,若是我们冷静的观察这股参数化浪潮,也许会发现:参数化设计并非产生于理论中,而是产生于设计中;它是众多不同实践者在不同的环境中,一起拼凑起来的概念。纵然背后都依靠着计算机技术的发展,但是这并不足以将它们绑成一个整体——这是参数化设计与曾经的批判主义(现代,后现代,解构……)最大的不同。在这个“后批判”时代,主义已经不在;建筑只是建筑,不是革命,不是意识形态。没有了后者推翻前者,前者走入坟墓的敌对。所以,如果我们抛开对参数化设计的盲目崇拜,抛开为了守卫自己的游戏方式而产生的抵触偏见,那我们也许能够更客观的了解当代参数化设计的态度。
 
有时技术的特点在于能影响人的行为,比如说审美。参数化时代一个有趣的特征就是对于的渐变形态的偏爱。从建筑的立面,到Zaha唬人的Parametric Urbanism。表象不同,尺度不同,但背后都源自参数化技术使计算渐变形态变得简单,于是技术的捷径带来了“审美的态度”。
 
 
 
『MAD设计的中钢大厦。』
 
 
 
『ZHENFEI WANG, LUMING WANG设计的参数化表皮。』
 
参数化操作(脚本编写,关系构建建模)本身要求的逻辑性也带来一种“理性的态度”,或者更重要是设计师的理性的态度选择了参数化技术。这种态度源自构建一个系统时的必须。这里要举一个来自国内设计师的例子:王振飞和王鹿鸣(华汇建筑设计)在Belarge Institute学习时的毕业设计。
 
 
 
 
『设计研究了中国传统民居建筑形态的生成过程,关联机制;从最基本的结构单元一直到城镇的生长。试图在当代中国的具体场所环境下探索参数化的生成手段。构建不同尺度的关连式几何模型,再应用在具体的场所环境中,试图自下而上的从单体到区域生成蕴涵传统院落模式的紧密的城市肌理。
在系统最小的尺度上是住宅的单元,由两个很简单的长方形组成的基本几何单元,当长方形的相交状况发生变化时,参数化的操作使得内部的平面布局也可以随之变化。
系统中同时将FAR,人口密度,不同户型带来的不同家庭结构也考虑在内。
然后单体住宅的结合构成了第二个住宅集合的尺度。不同的街道交界的状况,庭院空间也在系统的操作时被生成。
最后是小区的尺度。如果我们把上图右边的diagram想像成软件的界面,所有单个住宅内部的格局到街道的形式,最后是整个的区域,都被绑定在一个参数化系统之内。根据区域现有的土地价值,建筑师构建的系统被操作,然后再形成新的土地价值,而建筑内部的空间,比如户型,最终吻合于新的土地价值。他们的设计是针对相关要求和限制条件建立起十分精确和特殊的规则,然后将这些规则应用到实际场所里去。因为本文篇幅有限,介绍难免粗略。』
 
这种“理性的态度”和参数化的工具结合起来,使设计的过程变得非常精彩,并且展示了大量的过程中的可能性。可是这也引出了参数化设计的另一个问题——一个在生成过程中设计的再好的系统,如果终结在变化的场所中的总是一个不能再回馈于场所的硬梆梆的物体,总是有点令人失望的。于是有了参数化设计的另外一种态度,就是“可变的态度”。
 
从小规模上讲,“可变的态度”体现于可变化的表皮,可收缩的空间等等。虽然在参数化之前多停留于纸上,而现在有些已经变成现实,不过内容大致相同:都试图在柔化僵硬的建筑所能控制的边界。
 
 
 
 
『The Spatial Information Architecture Laboratory (SIAL)中的Mark Goulthorpe在1999-2001年设计的Hyposurface,系统可以回馈于观众的动作。不过在这里系统为了达到最终的目标所付出的成本是巨大的,所以项目的规模也只能限于一面墙的大小。』
 
 
从较大的规模上讲,“可变的态度”其实可以追溯回远在参数化思想之前的机械主义先锋们。其中最著名的要数Wes Jones和NeilDenari。Wes Jones认为,从本源上讲,人和自然之外唯一存在的东西就是机器;建筑其本质也是机器。而当代的参数化技术的介入,赋予了机器的可变的本质以更多的可能性。
 
 
 
『Momo/Redondo是Wes Jones在2001年所做的项目。目标是如何将典型的美国郊区住宅模式转换成可实行的灵活的标准化机械集合。住宅可以在一个方向上做水平移动,来实现不同的内部功能的需求,并创造不同的外部场地和城市肌理。』
 
“可变的态度”像是对技术的庆祝,而参数化确实更在于技术,可以是操作的技术,也可以是思考的技术。不过就像几何的证明题,推导的技术是可以学会的,但是推导时灵光乍现的切入点才是关键。于是这里又有了另外一种对于参数化的“实用的态度”。
 
这里还要举一个nArchitects的例子。
 
 
 
『nArchitects 在鄂尔多斯的住宅项目。设计最初的想法始于场地的剧烈气候变化,他们决定抛开传统的住宅形式,设计一个由外宅套嵌内宅的方式。在有了最初的想法之后,他们开始进入参数化软件(关系构建式)来确定空间和结构。在构建系统的最初,他们想用开窗的尺寸作为系统中固定的参数,但最后发现结构本身(如 平行墙的间距)才是最重要的参数。于是他们修改了最初构建的系统,最终得到最后的设计。』
在“实用的态度”中,参数化的操作只是优化了设计的流程——但是设计的思想,还是源自建筑师对于问题切入点的选择。
 
于是当我们越深究参数化设计的定义,也就越感觉到似乎我们所标榜的“参数化设计”是一个虚假的概念。没有什么设计是完全产生于“参数化技术”本身,而“参数化态度”似乎也更像是使用参数化技术的建筑师自身的态度。即便是前文所讲的Belarge项目,表面上是在展示“参数化技术”的力量,其实背后的精髓还是建筑师本身对于文化场所精准的把握和聪明的选择的能力。“实用的态度”更是清楚的体现了“参数化技术”是如何被完全不参数的思想所使用的。
 
我们似乎可以说:
在当代这个建筑的游戏集合中,参数化无法作为一个独立的建筑门派——即使它如今已经成为几乎深入所有门派的技术;而参数化作为一门技术,也无法作为衡量设计优劣的标准——真正的标准还是操作参数化这技术的思想。当我们认识到思想本身才是是最重要的衡量标准,那么一个设计是否运用参数化也就变得不那么重要了。
在当代这个建筑的游戏集合中,所有玩游戏的方法都是平等的。参数化不是一个必然的结果,也不比别的游戏更高明。但它的确是当代建筑脑力投入最多的领域,所以,值得我们放下意识形态的偏见去关注和实践。

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