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参数化设计在景观装置中的低技化应用

范文

许可沩　吴曼

摘要：归纳既能满足现有参数化设计造型要求，也能在室外环境中保持稳定性状的可塑性较强的材料以及其对应的加工工艺，探寻便利、精准、高效的低技化营建方式。分析了3D打印、机械臂等材料前期材料加工工艺以及VR技术辅助与低技化营造的结合过程并尝试优化。获得更合理的低技化组合营建方式。该方法可为施工阶段的参数化景观装置提供参考。

关键词：参数化设计景观装置低技化

中图分类号：TU986 文献标识IR：A

文章编号：1003-0069（2019）07-0105-03

一、参数化设计概况

（一）参数化概念

1.“参数化”是技术、方法、算法，更是一个系统：参数化能让众多学科的交叉点汇聚在一起，通过计算机平台转化成统一的语言进而应用。参数化作为一种学术思想理念，来自于跨学科知识互通，这也正是构建参数化平台的核心意义_构建跨学科的知识交汇的平台。18世纪伟大的建筑师高迪就在用类似的参数化思想进行设计，将非线性自然形态与建筑相结合，但当时并没有先进的计算机辅助运算，也没有现代数字化加工，这说明参数化思想并不完全依赖算法和先进设备。

2.参数化与数字化的关系：参数化与数字化不同，数字化是将数字和数据转换为一系列二进制代码，这些二进制代码被引入计算机并进一步处理以构建数字模型。当前计算机的所有操作和功能都是用数字完成的。当应用于设计领域时，数字设计涵盖了非常广泛的范围。在范畴上，数字设计包括参数化设计。

3.参数化设计的特点：参数化范式作为设计语言的—种变革与发展，也随着时代的发展而变化，不断在批评中自我更新。虽然目前的参数化设计只能做有限的工作，依赖计算机的审美困境具有消隐设计师主观表现的嫌疑，而且非线性的审美表现也不一定能被大众接受。但参数化设计本身具有复杂性和演化特征的设计方法必将继续改进自身，满足时代发展的需要。作为一种自下而上的设计方法，参数化设计突破了传统设计的局限性。产生的设计多种多样。计算机辅助设计提供新的形态生成方法可以通过参数在景观装置的构建过程中得到控制，通过应用算法，自动产生空间与形状。这显示了一个令人着迷的现象：合乎规则的计算产生大量看似随机的结果。也许这种设计方法更贴近宇宙和自然的本质，也蕴涵着新的审美潜力。

（二）参数化软件

参数化设计软件系统包括以下几个方面：结构分析软件、GIS工具、遥感图像处理、水文分析工具、地理信息数据转换平台、统计和科学计算工具、可持续设计和分析工具、流体分析工具、模型构建工具、渲染工具等。以Rhino为例，其主要优势是基于外部环境进行定量分析和一些特殊的曲面构造。

二、参数化景观装置

（一）参数化景观装置概况

参数化景观装置设计是基于参数化思维和參数化工具生成艺术装置设计结果的过程。参数化景观装置设计的核心是选择和设置参数、设置装置形状的生成规则，以及控制景观装置中每个元素形状的布局和结构。根据目前的发展状况，景观装置在设计和施工的整个过程中都可以使用参数化的思想。例如确定某种类型的参数化布局，基于布局自动匹配和转移到其他功能元素上并进一步深入设计。参数化景观装置的内涵是各种设计条件转换成逻辑控制语句生成形态结构。在形式方面，Patrick Schumacher建议参数化实践需要遵循参数化技术支持的基本设计原则。“避免使用刚性几何元素，如正方形，三角形和圆形;避免简单的功能重复，避免不相关的功能或系统搭配。考虑所有参数塑性形状，差异的梯度（在不同的比率下），系统地变形和相关。”这一宣言昭示着凡冠以“参数化”之名的景观建筑作品几乎都具有柔和多变的线条、平滑的曲面和复杂的空间形态。

（二）低技策略在参数化景观装置营建过程中的必要性

1.有效降低成本。由于采用了更新，更高难度的设计方法，参数化景观装置从设计到施工具有模型修改方便快捷、零件模块化加工、结构精确、拼接简易的特点。但这种“数字设计”和“数字结构”也意味着高成本和低容错性。“数字化建设”所需的技术包括激光切割技术，多轴机床技术，数控弯曲成形技术，智能机器人技术和快速成型技术。应用这些技术都会大大抬高装置成本。在这种条件下，探索低技术，低成本的参数化设计实践，即“高科技”非线性参数化设计方法与“低技术”建筑方法的结合。这符合国内现状，有利于促进景观装置的参数化发展，还能给富有想象力的设计师创造更多作品的机会。

2.提高景观装置完成度。虽然有了前期高技术水平的材料加工，但在环境干扰因素、原材料密度等现实条件下，组件成型过程中避免不了一定程度的误差。通过选择较强可塑性的材料、易操作的拼接工艺以及设置富有弹性的误差控制装置都是保证景观装置效果的低技化实践途径。

三、参数化景观装置的低技化应用实例分析

“低技术”施工是相对于“高科技”设计、加工存在的，由于学科之间的差异以及地区发展水平的不均，从以前到现在到未来，两者一直并且继续并存。“高技”作为技术进步的直观体现，推动景观装置的创新，具有先锋性;“低技”作为其补充，具有更强的广泛性和普遍性。“高技”的参数化设计方式拓展了景观装置的多样性，为设计师实现个人意图增加了路径;“低技”的建造策略则提供了应对现实条件制约的有效途径，增强了作品的可实施性。两者的结合能更好地创造作品。

由表1可知，近年来许多参数化景观装置的落地都对高技术手段有所涉及，前期的高技术手段基本都能为后期落地拼装提供便利;也有部分装置回避了前期流程，选择使用如竹片、PE管等自身可塑性强的材料，控制成本;在装配过程中灵活应用高科技设备，提高装配精度。例如北京林业大学王向荣教授作品“心灵的花园”，它是一个充分应用廉价材料，其材料的前期加工工艺与后期制作都较为低技的作品。其主要装置的构造节点上使用了参数化设计，在节点确定的基础上建设完善。设计理念是在有限的空间内展示中国园林的空间变化和诗意。它能带给人们心灵的宁静和理解。烟雾笼罩着灰色的砾石板和翠绿的竹林，花园中央是一个10平方米左右的莲塘，给人们的心灵带来平和与淡然。是人类在这一自然生境中，围绕着人类生存与发展的核心主题，进行着人类科技发明的应用性转化，并不断改善人类生存环境的行为或结果，如图1、2。

而由清华大学徐卫国教授团队发明的“机械臂自动砌筑系统”则是综合了众多现有参数化手段后落地的例子，其基本不涉及高成本高技术的原材料及加工工艺（对混凝土配比有一定要求），而后期营建选择由多组机械臂共同完成，尽可能避免了人工的参与。与现有的砌砖系统不同，其将机器人手臂自动砌砖和3D打印砂浆首次相结合，形成了全自动一体化智能建筑系统。并且这个系统首次应用于实际施工现场，建造了“砖艺迷宫花园”。先低技后高技的建造流程也不失为一种突出重点的有效组合，如图3、4。

四、低技策略的优化

（一）拓展传统工艺的应用

各类传统工艺广泛使用乡土材料，具有良好的经济性与鲜明的地域特征，部分材料及工艺已成为某种文化符号。将参数化设计的数字模型结合诸如传统竹编工艺、造纸工艺、陶瓷工艺等表现方式，既可以摆脱参数化装置缺少设计师个人痕迹的嫌疑，也能进一步发扬优秀传统文化，赋予作品更多意蕴。“天人合一”是传统哲学生态观的基本精神，蕴含着对天人关系的终极思考，认为人与自然界本为一体，应和谐共处。例如通过参数化软件设计的“无限（∞）形”乡野景观装置，其将新颖的设计手法与当地手工艺、传统营造技艺紧密结合，该装置和场地构建了一个纯粹的几何找形过程，超越了材料和语言学的范畴。让景观成为大众文化下的公共艺术，“无限（∞）形”装置表达了对时间，空间和环境关系的思考，是“竹”元素形式与精神的延伸，如图5、6。

（二）更新构件组装方式

以人力代替部分机械加工，是低技化的主要方式，通过簡明的分工快速准确完成复杂的装置难度较高，这需要对设计方案进行拆解简化，安排合理的施工步骤，绘制简明扼要的施工图纸。在以往加工装配景观装置的过程中，我们在误差面前常有两个选择：改变装置的局部的空间点位或是改变组件的尺寸。若组件尺寸较大加工成本加高，不宜选择后者;若装置拼装的点位联系紧密，则不宜改动前者。选择前者或后者都会为进一步施工带来不利影响，在误差难以消除的现实情况下，如何尽可能减少后期人为误差是我们努力的方向。前文提到的VR虚拟现实技术作为“高技”的一环，在此时也不失为辅助“低技”提高准确度的良好方式，在关键节点使用VR眼镜帮助定位可以快速有效地实现目标，如图7、8。

（三）统一误差控制机制

“数字化建造”技术使用高精度设备来最大限度地减少错误，当工人进行手动低精度的建设时难免出现很多错误，控制实际工程中的错误的各种方法有构建误差控制机制，这要部件本身具有的适应和调整的可能性。譬如常见的弹簧、拉索两端的松紧螺丝等。但过于丰富的弹性装置会破坏景观装置的整体性，影响进一步施工的准确度，因此，主动限制弹性装置的类型、尺寸、安装位置、安装数量有利于提高施工质量，如图9、10。

结语

目前，参数化设计在建筑领域的实践已达到较高水平。近年来，其与快速发展的3 D打印技术和数字化制造技术相结合，充分考虑了最终施工过程的低技术要求，简化了后期施工过程。而景观装置的构建，既是建筑营造的试验田，也被建筑技术的提升成果所惠及。近年来我国许多学者和设计师都参与了参数化景观装置的构建，也根据现实情况摸索出了许多实用的低技化施工技巧，就我国现今的整体技术条件而言颇具现实意义。拓宽景观装置设计思维，通过富有逻辑、包含大量数据关系的数字模型，结合多样的营建技术，使景观装置具有更高的完成度与更好的效果，是未来我们需要共同努力的方向。

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