数码建筑--新的空间概念

　　摘 要：介绍了数码建筑的定义，论述了数码建筑的发展历史——计算机从三维绘图手段发展到可以辅助于方案构思、推敲的智能化设计，产生了新的设计媒介如VR技术、网络运用等。20世纪末，在数字化技术的冲击下，计算机技术作为一种新方法、新手段、和新工具，使传统的建筑设计方法及建筑观念受到了前所未有的挑战，产生了新的空间概念，解放了建筑的形体与空间、建构了新的数字化类型，并能进行参数化智能设计。最后，分析了今后一个时期数码建筑的发展前景。
　　
　　关键词：数码建筑；CAD；智能化设计；空问概念
　　
　　
　　1 数码建筑的发展历史
　　
　　凡是将各类电脑数码媒体，关键性的引用在建筑设计的过程中--设计概念、早期设计、设计发展、细部设计、施工计划、营造过程等任何一个阶段或几个阶段甚至全部的过程，并因而在功能、形式、体量、空间或建筑理念上有关键性成果的建筑，均可广义地视为数码建筑。因此，自1963年起电脑对设计各阶段与各层面的冲击，均广义定义为建筑在数码时代各方向的发展。下面将简述计算机在不同阶段的特点、对建筑设计的影响以及发挥的作用。
　　
　　1．1信息存储的工具
　　20世纪70年代，计算机成为建筑师的工具，首先是辅助其完成传统的工作。
　　根据1985年美国建筑师学会(AIA)和英国皇家建筑师学会(RIBA)所推荐的建筑师收费比例，建筑师的工作大致包括4个部分(Reynolds，1987)：前期调研、前期策划、方案设计和成果资料的提供。其中，深入设计和成果资料提供都需要编制大量的制图和文档，大部分都由计算机来完成，其工作量占项目总工作量的50％。使用计算机辅助建筑设计，极大地提高了设计质量，缩短了设计周期。
　　但是在该阶段，计算机的应用主要集中在后期绘图上(尤其是施工图)，而在前期方案推敲阶段却应用较少。建筑师只用计算机绘图，只注重设计的成果，不注重它对设计思考和方案推敲的辅助作用。
　　
　　1．2智能化设计
　　20世纪70年代起，随着模糊逻辑、计算技术和语言学的发展，国外不少学者把人工智能(artificialintelligence)用于建筑设计思考中，使CAD技术发展到一个新的阶段。主要包括计算机生成草图技术、建筑图论设计方法、模式信息设计理论及智能化设计系统。
　　
　　1．2．1计算机生成草图技术
　　建筑师作设计是从草图开始的，草图中包括了设计师的灵感和创造力，但由于草图的模糊性和多义性，使计算机辅助生成草图技术的发展一直很缓慢。SketchUp是@Last．Software公司研制的一种设计草图软件。它简单易用并可以输出到其它程序如3dmax，Form·z等软件中做进一步处理。在建筑设计，规划设计方面是很好的工具。另外，AutoDesk公司也推出了与之有类似功能的产品AutoDesk Architectural Studio(AAS)。
　　
　　1．2．2建筑图论设计方法
　　通过设定建筑各组成部分的相关性，相邻性与外部环境的关系，运用图论等工具，理性地分析、演绎和综合各部分的关系，产生各种可能的设计方案，并通过人工交互来引导并产生最终的建筑设计方案。
　　
　　1．2．3模式信息设计理论
　　把建筑基本构件、实体和空间比拟为建筑词汇，把建筑组合规律和相互关系、制约条件等比拟成建筑构成和语法规则，这样，建筑设计的过程就像写文章一样可运用某种建筑语言工具来实现。
　　
　　1．2．4智能化设计系统
　　把前人的成熟设计经验、手法进行归纳、整理、抽象成各种建筑设计分析和综合的判别准则，并运用这些准则来指导建筑设计的过程，同时，具有学习、记忆和推理的功能。这就是智能化的专家系统。
　　对建筑规律的归纳可以控制计算机生成一些具有一定风格的形式。比如施密特(Schmitt)设计麦耶生成器(Richard Meier Generator)，就是在总结了麦耶的道格拉斯住宅(Douglas House)为代表的设计特点后得出的。程序还可以综合考虑一些其他的因素，比如最佳的视野、居住的人数等。而且，如同其他专家系统所必备的一样，麦耶生成器也具有一定的交互性，它的生成物可以接受程序使用者的评判，并按照使用者说明的方向加以改进。
　　
　　1．3数字化表现
　　1990年起，建筑师使用各种计算机手段表现设计意图，包括数字化合成、设计表现(如二维图纸、三维模型和渲染)、录像、网页编制、多媒体和超媒体编制(如幻灯片、动画、QuickTime、虚拟现实(VirtualReality)等)。
　　数字化表现是检讨城市设计、建筑空间造型效果、室内外环境等十分有效的手段。
　　
　　
　　2 新的空间概念
　　计算机不仅是建筑师的三维设计工具，而且在各个方面影响设计师的思维，帮助建筑师创造出新的“建筑空间”。建筑随空间概念的改变而改变，过去仅有实体空间，如古埃及的简洁几何形建筑及纵深的空间布局，11世纪源于法国的哥特式建筑强调高度和垂直感的神秘空间，17～18世纪盛行的巴洛克追求动态的空间。计算机技术的运用极大地增强了建筑师探索各种可能的空间形式和结构的能力，如各种薄壳、空间网架、张力薄膜等结构，建筑的空间语言得到极大的丰富。20世纪末，人类的空间概念又随着网络的兴起而产生巨变，出现了数字化技术营造的虚拟现实和信息空间(Cyberspace)。人们通过头盔显示器和数据手套就可以遨游于信息空间。这样一来，由点、线、面等组成的实体空间将由虚拟空间或虚实结合的空间所取代。这种新的数字空间的概念，对建筑设计有很深的影响和冲击。
　　根据世界各地对“数码建筑”的定义，数码建筑可以分为“空间概念的变化”、“形体与空间的解放”、“参数化智能设计”、“数字化类型的建构”等类型。
　　
　　2．1 空间概念的变化
　　
　　2．1．1 信息地图展览馆
　　德国建筑师旦尼杰拉·皮立克(音译Danijela Pilic)与巴巴拉·雷恩迪克(音译Barbara Leyen deeker)合作设计以信息展览为主题的展览馆。
　　展览馆使用信息地图(i～map)软件让每一位游客选择他感兴趣的主题，选择相同主题的参观者被带入同一个设有玻璃信息板的房间。
　　不同的展览配置不同的环境，例如在较高的房间配置有提升效果的环境。使用虚拟现实技术投射图像于混凝土的展览墙上，产生叠影的效果，参观者所体验到的空间和实际的空间是不一样的。
　　
　　2．1．2 ‘瞬间自我’的空间
　　法国建筑师ASdrienRaoul等人设计一种可达到”瞬间自我”的空间--在衣服上附挂一件可以折叠起来并可以上网的感应薄膜。当薄膜开启时，产生了一个私密的空间，人们可以在里面读书、吃饭、洗梳、休憩与上网。
　　
　　2．2形体与空间的解放
　　
　　2．2．1 ‘周边扩大器’程序
　　挪威建筑师伯格·赛维德逊(音译Birger Sevaldson)与美国建筑师佛东(音译Phu Duong)合作编写了‘周边扩大器’程序用于模拟挪威奥斯陆市的Toyen公园及周围的环境。编写‘周边扩大器’程序的目的是研究以计算机作为设计工具的情况下，建筑形式与计算机程序二者交互定义的过程。因为居民不断地进行新的建设，很难进行地段的规划，该程序考虑了潜在的变化因素，可以启发建筑师的思维。‘公园岛群’不是根据特定建筑而设计的，它的空间有弹性，不同形式的岛有不同的用途，随着时间的推移，岛的作用可发生改变。
　　在这个‘扩大器’程序里，‘岛’具有学术交流、艺术欣赏和休闲三种功能，由足迹(如运动场、日光浴馆、野营地)，基础建设(如雕塑、烧烤场等)，空间骨架(如艺术表演及商业活动等临时聚集场所)和包围体(如展览馆、演讲所、聚会场所)等不同活动类型的岛组成。
　　‘扩大器’程序包含两种电脑图，电脑图1模拟公园的中心地带，说明用地信息及设计意图；电脑图2模拟通往Toyen公园的走廊，它将人流加入电脑图1以增强活动的动力。
　　‘街头施工架’起联系公园出入人流的作用。它设下新的边界条件，可以加入已有建筑物。通过修改或增加程序，人们可以获得建筑物的所有者、公私运作等信息。
　　‘场域’连接了三种交通系统(街道、人行道、自行车道)以及广场的铺地。
　　
　　2．2．2展览馆设计
　　设计展览馆相对于其它的建筑来说更应该考虑信息传递的问题。2000年博览会中BMW集团的博物馆设计不仅是信息的装载容器，还注重与参观者的沟通。博览会的主题是‘以太阳与水为驱动力的干净的能源’。为了让参观者感受到这个能量，设计师本哈德·佛莱垦(音译BernhardFranken)设计了一个波形物穿越回廊，‘波’用于模拟能量，一束光触动能量，并由回廊的小梁疏导能量的运行。最后，有一个戏剧性的回流向上游至回廊的中心。
　　计算机在展览馆的设计与建造中起着不可缺少的作用。计算机辅助生产(CAM)梁、连接薄膜及空间桁架，为计算机辅助生产有史以来最大的。泡球的壳为泡沫材料经305个模具加工而成，塑胶玻璃模具上方和边缘均使用CAM切除，这是世界上首次制造这样的泡球。
　　
　　2．3参数化设计公寓
　　阿·斯科特·豪(音译A.Scott Howe)使用‘数字化公寓’软件在电脑的虚拟空间内设计。生产公寓配套元件的工厂由建筑电脑软件建筑，并可由居民自行管理。软件中的公寓由两个主要部分组成：支承上层的骨架结构及内部填充模块。支承结构类似于道路系统，但不同的是，建筑的上层构造可以全部拆除并且回收。
　　经常会有居民重新设计公寓单元，因此不容易界定位于公寓上层构造的单独的居住单元，建筑师不应该设计一个无法改变的静态空间；相反地，应该设计可以自由改变并有特定规则的系统，该系统能进行数字化生产及管理。
　　1)数字化生产：该网络软件有一个小工厂，生产建造公寓的配套元件，小型自动组装线即时组装各种元件。
　　2)数字化管理：服务器上装载了整栋虚拟建筑物及每个公寓单元。参观者在网上浏览建筑物时，可以下载模具，即时组装建筑。
　　
　　2．4建构新的数字化类型
　　人类文明就是对事物进行分类的历史。自古希腊以来，建筑就建立了一套十分严谨的分类与命名方式，以便定义建筑类型。但是，数码时代的建筑对空间的定义产生了巨大的变化--传统固有的虚实等特性的空间关系变得模糊不清。所有‘单元，的定义与界限不再清楚，“关系”暖昧而复杂。是否建筑不再需要类型了呢?数码建筑就如同先前其它的概念一样，挑战长久以来的建筑概念、设计方法，这是数码建筑未来发展的重要方向之一。
　　中国台湾交通大学应用艺术研究所的沈国健先生使用动态形体设计了位于台北市新北投的缆车站。基地位于一个地形很复杂的城市公园内，侧对面是一个有中国传统建筑造型的捷运站。沈国健先生使用动态模拟处理了新与旧，外部与内部的复杂交接。
　　动态形体使建筑空问中人的活动与环境、形体与空间有紧密的联系。它并不是取样于自由形体或动态轨迹片段，而是取样于人类的活动，表达了基地环境所隐含的文脉并将其转化为设计所依据的场所及轨迹。
　　过去，建筑空间的形式一方面取决于人类活动的需要，另一方面则随着活动的变化而调整。该电脑软件产生的建筑动态形体打破了传统中形式与功能的空间关系，软件中的非线性参数控制了车站的空间形式，它与建筑内活动的强度有关。简单的建筑活动对应于小的软件参数；活动越复杂，参数越大。动态形体系统的参数还与人在场地与空间中的活动轨迹有关。轨迹为包含力量和方向的空间向量，建筑形体随向量变化而变化。
　　
　　
　　3 结 语
　　
　　数字化技术正在越来越多的层面上影响建筑行业，其影响已不仅仅局限于为建筑设计提供表现手段，而且，数字技术产生了自由形体，虚拟现实营造出前所未有的建筑空间，从而出现新的建筑和城市空间理论。这些创造性的变化为建筑创作开辟了更加广阔的天地。作为数字化时代的建筑师，应当对数字化时代的建筑的未来进行认真的思考，这种思考不仅仅局限于数字化技术的应用，而且应该延伸到数字化技术对设计观念和手法的重大转变等各个方面。