《建筑生成学基础教程》课件生成基础5-2

1、The Basic of Architectural Generating建筑生成学基础教程 （5）戚广平同济大学建筑城规学院设计基础学科组ARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUP A设定初始状态 生成设计的初始状态主要内容包括：确定主体的类型；界定构成主体的规则集合主体：以“空间”、“结构”和“环境”三个要素由前入深，循序渐进地帮助学生建构“生成模型”。二年级教学上学期的生成设计课程根据基于主体数量的系统复杂程度，呈现循序渐进的三个阶段：a基于水平两维空间和单层结构的形态生成（空间与结构）b基于竖向两维空间和多层结构的形态生成（结构与空间）c

2、. 基于集群结构和环境因素的形态生成（环境、空间与结构）各主体的规则集合：结构集群结构空间具有场所感的空间环境“影响形态的外力” 建筑生成设计纲要ARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUPB建立转换机制 在生成模型中，“空间”与“结构”与“环境”三个主体之间相互作用的基础必须通过中介来进行，就像公司之间的经济行为，尽管行业不同，但都可以通过“货币”来进行交易。因此在基于水平两维空间和单层结构的生成模型中，我们将设定“形态”作为平台进行“空间”与“结构”与“环境”的“对话”，并建立以“形态的拓扑变换”为核心的转化机制，从而将空间、结构与环境转换为“

3、空间形态”与“结构形态”与环境对形态的“外力”来进行生成模型的建构。此外，以“形态”为平台的生成机制必须通过“可视化”的方式来表达，因此，“图解和工作模型”是推进生成模型进程的有效手段。 “形态的拓扑变换” “图解和工作模型”C制定评价机制 生成设计的评价主要包含两个方面的内容： 衍生方式的合理性（而非逻辑性） 效能评价 环境的响应度建筑生成设计纲要ARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUP1，建立生成转换机制 形态发生学最初来源于生物学，关注生物外在形态和内在机制的关系，揭示生物在生长过程中形式的生成逻辑。生物外在形态是环境影响作用下的反馈，而

4、其本身又受到内在组织结构的影响。形态发生学背景： 发生学 (希腊语 ，现代希腊语：flo - 种系，性别和，现代希腊语：jnnissi - 新生，诞生。也被称作系统发生。)是指在地球历史发展过程中生物种系的发生和发展。这个概念不单止用于动物种系的发生与发展，还会用在系统学各个层面的分类单元上面。它也会被用到某一特征的在生物发育过程中的进化这一方面。 自然科学发生学研究应归功于达尔文的生物进化论。人文科学发生学研究则应该归功于皮亚杰的发生认识论。生成机制形态发生学ARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUPARCITECTURAL GENERATIN

5、GTONGJI UNIVERSITY CAUPARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUPARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUPARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUPARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUPARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUPARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUPARCITEC

6、TURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUP1，建立生成转换机制 形态发生学最初来源于生物学，关注生物外在形态和内在机制的关系，揭示生物在生长过程中形式的生成逻辑。生物外在形态是环境影响作用下的反馈，而其本身又受到内在组织结构的影响。 如果我们从生物学的角度来看待人工形态，也可以发现两者极其相似的特点，人工形态是物体外在形式的作用和内在组织结构的统一。 生成机制形态发生学F117的形态： B2的形态生成： F22的形态生成： 隐身性能较好；飞行性能极差隐身性能极好；飞行性能较差隐身；超音速巡航超视距作战非常规机动性F117的形态生成： F117的形态生成： FO

7、RMGENERATION形态生成F117的形态生成： FORMGENERATION形态生成F117的形态生成： FORMGENERATION形态生成F22的形态生成： FORMGENERATION形态生成F117的形态生成： FORMGENERATION形态生成F117的形态生成： FORMGENERATION形态生成F117的形态生成： FORMGENERATION形态生成F117的形态生成： FORMGENERATION形态生成F117的形态生成： ARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUP1，建立生成转换机制 形态发生学最初来源于生物学，关

8、注生物外在形态和内在机制的关系，揭示生物在生长过程中形式的生成逻辑。生物外在形态是环境影响作用下的反馈，而其本身又受到内在组织结构的影响。 按照形态发生学的观点：建筑生成学就是研究建筑的外在形态和内在机制的关系，揭示建筑生成过程中形式的生成逻辑。建筑的外在形态是环境影响作用下的反馈，而这种反馈正是建筑形态和外部环境的作用机制，同时，建筑物自身也受到空间与结构的内部生成机制的限制，从这个层面上讲，建筑形态的产生其实是受“外部机制”与“内在机制”双重作用下的受限生成过程。在这种双重受限的条件下，这次的生成机制和教学目标被确定为：通过集群结构的适应性来对环境做出反馈，并最终生成具有场所感的空间。外部

9、机制：建筑通过集群形态与环境之间通过“力”的反馈形成外部机制内部机制：集群结构是空间与结构的高度统一，形成具有适应性的内部机制生成机制形态发生学ARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUP外部生成机制形态被环境的“力”改变ARCITECTURAL GENERATINGTONGJI UNIVERSITY CAUP外部生成机制形态被环境的“力”改变什么是集群形态： 所谓的集群形态基本类似于建筑理论家杰夫吉普里斯（Jeffey Kipnis）设计的艺术装置作品，该作品体现出一种别样的秩序，看起来统一但实际上完全不同。“图像空间、液态空间、肌理状、模式感和

10、领域形态”可能更接近这种秩序。这些作品没有对形体的一致性的肯定，也不是想象的综合。吉普里斯说道：“总之，我对鱼群感兴趣，它是庞大的、有组织的，又是转瞬即逝的，永远有形，永远变形” 。 艺术家杰夫吉普里斯设计的陈列体系鱼群是庞大的、有组织的，又是转瞬即逝的，永远有形，永远变形。 内部生成机制集群形态和结构鱼群是庞大的、有组织的，又是转瞬即逝的，永远有形，永远变形。 鱼群是庞大的、有组织的，又是转瞬即逝的，永远有形，永远变形。 集群形态永远有形，永远变形。 集群形态 伦敦海德公园的艺廊(Serpentine Gallery），是一个由钢骨架和网状空间结构组成，大小一致的竖向构件与横向构件自由的胶合

11、在一起，形成了蒙太奇式的空间效果。在看似随机分布的钢骨架之间，是380个形状各异、三角形和梯形的镂空或玻璃格子。建筑犹如克服了重力一般，飘浮在草地上。在空旷的建筑内部，人们似乎漫步在虚拟世界的空间里，内心潜藏着的随机性被充分调动起来。 集群建构 国家体育场的“外观即为建筑的结构，表皮和结构达到了完美统一。结构组件相互支撑，形成网格状的构架，就像树枝编织成的鸟巢”。其结构就是表皮，除此之外没有任何多余的装饰。 在外部结构杂乱、均质的外表下面，隐藏着两个受力等级体系：主受力体系由类似车辐条的24对立体框架组成，次级框架相对凌乱地搭设在主体框架的上眩杆上。整个主框架结构的梁柱构件均为桁架式构件。梁柱

12、的结构形式区别在于：柱子为空间桁架结构，而梁则为平面桁架结构。次级框架从外观上弱化了原本由主体框架形成的过于强烈的规律性布局。次级框架的作用主要有两个：一是为主体框架通过侧向支撑，以增强主体框架的外部稳定性；二是对由主体框架形成的间隙进行二次剖分，从而减少单片膜材的铺设面积。“鸟巢”的建构方式是典型的空间结构受力体系。次级框架并非单纯意义上的装饰性结构，而是和主框架耦合在一起，共同构成外部结构的整体空间受力体系。 CAUP建筑系设计基础学科组In Celebration of Materiality 建构、解构和生成4，集群建构其结构体系基于三维空间的最有限分割模型。此结构模型在自然界普遍存在

13、，例如细胞组织单元的基本排列形式，水晶的矿物结构，以及肥皂泡的天然构造。整幢游泳中心采用钢结构，以韦尔费伦结构的改进版本为基础，外涂层是一种叫做ETFE(四氟乙烯)的透明特氟隆。在传统的体育馆中，墙壁和大花板等结构都由纵横交错的立柱和缆线等支撑。然而，在“水立方”中，墙壁和天花板等全部是一个整体。不过，尽管建筑外观和组织结构较为复杂，这种结构实际上建立在高度重复的建构基础上。它只包含了三个不同的表面、四条不同的边和三个不同的角或节点。这种结构上的高度重复，使得国家游泳中心的空间结构体系建造起来并不困难。 CAUP建筑系设计基础学科组集群结构的特征：1，“集群结构”的是建立在较小的一个或几个（而

14、不是多个）基本结构单元重复的基础上。伊东丰雄海德公园中380个形状各异的三角形和梯形的镂空格子、水立方中的“水分子”等都可以被视为这种基本的建构单元。 4，集群建构2，多个基本的建构单元再通过“群化”或者“簇化”形成一个有机的整体，以构成较大或者全部的建筑形体。这也是“集群建构”的由来。3，“集群建构”的生成是建筑空间与结构两者逻辑性的高度统一。即“集群建构”首先是可以自我支撑的结构体系；其次，这种结构体系和建筑的内部空间在逻辑上是相吻合的。4，由空间和结构的逻辑性高度整合的推论就是，集群建构的方式本身还要求具有一定的适应性，可以在设计过程中对建筑内部或外部因素引起各种“力”作出相应的调整，换

15、句话说，集群建构必须要由一定的可自我变形的能力。集群建构 从某种角度上讲，中国传统木建筑中的斗拱就具有“集群建构”的这些特征。首先，由“升”、“昂”、和斗所构成的结构单元就可以被视为集群建构中的基本“建构”单元；其次，单个斗拱可以和其他斗拱连接为一个整体，形成木建筑中主要的结构体系之一。由于斗拱之间的相似性，也为其“群化”或者“簇化”奠定了基础；再者，斗拱层层出挑的结构形式和木建筑屋顶的挑檐在逻辑上是一致的；最后，斗拱可以通过数量和大小形成不同类型的建筑物，这从中国几千年来木结构建筑无太大变化就可看出，其部分原因也正在于和斗拱的这种建构方式具有极大的适应性和有一定的变形能力有关。集群结构的规则

16、 集群结构是由多个基本的结构单元通过“群化”或者“簇化”形成的一个有机的整体，那么，这些基本的结构单元又是如何被“群化”或“簇化”的呢？ 一方面，各基本结构单元可被群化的首要条件就是，它们本身都具有相似性，否则如果各结构单元彼此差别太大的话，是无法进行群化的，更无法构成一个有机的整体。系统论认为，系统的发展过程中，存在着自相似的特点。整体与局部存在着同构现象。如在分形几何中，复杂的形式也经常是由自相似的简单形式衍生出来的。 另一方面，在复杂系统中，同构的组成部分是一个无中心的整体系统，它破除了传统整体中的绝对中心的概念，突出了系统中各要素普遍的相互作用，每个因素都可能成为发展中的决定因素。由此

17、可见，可以被群化的各建构单元之间所发生的共同作用还要遵循自组织性的原则。 集群结构的规则 自组织性和相似性是集群结构适应不同动态因素的根本出发点，同时也是自由、不规则复杂建筑形体生成的基础。 所谓的自组织性和相似性可以用鸟群来形容。人们可以在一群飞鸟中看到集群的自组织作用。鸟群总是以相当有序的方式进行转向、俯冲、滑翔运动，这种有序体现为每只鸟都活多或少地遵从整个群体的运动模式。传统的思维认为这是因为鸟群中的头鸟在控制着其它鸟的运动。然而实际发生的情况是，每只鸟都在对其四周的鸟的行动作出反映，遵循着诸如“跟着前面的鸟飞”或“与右边的鸟保持一定的距离”等简单的指令。这些个体反映的最终结果遵循了集群

18、行为逻辑，它既是个体反应的总和，而在某种意义上，又大于个体反应之和。 4，集群建构的几何学基 础： 尽管复杂性建筑通常表现为一种不规则变化的形体，但对于生成其形体的建构而言，必须还要符合某种规律或规则，以便计算机建立数学关系模型并依照某种逻辑进行演算以推导出最终的建筑形体；同时，这种推导出的形体还必须适合于工业化的生产。对于现代生产技术而言，CAD和CAM的结合虽然已经不需要完全按照标准化构件的方式来进行生产，但它的生产也无法做到完全自由的可能，依然必须按照某种数字模型来进行加工那些非标准的建筑构件。因此，无论是复杂性建筑的设计还是控制建筑的生产与建造，“集群建构”依然需要通过某种几何学的方式

19、来实现这种不规则形体的生成。 集群建构的几何学基础一：分形几何自相似性跨越了不同尺度的对称，形成无穷无尽的精致结构。换而言之，分形事实上是一个动态过程。因此，分形反映了结构的进化和生长过程。它刻画的不仅仅是静止不变的形态，更重要的是进化的动力学机制。 4，集群建构的几何学基 础： 尽管复杂性建筑通常表现为一种不规则变化的形体，但对于生成其形体的建构而言，必须还要符合某种规律或规则，以便计算机建立数学关系模型并依照某种逻辑进行演算以推导出最终的建筑形体；同时，这种推导出的形体还必须适合于工业化的生产。对于现代生产技术而言，CAD和CAM的结合虽然已经不需要完全按照标准化构件的方式来进行生产，但它

20、的生产也无法做到完全自由的可能，依然必须按照某种数字模型来进行加工那些非标准的建筑构件。因此，无论是复杂性建筑的设计还是控制建筑的生产与建造，“集群建构”依然需要通过某种几何学的方式来实现这种不规则形体的生成。 集群建构的几何学基础二：拓扑几何拓扑几何学为当代建筑师们提高了不同于上世纪晚期解构主义建筑的逻辑即用柔软、平滑和扭曲逻辑来替代强调冲突和矛盾的逻辑；同时，它又为那些利用数字技术研究建筑形态的建筑师提供了强有力的理论依据，而不至于被引入到某种无序的建筑形态之中。 集群建构的生成： 英国LAB事务所，墨尔本联邦广场，利用分形几何学生成的集群建构，19972002 建筑被切割成大小不一的各种

21、体量，并通过表皮的折叠将这些体量完全包裹起来；分形几何在折叠的表皮上得到更为直接的反映：表皮的几何来自一种直角边长分别是1和2的直角三角形，被称为纸风车状三角形。每个三角形都有同一比例，并可被分成5个等比例和大小均等的三角形，而每个三角形又可按同一规律被继续分割。这些大大小小的三角形形成了一种既无序又有序的复杂的集群建构的形态。 集群结构的适应性： 马西米亚诺福克萨斯（Massimiliano Fuksas）设计的新米兰贸易展览中心由一系列简单几何形状的建筑构成一个单一的复合体，它的特征就体现在它有一个巨大的中央通道：巨大的轻型屋盖结构在整个通道空间上伸展开来，象“面纱”一样起伏跌宕，并使空间

22、的视觉效果更具连续性。这块“面纱”的表面积超过46000平方米，总长度超过1300米，宽度大约32米。“面纱”的“建构”方式符合我们所描述的“集群建构”几乎所有的特征。 首先，“面纱”的生成是建立在较小的、以2.7m2.25m为基本模数单元的菱形框重复的基础上，整个“面纱”由多达38929个这种菱形框所构成。 其次，这些菱形框所构成的基本“建构”单元再由32000个球形节点相互连接，并通过183个500mm的钢柱所支撑。这些钢柱在12m标高处再分裂为许多细小的分枝来和其中的一些球节点连接，从而将整个屋顶支撑起来。 最后，菱形框、球形节点、分枝状的钢柱所形成的“建构”单元在形式、构造和生产工艺上

23、都是相同或相似的，但整个“面纱”的形态却和重复、单调毫无联系，相反，它是起伏的、多变的，其所覆盖的空间也是复杂和随机的。整个“面纱”的变形是通过将这些“建构”单元通过“群化”或者“簇化”来达到的。集群建构的生成： 对于“面纱”的生成方式，我们从表面上看好像是设计者通过任意变形的方式获得的，但其实它是通过将一种简单的、但数量巨大的“建构”单元，通过“群化”或者“簇化”来达到的变形的目的，既非任意也非没有规律的。 总之，在新米兰贸易展览中心的“面纱”中，建筑空间与结构两者的逻辑性是高度统一的。它一方面表现在“面纱”的结构是一种自支撑的体系；另一方面，这种结构体系和建筑的内部空间在逻辑上又是高度吻合

24、的。当然，最重要的是福克萨斯在这里不仅向我们揭示了“集群建构”的生成方式，而且更重要的是，他向我们展示了这样一种可能性：“集群建构”本身就具有可自我变形的能力，它可以对建筑内部或外部因素引起的各种“力”作出相应的调整。也正是“集群建构”的这种适应性，保证了它在未来的现实世界中是一种具有高度生命力的“建构”方式。 In Celebration of Materiality 集群结构永远有形，永远变形。 集群建构：一种空间和结构高度统一的建筑体系并列空间序列空间主从空间单元结构生成整体结构CAUP建筑系设计基础学科组CAUP建筑系设计基础学科组CAUP建筑系设计基础学科组CAUP建筑系设计基础学科

25、组单元结构生成两维的整体结构CAUP建筑系设计基础学科组单元结构生成三维的整体结构CAUP建筑系设计基础学科组CAUP建筑系设计基础学科组CAUP建筑系设计基础学科组形态生成 网格 折叠 折叠 形态生成 网格 折叠 折叠 形态生成 网格 折叠 折叠 FORMGENERATION形态生成形态生成 网格 折叠 折叠 FORMGENERATION形态生成FORMGENERATION形态生成集群建构：空间或结构单元聚集成为较大的空间或结构体系集群建构的特征：1，“集群建构”的生成是建立在较小的一个或几个（而不是多个）基本建构单元重复的基础上。2，多个基本的建构单元再通过“群化”或者“簇化”形成一个有机的整体，以构成较大或者全部的建筑形体。这也是“集群建构”的由来。3，“集群建构”的生成是建筑空间与结构两者逻辑性的高度统一。即“集群建构”首先是可以自我支撑的结构体系；其次，这种结构体系和建筑的内部空间在逻辑上是相吻合的。4，由空间和结构的逻辑性高度整合的特性可以推断：集群建构的方式本身具有一定的适应性，可以在设计过程中对建筑内部或外部因素引起各种“力”作出相应的调整，换句话