从草图到计算机建模

从草图到计算机建模摘要：结合大量案例，介绍建筑形态推敲与研究的方法，集中讨论建筑设计的三种手段：概念草图、体量模型和计算机建模及每一种方法的优势及相互间关系。关键词：概念草图体量模型计算机建模现代建筑设计所涉及的范围、内容、手段、材料等已经和文艺复兴时期的建筑设计相去甚远了。尤其是与“技术”相关的部分，更是日新月异，一日千里。然而与“艺术”相关的部分，与“人性”相关的部分，却仍有待人们进一步思考和探索。技术与艺术是建筑设计互为依托的两个方面，其中任何一个缺乏或者发展不够健全，都将不同程度地影响建筑作品的质量。本文涉及的范畴在建筑形态的推敲与研究上，结合大量案例，集中讨论建筑设计的三种手段：概念草图、体量模型、计算机建模。熟练掌握设计的手段是良好的开端，然而，建筑设计作品的好与坏更大程度在建筑理念、设计理论与指导思想的建构之中。一概念草图是建筑设计中建筑师创意的集中体现每一个好的艺术作品产生的前提，必然是“胸有成竹”，“意在笔先”。建筑创作过程中，概念草图便起到了这样一个作用。所谓概念草图即指建筑师在创作意念的驱动下，在平日知识与经验积累的大背景中驰骋思绪，将复杂的关系抽象、简约成相关的建筑语汇。这种概念草图很大程度集成了建筑师对于建筑的理解，是一种研究性质的图示语言。通过对尺度、细部、空间关系、质地、明暗层次、对比、阴影等等的设想，体现了建筑师在理论与直觉、已知与未知、抽象与具体之间的探讨。所以，这里所说的概念草图也非仅指人们通常理解的建筑外观图。它包括了建筑绘图语言中的种种方式：从反映环境关系的总平面图到体现细部构造的节点大样图，从表达功能关系的平面图到浓缩空间形态的剖面图等；同时，它也包括建筑师灵感突现时勾勒下的可能是无序的线条等。如重庆一中图书馆与科技楼设计概念草图。它通过对校园整体环境、外部空间形态、建筑形态、建筑内部采光通风等概念研究，初步确立设计项目在设计者脑中的印象。随着设计深入，细部构造研究也是其中的重要内容。概念草图的推敲工作对笔者来说往往是设计各阶段中最酣畅淋漓的时候，它充满着创造的快感。就个人而言，我更喜欢推敲建筑的剖面关系，因为空间的观感直接影响到了使用者的情绪，而揣摩“空间虚体”也正是建筑设计的乐趣所在。所以，从建筑师的概念草图中，人们也往往能够发现设计者的原始意图，体会设计者灵感的火花。正如他们的作品一样，每个建筑师的草图都有自己的风格。柯布西埃的线条内敛而有深度，路易斯·康的草图严谨而深邃，斯特林则稚拙诙谐，罗杰斯的概念示意黑白分明，盖里的草图则颇有中国草书味道。我一直对英国建筑师诺曼·福斯特很感兴趣，不仅在于他精美的建筑作品从香港汇丰银行到法兰克福商业银行；从卡瑞艺术馆到柏林议会大厦改建，无不体现出其精湛技艺，而更在于其浓厚的生态设计意识。在他的作品中，不仅表达出清晰的结构逻辑，而且对于自然环境因素自然光、自然通风、地貌、植被、景观资源等的考虑总是占着很大的比重，从而影响了建筑的形态设计。他的草图，寥寥几根线条简练而清晰地反映出他的设计概念，而这些概念则充满理性的力量。概念草图是建筑师脑、眼、手分工协作的结果，是建筑师创意的集中体现。我们提倡设计阶段的初期多多使用概念草图来解析设计思路，因为一是概念草图较少依赖其他工具，建筑师靠一支笔、一张纸能够较快地跟随思维的变化，将脑中的点点滴滴记录下来并随时修正、演进；二是概念草图阶段往往决定了后期的设计方向，犹如轨道之于火车，决定了其前进的方向。与其他手段相比，概念草图具有更重要的意义。概念草图是人脑综合其知识经验对于设计项目的理解；也是建筑师个人审美情趣、设计理念的反映。而体量模型和计算机则是建立在概念草图基础上的验证手段。但是，同样由于概念草图相对抽象，缺乏实体观感，设计者脑中之影像与未来实体可能存在差距，而这则有待体量模型与计算机模型的辅助设计。二体量模型是辅助建筑师推敲形体关系的有力手段中国自古便有“烫样”，用来展示建筑未来之形态。但这里更加强调的是体量模型。所谓体量模型是指设计过程中，建筑师通过各种材料（常用纸板、泡沫板、泥塑等）快速展示设计各阶段的成果。体量模型往往使用单色，它不强调建筑的细部与色彩，更强调群体的空间关系以及建筑形体的大比例关系。人们常用“远看有势，近看有形”来形容某一建筑或某一艺术品的观感，相对来说，体量模型便在于建筑势态的推敲上，宜远观，不宜近视。体量模型是辅助建筑师推敲形体关系的有力手段。方式之一在于群体关系的研究对比。通过设计区域邻近建筑的体量模拟，观察群体空间并将设计之形体落于场地之中，再体会群体空间之感受，这非常有助于建筑师的全面思维。这种辅助手段的设想，体现了建筑师在理论与往往突破建筑师的单向思维（建筑师通常考虑主干道、主景观面的影响为多），拓宽其考虑的范围。另一种方式则在于建筑本身的形体比较上。日本建筑师芦原义信在《外部空间设计》中提到的加法与减法是用模型研究建筑形态的好办法。通过体量模型的增加与削减，可以非常直观地得到预期的效果，而且，通过体量模型来验证、调整设计构思是一种有效的设计手段。在重庆北碚某片区设计竞赛项目中，体会最深刻的有两点：一是空间雕刻确是建筑设计的关键，“实”“虚”共生，虚体设计涉及到人的活动心理、使用舒适度等方面，而要使空间不“失落”，关键在于研究空间的使用模式；二是意趣与效率始终很难协调，意思是，适当的拥挤、适当的开放有助于促成空间的亲和和意趣，可以想像，当乌衣巷被现代化成大马路时，使用效率是提高了，可是也就再没有机会遇到“撑着油纸伞的姑娘”和“她那太息般的目光”了——戴望舒《雨巷》中的唯美情境恐怕就此难寻。现代规划管理制度均质化地限定建筑间的关系，可能会有效率，可是却往往丧失了空间的意趣。在设计项目的可行性研究中，图纸的表达始终要经过人脑的反馈，需要一个从抽象到具体的过程。而体量模型是最直观的方式。体量模型通常采用面材如纸板和块材如泡沫塑料两种做法，它们各有利弊，只是纸板模型相对泡沫模型可以做得细致些。制作泡沫模型需要单独的工作室，切、割、削、磨等通常是白沫满天飞。而纸板模型则不然，一张桌子，一瓶乳白胶，几块纸板再加切割刀等工具即可。它对工作环境要求较少。总的来说，泡沫模型比较适合于体块的推敲，而纸板模型则更适合于建筑面与面交接关系的推敲。程泰宁先生使用大量的体量模型来研究群体关系与建筑形态，给人留下深刻印象。程先生不仅用熟练的手头功夫来表达他的设计构思，而且善于利用各种手段来完善其设计。他这种利用体量模型来推敲建筑设计的方式值得学习。和概念草图一样，用体量模型来推敲设计有其优势，也有其弱势。如上文所说，“势”态研究是体量模型的长项，“形”态研究（从形体到细部，从建筑表皮到内部空间等）则需更加细致的辅助设计手段。三计算机建模更加生动形象模拟真实环境与建筑细部技术的发展给人们的生活带来了便利，也给建筑设计带来了新的设计方法。利用计算机建立设计模型，从内到外，从空中到地面，从任何一个设计者需要的角度来观测建筑的外观形态、内部空间、细部设计等，给了建筑师更为逼真、生动形象的建筑观感。甚至，计算机还可以模拟人在建筑中的行走路线，以一种亲身体验的方式将建筑未来的使用状况展示出来。这是体量模型和概念草图难于达到的；确切地说，计算机建模补充了以上二者的不足，完善了建筑设计过程中的手段。如重庆一中科技楼是一个比较全面的例子。从总平面关系到建筑细部，方案做了多种的比较研究。用计算机建立模型的一个心得是，最好将模型分为几个体块。自然所指的体块并不是软件中“层”的概念，而是将建筑分解成几大部分来建模。因为这是研究性质的模型，需要不时地修正、增加或削减。所以体块建模的方式有助于减少推敲过程中的返工量。在此可以对比计算机模型与概念草图之间的关系。虽然，建模的工作很辛苦，但能从多角度来观测建筑的形态，是建完模型后的最大乐趣。另外，线框模型相对实体模型要简单一些，数据运算量也要小一些。但在群体关系研究中，线框模型却能发挥很大的作用，可以很快模拟群体与城市空间之间的状况。同样也可以从多角度、动态地观测，获取小区在城市中的整体印象。图中的几个案例都是在Ｒ１２软件中建立模型，后在３ＤＳ中赋予材质。赋材质的工作也很简单，仅将门、窗、幕墙等虚的部分赋予玻璃，其他则保留其原有属性。动态、逼真、模拟真实情境是计算机的长项。这种设计方式需要强大的设备、先进的软件包，以及耗费相当精力来录入资料。设计—资料输入—运算—观察—反馈—修正设计—资料更新……这一过程相对其他两种方式更为复杂，是一种验证设计的详尽而精确的方法。利用计算机建模来推敲建筑设计已经是世界上众多建筑师常用的设计手段。比如，美国建筑师盖里的设计方法与传统的设计方法已是大相径庭。他不仅使用体量模型来推敲建筑形态，而且将它和计算机结合起来，通过强大的软件包来完成他那扭曲而复杂的建筑设计。另外，许多高技派的建筑师像皮阿诺、福斯特、格雷姆肖等不仅将计算机用于建筑的形态分析、细部节点分析，还更将其用于一些定量性的计算，如通风、采光等，来达到室内环境的最佳效果。在提倡使用计算机建立模型推敲建筑形态的同时，我们强调不要丢掉了纸和笔。因为目前似乎有这种倾向——人们往往有可能因为注重事物的一方面而忽略了其他方面。人脑的跳跃性、模糊性思维与计算机要求的精确数据运作之间尚存在相当差距，因而过分依靠计算机操作通常将影响设计的推敲。筹四优秀建牙筑作品产诊生的前提没在于建筑肚师对建筑岂本身的理犁解返从概念草侧图、体量钉模型到计祝算机建模督，无论那眯一种设计居手段，其哀目的是为尤了创造更控好的建筑称作品。在幅这里，我舰们提倡将兼三种设计杏手段综合乌起来，从曲立意构思炎、赔“灶势拘态且”索营造到建吸筑形体、倦空间关系铜与细部设马计都能够济一一俱到轻，不要顾盟此失彼。柏同时我们济也强调将刷这些设计涛手段在设凶计过程中答加以运用棍、研究、饰比较与推酬敲，而不不仅仅是将喝其作为建希筑设计最惊终的表现宪方法。我掘们不说建虹筑表现图锄、不说建阀筑模型、涉不说计算凝机表现图刚等，因为稠这些都是殃设计最终碑的表达方兔式。与上驴面三者相守比，它们毛可能显得漏更为精致盗，但是，凑缺乏对建块筑本质的棵研究，仅落停留于对严光鲜外表张的追求，这并不为人细们所倡导创。段还记得同告济大学演耍讲厅中赵那鑫珊先生欣的慷慨陈咬词叔：娘“呼技术的进墓步是飞快剪的，而人瓶脑的进化棒是缓慢的帐。兴”寸他的话让骆我反思建驶筑的发展浮历程。确个实，建筑舒技术的发犁展是迅捷碗的，而建辉筑师的脑姿瓜却并不尿见得比以注往的同仁哗聪明多少殿。他的职捆责范围可畅能比以