优秀课设 | 参数化+中国风=美到炸裂？看广州大学小哥哥用毕业设计谱写心中的极乐净土！-优优课设计学堂

优秀课设 | 参数化+中国风=美到炸裂？看广州大学小哥哥用毕业设计谱写心中的极乐净土！

2020-07-02 12:12:113215浏览

参数化

以下文章来源于TransAxis设计坐标，作者TransAxis

非常感谢

TransAxis设计坐标

授权建筑小学堂分享以下内容

（本文已授权，转载请联系该公众号）

精彩大图开场！

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嗨喽大家好呀！本期为大家带来一篇极具浪漫与硬核理性的研究生毕业设计作品——基于算法逻辑的现代中式建筑设计方法研究。第一次看到设计作品图纸的时候，小编被那仙气飘飘、美轮美奂的效果图惊艳的屏住了呼吸——中式建筑居然还可以创新到如电影画面一般迷人！众所周知当代中国建筑教育基本沿袭西方的建筑学框架体系，而对于传统中式建筑基本给予“摒弃”态度，深究原因杂多：国人文化不自信、前辈言论威严过大、细节过于具象、体系创新困难、空间适用范围局限等等因素极大地限制了其发展。而本文作者借助算法与参数化技术，勇于挑战探究当代中式建筑创新设计方法，并提出自己对于天人合一的在地文化城市的构想与探索，尽管无法做到面面俱到、逻辑贯穿严谨，但是能有这样学生勇于站出来，结合本土文化提出新的见解与尝试实属不易，应当给予鼓励与敬意~

与此同时，本文作者与TransAxis设计坐标主编也有一段有趣的“前缘”，感兴趣的读者可以在文末吃瓜查阅，这里就不多加赘述。

好，下面就请来自广州大学霍安为大家娓娓道来他心中创造的“极乐净土”！

背景介绍

研究主题：基于算法逻辑的现代中式建筑设计方法研究

设计作者：霍安（广州大学UAL STUDIO)

课题性质：研究生论文课题研究

指导老师：邓毅

本次设计的课题是《基于算法逻辑的现代中式建筑设计方法研究》。主要内容是通过自己探索一种以传统中式建筑木构架为蓝本，运用传统建筑空间构架的原理，由算法逻辑构成的现代中式建筑的创新设计方法。

本次设计主要从三个方面进行研究：

1. 第一部分从中式算法逻辑与参数化设计展开探索，梳理分析了传统建筑原型“玖檩楼房”

2. 第二部分着重创立基于层次系统下和算法逻辑的设计方法，包括界面，族群，空间形成的设计框架

3. 第三部分则是该设计方法下的实例研究，来验证该设计方法的可行性

用建国同志一句话概括——

课程选题

先介绍下学校的工作室哈，对于传统建筑的研究一直是我们工作室的惯例，工作室的蔡凌老师和小伙伴们一直以来致力于侗族木构建筑营造，并且与港中大合作的高步书屋在2019年荷兰阿姆斯特丹举行的世界建筑节( World Architecture Festival )获得公民与社区类项目最佳设计奖。

在这种氛围下我很早就开始思索是否可以用现代建造思维和技术重构传统建筑设计，使之既兼顾传统创造逻辑又合乎现代技术手段？在此驱动下，我开始一段道阻且长的研究之路。

一般而言，论文的前面部分章节需要很多调研来当作背景和材料支撑。比起此时在英国留学大开眼界的工作室小伙伴，在国内较好的学习资源则为本土环境与在地性建筑。为了搜集研究各地本土中式建筑，我满怀信心地踏上了学术调研之旅。

我主要调研了长江流域的许多民居，也去了中国西部、南部等一些自然地区，信息采集不限于传统建筑样式，也包含人文，景观。途中接触到许多少数民族人群与他们的居所——如羌族和侗族的民居还有客家民居，通过测量拍摄、观察、询问，记录过程中的所见所闻。

与此同时我也在部分村落中做过一些设计展示，这是村民围观时的场景。如此别样的汇报总真是让人元气满满的一段经历呢~

相比于建筑的专业性和技术性，长途跋涉之旅让我能够更加深入地了解这片土地和它上面存在形形色色的事物（包括人）。相比之下一直闭门造车研读建筑本体将自己视野限制太多，本土文化比起构筑物本身更加有意思。

课题研究的初衷是从现有新中式建筑体系中找寻突破与答案，但是随着实地考察中关于人和物探究的深入，我愈来愈发现古建筑原型和古人的创作思维完全可以帮助我们更深入地探究并解决问题。因此整个课题顺势转向围绕传统木构架的算法逻辑，构件模块化的关联，探索通过各级构件组合生成建筑的思路体系。

概念生成

不知道小伙伴们是否读过梁思成先生的《为什么研究中国建筑》，里面有一段话写的很有意思：

研究实物的主要目的则是分析及比较冷静地探讨其工程艺术价值，与历代作风手法的演变。知己知彼，温故知新，已有科学技术的建筑师增加了本规的学识及趣味，他们的创造力量自然在不自觉中雄厚起来。

——梁思成《为什么研究中国建筑》

此书读罢让我产生了一些疑问：

传统建筑为何如此营造？

中国古人在创作中的种种奇思妙想根源是什么？

纵观古今，无论艺术创作还是建筑创作，都遵循一种特殊的创造哲学——“做繁”之道。古人通常喜欢用繁多的“器物”来组成个体，再用个体组成群体。如汉字中的“笔画”到“诗词”，画作中“山石鸟云人屋”到“大画幅山水画”，古建筑的“构件”到“建筑单体”等等，诸如此类均是这种创作哲学理念的体现。

当然 “做繁”并不意味着“做乱”。“杂而不乱”是考验中国古人创作水平的关键，也是中国文化的精髓所在。

所以我意图围绕传统创作哲学与不断完善的新型技术手段相结合，为建筑创造提供一种新思路。

源于木构的建筑原型

经历一番调研与资料查阅后，我带着问题和导师一同开始商量课题研究的入手点。

既然身为入手点，那么原型本体就要具备一定的规范性和通用性。虽然调研的民居众多，但种类繁多且做法不一，各地的房屋都有自己的个性，很难选出一个最具代表性的原型个体。于是乎，我便把目光投向《工程做法则例》，这是一本能和《营造法式》齐名的中国传统古建筑类书籍。它的记载多为官式建筑，内容翔实，包含诸如滴水歇山正楼，转角楼，箭楼方等各种传统建筑原型，同时也记载了这些原型的大木、小木做法，以及尺寸数据等。

我从中挑选了卷四的楼房作为原型的基本构架，名为“玖檩楼房”，书中有详细的官式规范与数据，包括大小木作制式。其屋身为双层楼房式布局，屋架有9根檩条，建筑主体两层，上下层前后两道，硬山屋顶。这样的构架模式对后面设计探究可以起到很强的变动适应性。（当然还有个原因—— “简单易懂”）

《工程做法则列》中“玖檩楼房”部分空间分解示意图（作者自绘）

设计方法框架

我的设计方法框架很简单，以传统界面为核心，增强可变性空间体系以及模块化细分的构件系统。其整体逻辑顺序为“界面（宏观）——构件（微观）——空间（中观）”，以界面为基础分别向构件和空间进行延伸探索。

设计方法各环节关系图（作者自绘）

设计方法框架图（作者自绘）

4.1

界面

首先对传统界面进行研究。在《华夏意匠：传统建筑设计原理》中，李允鉌指出了传统建筑屋身的几道界面层次，同时建筑的构件、空间的划分都与界面层次密不可分。传统建筑从屋檐逐步向内空间过渡，各类构件均按照由外至内的框架体系放置，形成了以界面为构成的层次设计体系，这是整个框架的基础。

传统屋身三维构图的三个标准层次（来源:华夏意匠）

这张图表达的是屋身由外至内的层次划分（对应1，2，3），同时空间也被逐级划分为外空间，过渡空间，以及内空间。（ps：推荐下神书，这本比建筑史那几本有意思多了，描述更为具体）

4.2

构件

中国传统建筑和西方整体化一的古典建筑不同，如果将其拆解你会发现有n多的小构件。

界面系统划分和算法分级的背后，蕴含着建筑的构件系统，构件系统代表着建筑每一个细部构件，设计建立构件系统可以对设计系统的模块化细分把控。界面为这些子构件提供工作平面和工作轴，为构件放置提供支撑。

工作轴

用乐高类比一下（网络图片）

算法逻辑下的建筑，更多是族群的组合、搭接，不同族群的组合可以呈现不同的建筑形态，我们可以通过多个单一个体构件组成简单的“开间建筑构成体”，再通过“开间建筑构成体”组成完整建筑。通俗来说就是1+1=2，2+2=4，以此类推。（可以联想下乐高积木）

清工部工程做法则例卷4：”楼房“各部算法逻辑关系图（作者自绘）

上面这张图就是“玖檩楼房”的算法逻辑图，你可以理解将一个巨大的木头（柱子的宽度）按照一定的数学关系切分成小木头，再将小木头按照数学关系切分成更小的木头，依此类推下去……直到最小的构件尺寸，各个层级尺寸比例关系均以数学关系式指导并约束。

这种尺寸逐级约束的关系，是不是类似于参数化系统？每一种建筑都有一套完整的算法逻辑。可惜古人没有电脑，其记录与再构都十分的麻烦。

算法逻辑是参数化体系设定与搭建的核心。与上面算法逻辑图一样，大构件关联自己子项中的小构件，如：开间—墙/门/窗—窗框。当然构件形制的设计原理较为复杂冗长，这里就不多赘述了~

算法逻辑关联参数，参数关联构件（作者自绘）

最后是构件的参数化系统。

假定初始参数为开间，接下来墙体、窗洞、门窗，还有其他七七八八的构件都是由原始参数控制的，这样就保证了多大的开间对应多大的建筑体量，建筑的子构件也符合对应的尺寸范围。

构件参数化设计系统（作者自绘）

Ps：整理样式真的多到绝望，希望ai机器人赶快替代我这种手残

4.3

空间

在完成上面两大类的探索之后，对于本课题我们还要思考的有建筑空间的灵活性与可定制性，目的是为了应对多样化的建筑功能以及设计系统的调整可适性。如果把空间比作建筑的本质，那么在传统空间语境下以算法逻辑为基础，就可以探索空间创作的更多可能性。

传统大木构建筑中的梁柱体系非常关键，梁、柱可以在特殊位置和尺度下形成围合感。最基本的框架具有三个维度的构件——作为竖向支撑的柱子，进深与面阔两个方向的梁。空间的改变需要其中两类构件的调动，构件的主次强弱可以对空间划分产生影响。其中当梁构强化时，梁所限定的围护空间具有极强的空间感与领域感。

框架空间的认知对应古建筑空间

如果你观察古建筑久了基本可以发现它们有很多共性，例如——界面可以决定空间的内外还有虚实。如民宅内的梁柱组成的天花区域，宫殿建筑中诸如藻井更是强化这种空间。

当强化柱的时候，可以和梁一起形成指向感，在建筑中产生空间方向趋势感，这一点无论在中国还是日本建筑中都体现的淋漓尽致。如故宫太和殿与京都天龙寺正殿，由于大屋顶的覆盖，过渡空间非常大，连接院前禅景和内部主室后让人能够体会外部自然空间向内部人居空间的延伸感，园林同样类似。而在普通民居中，由于各种限制，所以用进的方式结合中庭替代外部环境，继续创造保持这种维度感。

以小观大的空间思考

我对于空间的入手点是“观画”，观画体系具有写意性。中国画的写意性并不是将看到的视觉内容转译为真实，更不固执于物质现象的自然属性。古人往往把物质现象作为在构成中“缘物寄情”的媒介来表达想法意念，从而使中国画在构图时摆脱了时空观念的限制以及原有自然属性约束，形成一种“以小观大”，从宏观上把握的思维。

单一空间一般分为六个方向面域，即屋顶面、地版面、环绕四个方向面。当人身处单一空间中，对空间的感知与界面的开闭程度有关。人们可以通过视觉、听觉感知周围，每个界面的可视度将影响人在空间中的感受与判断。

如果将建筑空间抽象为山，人则游于山中。框架的并置、位移、转向、拆解、压缩等变换可以创造游于山中千变万化的视觉感受。（通俗点就是山水画和园林中的视线原理的借用）

空间的属性和虚实的限定

空间的模拟

好~来到整个框架的最后一个环节——空间的模拟。前面提到了界面可以决定空间内外虚实，那么谁能决定界面呢？答案是柱梁。我们需要控制的变量就是柱子的矢量位移，可以通过赋予perlin算法，最后再去筛选我们想要空间的框架~

（https://blog.csdn.net/qq_34302921/article/details/80849139）

Perlin函数对控制变量的位移

用原始函数对变量矢量位移模拟来改变原有限定空间

柱进深变化对空间状态的影响

完成柱子的矢量位移后，我们可以重新界定空间属性，原有的外空间、过渡空间与内空间受到柱子位移重获新定义空间，甚至可以产生混合空间。这种模拟可以为之后空间功能的定义提供支撑依据。

空间虚实

本来到上一步我便打算结束了，但是总感觉少了什么……直到后来我看到了下图这个，淦！我把最重要的空间虚实忘掉了！

为什么空间虚实是我考虑的范畴呢？

红楼梦第6回《賈寶玉初試雲雨情劉姥姥投奔周瑞家》

红楼梦第7回《寶釵談病配冷香丸薛姨嫣托周瑞送花金釧周瑞笑香菱形》

上面两幅描绘的是红楼梦第6回《賈寶玉初試雲雨情劉姥姥投奔周瑞家》和第7回《寶釵談病配冷香丸薛姨嫣托周瑞送花金釧周瑞笑香菱形》，不难看出，传统空间创作中就有关于空间视线的认知考量，即同一片区域内的空间虚实能塑造出各种独立的氛围与主题。

算法模拟

关于空间虚实，首先联想到的是通过遗传算法对视线回避进行模拟。遗传算法能帮助我们通过构架基础模拟整体空间在不同情况下的开闭和程度，并得到最优解。

视线回避原理：线段交点代表着独立所处位置有多条视线通道，当交点越多时意味着通过此处的视线通道越密集，此处局部空间的开放度高，反之则低。

在这里，我要安利一个堂主关于这类算法的思路。有一个设计是通过使用遗传算法模拟视线从而布置景观座椅，目的是为了避免不同座椅区的尴尬的对视。其中给出的关于视线回避很实用的算法，有兴趣的可以点击后面的网址链接一探究竟。

（http://www.rhinostudio.cn/course/709）

受此启发，我也对同一框架中每一个小空间和其余空间的视域进行视线模拟，让设计的可操作性更强。不过因为时间和知识有限，我能想到的方法只有这个，希望之后能重新修改和添加算法。

遗传算法视线回避（作者自绘）

在遗产算法的模拟下，我们可以得到局部空间视线通道的多种样本，在此基础上通过算法调整，得出各条件下的细微变化，最终筛选出所需的空间。

用遗传算法对视线回避和视线交集进行模拟

视域路线对空间虚实的影响

当然了，空间也可以筛选，我们对遗传算法结果中的虚实构架再次模拟微调（退火算法），保证视域空间大体方向下的局部变化，帮助我们对方案多样性进行归类与研究（如某一区域需要最大可视范围）。

筛选过后，我用参数关联族群把控整个系统，框架算是大功告成了！

算法下的空间筛选和优化（作者自绘）

模块化建筑设计

至此，我们拥有了界面、构件、空间这三个关键词后，就可以进行建筑层面的组合思考了。（哈哈哈，就是乐高拼装了）

通过对于整个体系的研究，将原型进行梳理并转译为新构架，再将新构架演变为建筑。在计算机参数化辅助的技术成熟后，可以为无数用户进行个性化定制，其模块化的设计思路更便于提供预制化建造方式，未来可以应对更大体量、乃至群体的建筑需求。（希望有一天装配式建筑成熟了，人们通过手机可以选择实现他们所想要的房子）

通过计算后的所得空间框架的乐高拼装（作者自绘）

5.1

单体设计

接下来就进入单体深化设计了，我们设定了三种建筑类型——公共类、居家办公类和休闲商业类。

居家办公类（soho）和休闲商业类（作者自绘）

园林类（作者自绘）

我用其中一个单体举个例子，可以称其为雀台，它是一个由两组框架体系构成，具有文化性质的建筑单体，功能包含棋牌、洽谈、艺术创作等。

单体由穿插在不同垂直位置的一对系统框架构成，两组框架承担相应的功能。整体而言，这样可以保证功能合理分区与视线的交错。

由于空间设计重点在于观画，因此对于空间数字化模拟的策略主要是从内部空间着手考虑，希望通过构架模拟，算法筛选，族群搭建构成一个可让人们置身其中的文化空间。每个单体围合空间均可与周围空间互动，形整体空间气氛，达到游园却非园的体验。（相当于微缩园林）

整个建筑分为3个标高段，两个框架共同拥有中间标高段，保证了建筑的可连接性。两组框架首先针对界面进行变换,运用perlin函数时缩小频率、振幅倍增，使得变换方向趋向让垂直的框架在连接处形成互补嵌套关系，这样能为空间的模拟获得更适用的框架。

空间模拟要兼顾同标高界面，保证视域的整体性和行走的贯穿性，参数的设定集中于两个框架的共同模拟，遗传算法帮助我们均匀的分布视域最好的开放空间，从而视线密集区将作为整个步行系统的节点，将这些节点串接在一起可以很好的形成一条没有固定道路的路径，使人游于其中而不知觉。

族群的放置需要将园林的观感和体验带入、窗洞、门洞、露台、廊道、阶梯等作为族群组合的元素。

清郎世宁《三月赏桃》（网络）

构件替换可带来设计变动，通过计算机可以整体调整界面构件，产生全新的别具一格的空间和视觉体验。

接下来这张图请横屏观看哦~

5.2

集群设计

如果将前文所述的理念从单体建筑构成转变为集群城市，那么又可以呈现出怎样精彩绝伦的状态呢？

“城市再构”通俗来说就是将我们的一般类建筑和园林类建筑进行融合形成一个完整的城市体系，这个体系应该包含相对完善的交通、物流运输以及自然环境等体系。

去过古城的人应该都能感觉到，传统城镇的风貌往往呈现出一种均质的状态。普通房屋都大同小异，只有公共建筑才会有特殊形制，整个城市面貌具有很强的次序感。

在此基础上，园林类和一般类单体建筑可以组合起来形成一组完整的城市群体，该群体将天人合一，道法自然的传统思想以及现代的技术条件和生活方式融为一体。

在国画中常见的潇湘八景中八个主题中，我比较喜欢《秋山万木》和《江城求访》，其画卷中屋与景的协调性堪称典范。

所以，照葫芦画瓢，便有了下面的城市构想。

城市地址选择在自然环境较好的云贵山林地带，当地气候炎热，而且潮湿、多雨，为了通风、采光和防盗、防兽，这里的传统建筑大多使用下部架空的干阑式构造，这种住宅的布局和结构富于变化，利于我在此基础上进行构想。

同时建筑之间合理的街道尺寸形成了良好空间氛围，适合人漫步其中。由于独特的山地地貌，其本土建筑往往依山而建。由此观之，新构想的聚落可否依山势而建，形成连绵不绝的集群城市？

对来访者来说，城市中优秀独特的建筑带来关于这片土地的美好记忆！

国内大多数城市面貌千篇一律，冰冷呆滞的建筑立面在各个角落中重复。因此，我决定从传统的阳台空间入手改变城市的建筑立面。在构想中，阳台空间不再是家家户户的独立空间，在保证安全的前提下，它将成为人们日常生活交流的公共空间。

建筑立面也不再是单调的墙体，而将成为人们日常活动的平台。由于摆脱了私密性的要求，阳台也不再是一个个单元格，而是能够互相连接贯穿的公共活动平台，从而使得建筑群成为一个和谐统一的有机体。

如果选用装配式建筑模式进行施工，城市可以在此语言体系下一直拓展下去。人们甚至可以在互联网选定方案进行个性化定制，在大系统中寻求属于自己的小天地。（这算是参数化设计带来的好处吧，可以大规模生形与个性化调试改动）

当城市变为一个有机体时，楼、房、阁、台、石、木、桥、舫等单体都会融于其中，各元素相辅相成，变为一个均质又相互独立的集群。城市的均质从古代的平面布局转为三维立体关系，人与自然和谐共存。至此，我的研究从原型及算法逻辑走向单体，单体之间组成城市，其中流程和体系环环相扣，并相辅相成。

一个没有界定的均质建筑群体，乡村和城市的概念被模糊

结语

最后展示的是我自娱自乐制作的局部手工模型~

这些算是个人的兴趣爱好，不过没有完全达到自己想要的感觉（木头多砍了一节，本来有有一节很苗条的枝干）

设计项目快进入尾声，整个研究过程耗时3个多月，文献整理和写作又花了一定时间，即便如此我还觉得本次研究性设计中仍存在些许不足的地方，比如空间的实用性、构件组合规律、构造思考等，同时屋身之上的屋顶空间潜力巨大，也可以大做文章，未来有机会的话我会继续思考探究下去。

我对未来科学技术非常感兴趣，我认为建筑学应该尝试融入更多新型技术，如果能将传统的思维理念与哲学体系与新型科技结合，进行挖掘并再创造，一定能碰撞出别样的火花~

最后，比起建筑的吸引力，我更喜欢本土的文化内核，在此之前身为课程助教时发现越来越多的年轻人萌发了这方面的意识，希望以后能遇到更多志同道合的伙伴。常言道——人生数年道不孤，愿与诸君斜共饮。

也许今后这片土地无法再现唐宋繁荣之景，但抱有一定的幻想也是不错的嘛~

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