基于参数化设计下的数控空间形态研究

王仕超，白梦华

（四川美术学院，重庆 401331）

1 研究背景

如今的计算机数字技术发展十分迅速，参数化设计凭借这样的一个数字化平台，使用者可以结合其他相关的理论知识进行新的设计方式。作为对于参数化设计的初步研究，本文以笔者自身的设计课题为主体，探索参数化设计下空间表达形式的可能性与多样性，利用数字软件技术，从最基本的空间原型开始着手，逐步衍生到现代建筑空间的利用，创建更为多元可能的空间形态，为现代空间设计做出更大的贡献。

2 参数化设计下的数控空间形态

2.1 主要内容

数控空间形态研究，第一步，从最简单的型体为切入点，衍生出基本的数控空间结构，进行组合、分解、集合从而研究数控空间的基本性质。

第二步细化到源于有机形态的数控空间，例如源于数字秩序逻辑空间结构、仿生态逻辑条件下的数控结构等（任选其一），从有机形态数控空间中发现创新性的空间内容。

第三步将参数化与艺术相结合，探索艺术的新奇表现形式。如基于抽象人工形态数控空间、蒙德里安抽象主义绘画数控空间营造等（任选其一）。

第四步进行当代著名建筑数控空间结构转换研究（任选其一），例如柯布·西耶建筑形态数控空间演绎、弗兰克·盖里建筑形态数控空间演绎和文丘里建筑形态数控空间演绎等。

2.2 数控基本原型

本文的研究从数字控制的三原型入手，即球体、方体、三角体。从简单的体块空间中找到数字规律，并加以衍生应用，进而反思现代建筑的空间语言和建造方式。简单的几何原型也是一个空间的存在，笔者通过对几何形体的空间划分，创造出了多个空间几何体，每个集合体内都划分出了若干个子空间，由子空间形成集合空间，如果把垂直方向的切片设为墙体，或空间隔断体，那么每个横向的切片可视为空间平面，后续再从基础数控原型进行推演。

在数字控制的基础上，对几何空间进行分解，通过Grasshopper（草蜢）来对数据进行控制，几何形体的容积不变，内部子空间可根据数据进行自由控制，调整数轴Y 轴、Z 轴方向空间数量，数值越大，划分子空间的数量就越多，空间容积越小；数值越小，子空间的数量就越少，空间容积就越大。通过这样的数字手段，设计师就能够更好的把控空间形体、大小、尺度等数据变化，选取最优的方案数据。

这只是数控空间的初步应用，用来加以证明空间的数据化与可视性，第二步就是通过数控基本原型背后的逻辑关系进行各种空间类型的模拟。

2.3 仿生态逻辑条件下的数控空间结构

提取自然形态仙人球为空间形体，研究发现仙人球有其特有的中轴对称，单元旋转阵列排序的空间结构，其相对数字化的结构方式是作为数控空间研究的理想载体。首先利用RHINO 的曲面建模模拟仙人球的生长结构，如图1 所示，概括提取研究对象的空间特征，以植物丛生生长的概念形成一组仙人球空间结构。其每组单体采用16 根中轴对称垂直结构作为主要支撑结构，表皮特征延续仿生结构的曲面肌理，整个空间结构皆为曲面，没有直线造型。

图1 仙人球组合形体结构

通过数控基本原型的研究方式将对象进行切片处理（如图2所示），细分为中心结构切片与表皮切片，用简洁的数字切片概括仙人球的基本形体，内部中空，形成空间。从Grasshopper 中计算横向表皮切片的参变量，依据实际建造的尺度信息，设定切片间隔为150~250cm，这样既能够保证空间结构的稳定又能够组织造型中的疏密关系。

图2 仙人球数控空间结构

最后将数字模型按照1:1 比例进行实体建造（如图3 所示），将数字切片整理进行排料（如图4 所示），横向与竖向切片采用传统插接结构（如图5 所示），切片之间相互联系成为整体，并没有用到第二类连接节点，仅靠自身的结构关系进行搭建。在竖向支撑立柱上增设底部连接结构，铺设龙骨，用多孔盖板将结构相互连接牵引，使整体更加牢固。

图3 空间建造过程

图4 排料图局部

图5 插接结构

自然形态的空间建造，相比于传统的空间模式更具体验性和生态感，尤其是像仙人球等自然对象内部所蕴含的数字逻辑，在仿生态逻辑条件下，数字化空间仍然有迹可循，这对于现代建筑空间是一种新的尝试，同时也是一场开拓式的空间延展，打破传统对于空间的固有认知。

2.4 基于抽象人工形态的数控空间

这部分是对空间结构与艺术作品相结合的研究方向，从经典的艺术作品中吸取灵感，尝试运用三维数字语言模拟艺术空间形态，最终选择了著名雕塑家亨利·摩尔作品《女人体》进行空间提炼。摩尔的雕塑作品构造曲线造型优美，充满女性人体的想象，例如本次的研究载体“斜卧的女人体”，摩尔的作品包含着很多寓意。其作品一如他的气质——温和而简洁。将其作为数控空间第三步的延续是对之前仿生形态空间的进一步理解。

首先，同样用Rhino 曲面模拟雕塑形态（如图6 所示），在确定好形态载体后，按照数控基本原型的切割方式，进行横向与纵向的数据切片，分割空间，分别排料好切片分组（如图7 所示），将所有连接部分开好插接口，采用双向插接的方式使形体更加稳固。

图6 Rhino 雕塑数字模型

图7 摩尔雕塑横向、纵向切片结构

第三部分的实体模型建造采用了“有机玻璃”——亚克力板为原材料，亚克力通透的质感能够更直观的反应空间在其内部的形态变化。方式运用了数控机床的辅助，将分类好的切片排序整理，罗列在CAD 图纸之上进行排料，在传输致数控精雕机的控制面板，用切片图纸进行雕刻，以达到更加精确的亚克力切片板材，提前计算好插接口位置，最后将切割好的双向结构进行实体拼接（如图8 所示）。

图8 摩尔雕塑数控空间

实际建造出的数控摩尔雕塑通体透亮，这不仅只是对于数控空间形态的研究，同时也是一件空间艺术品的创作，艺术与空间往往不可分割，材料与建造的表现形式也是本文的主要研究方向之一。

3 结语

随着参数化的逐渐普及，运用到设计领域的机会也越来越多，用数字控制形态比传统设计多了一份理性，多了一份内部蕴含序列。但是参数化设计仍然只是设计的一部分，往往只是一些辅助手段，最重要还是提升设计师自身的设计素养与职业的自我要求。数控空间仍然有着多种多样的形态等着我们去发掘运用，参数化设计对于数控空间的把握确实有着自己的优势，所以我们需要好好的利用这一优势进行设计与创造。但是在追求参数化研究带来的创新形态之外，同时也要注意理性的设计原则，避免过度痴迷于创新而引发设计内容的存在性。用正确方式运用参数化方法研究更多的空间形态，探索参数化条件下的数字空间更多的可能性。