未来室内外设计研究新视角

谢良辰

关键词：《曼达洛人》美剧 室内外设计 场景设计 参数化设计 建筑设计

引言

一段时期以来，学术界研究探讨传统室内外设计的偏多，而针对以参数化设计角度对未来室内场景设计，室外景观设计，建筑设计则未有较详尽的研究。文章以《以实验的名义参数化环境设计教学研究》著作与美剧《曼达洛人》为基础，结合国外参数化室内外设计及建筑设计案例，从美剧中室内外场景设计特点出发，对其外在参数化特征进行分析，在探究美剧场景设计呈现参数化设计方法的设计成因的同时，较为系统地解析这一影片中场景设计的参数化特性，并运用场景模式特点与国外现实案例进行分析，总结出有设计价值的思考，为我国新时代参数化室内外设计及建筑设计提供了参考思路。

一、參数化设计的发展

（一）参数化设计：在当代设计中，“参数化”作为一种计算机技术，它定义了事物之间的关系，通过在变量与输出之间建立关系，形成衍生关系。“参数化设计”是借助计算机运算技术，量化了事物之间的参数化设计逻辑，形态的形成，发展，变化都可以通过参数化的改变来实现，从而获得自由，动态，复杂，多解的形态，为设计带来了无限的可能性。参数化设计，经过20世纪90年代的萌芽，在21世纪初的今天如雨后春笋般呈现出勃勃生机，以一种不可阻挡的发展态势深刻影响着城市设计、建筑设计、景观设计、室内设计和产品设计等各个领域。扎哈·哈迪德事务所的合伙人帕特里克·舒马赫将这种设计风格称为“参数化主义”。

（二）国外研究现状：国外参数化设计发展较早，成立较多研究参数化的工作室，扎哈·哈迪德开创了一个21世纪建筑美学的新时代。她设计了广州大剧院，费诺科技中心，北京大兴国际机场等作品。帕特里克·舒马赫，自扎哈2016年去世以来，舒马赫一直领导着扎哈事务所。他的团队设计了沙加总部，毕尔巴鄂银行总部阿尔瓦卡拉体育馆，忠利大厦等作品。[1]如今，国外具有代表性的建筑师为扎哈·哈迪德，以及合伙人舒马赫对参数化主义建筑设计发展有很大影响。

（三）国内研究现状：主要基于南京艺术学院，詹和平与徐炯主编以《以实验的名义参数化环境设计教学研究》这本书籍，其中介绍了参数化设计理论概念以及参数化设计实践，以及国内苏州金湖双年展的布尔算子案例等。

二、参数化设计在美剧《曼达洛人》中场景设计的表现

（一）细分与重组：从电影中酒吧电动门的造型设计上，已经通过八边形的特种钢进行细分与重组，设计师通过拆分获得基本具体单元，在影片中则为钢制几何形材料，如图1。细分后的块体单元还可以包括一些更为抽象的构成元素，例如某个复杂的曲线可以分解为更多段的可以用数学公式精确描述的曲线。细分的目的是为了重组，在当设计师面对数量庞大的基本单元时，可以通过重组得到与细分之前完全不同的结果。其基本指导思想是局部之和大于总体。基本单元重组后形成的特定关系，这种关系往往就是参数化设计中最为核心的参数化关系。[2]

（二）简单规律迭代：图2中的室内通道走廊的八边形设计上能够体现简单的分形。这个方法和参数化设计的理念和过程基本一致，预设一套形式逻辑和变化规律，然后通过对同一个元素的复制和简单变化来达到形式生成效果。比如旋转，移动、缩放、拉伸等这些最基本的变化就可以了，或者说是一个简单的数字公式，比如分形。这种方法很重要的设计理念，就是创造一种形式生成的法则，然后通过人工去实行。[3]

（三）复杂系统的数字生成：涌现理论与形态发生：图3中灯带的形态发生为突变过程生成规则，生成非对称性的灯带模组结构，使空间中的科技感增加，并运用非线性设计，使空间氛围更强烈。复杂的形式和体系起源于进化过程，物种的产生、生长也是复杂过程，是在特定环境下的突变结构，遗传型结构与遗传环境互动的结果。近年来，建筑学的方向就是运用这些算法形成一个能生产复杂，合适的建筑形态的生产工具。涌现生成理论的计算机方法论将各种生成理论，L系统，细胞自动机，运用到建筑设计中。[4]

（四）数字化设计：图4中的室内走廊中，有着对称式的灯带模组设计，但其设计的理念均按照二进制代码从而在墙壁上产生局部灯块的铺贴大小，为数字化设计在室内空间数字化照明算法的体现。数字化是将许多复杂多变的信息转变为可以度量的数字，数据，再将这些数字，数据转变为一系列二进制代码，引入计算机内部和功能都是用数字来完成的，这就是数字化设计。

（五）参数化建筑设计：图5可看到该建筑镶嵌在山中，建筑外立面多为立体几何状的非线性设计。这是参数化建筑设计在剧中的体现。参数化建筑设计区别于我们通常的操作逻辑，这一设计方法将计算机的语言逻辑和参数关系视为控制形态的关键，计算机的超级运算能力作为一种新的思维形式被引入未来的建筑设计中。[5]

（六）参数化视觉形态的语言：新技术为灯带与结构美的结合，增加了结构系统与元素融合的创新性，分别为灯带条，灯带的不同视觉形态的表达，增加了空间中的科技氛围，如图6。从数字建构方式生成的建筑形象进行视觉审美层面的分析，可得出非线性空间形式，这其中的结构逻辑，表皮处理，仿生变形正在成为新技术手段下生成形式美感语言的重要因素。结构的形态语言中，结构成为形态的审美要素，从形态学来说，指物体内部各组成部分之间的节点，框架及其构成关系，结构则是一个包容着各种关系的总体，这些关系由可以变化的元素构成，元素之间的关系改变会导致结构系统发生改变。[6]

（七）表皮形态的视觉效应：图7中的灰色水泥建筑表皮与灯带的完美结合体现了参数化表皮形态语言在建筑表皮的应用。表皮形态视觉效应是建筑中数字建构利用各种参数算法的手段生成建筑的雏形，这既是一个找形的过程同时也是一个产生优化结构的过程。数字建构模式下，表皮被赋予新的审美意义。出于对环境可持续发展的兴趣，设计师致力于研发智能结构或使用新性能的材料减少环境的能耗，传统材料通常也会在编程，代码，参数等非物质化过程中被赋予了新的物质性能。[7]

（八）源自仿生学启示：图8中机库内部的室内设计，其内部按照蜜蜂的巢穴形式按照有规则的形式排列。其内部利用蜂巢结构的空间相互平行悬挂，并与地面垂直。是仿生学在剧中室内建筑结构的体现。

设计师们应关注自然形态的结构，仿生学成为启发设计灵感的源泉，它可以为设计找到表现方式，传达设计内涵，提供设计素材。自然物的形态结构是选择与过程复合作用产生的结果，有时我们在自然中发现的形式往往能启发一种全新的思维模式。[8]

三、美剧中参数化设计方法在国外室内外设计中的应用探索

（一）细分与重组案例——BUGA纤维材料展亭/ICD-ITKE德国斯图加特大学

此展亭的设计理念是将计算机技术与大自然的结构原理相结合，孕育出真正具有创新性且完全数字化的建筑体系。它的承重结构由机器人制造，材料来源于先进的合成纤维。[9]使用玻璃或碳纤维加固的塑料，这种材料是实现该设计的理想化选择，因为这些材料具有自然合成材料的特性，如图9。展亭共使用了150米的玻璃纤维及碳纤维。缠绕编织形成空间的纤维，每根位置都须经过严谨的设计和生产，需建立一种新型设计方式，将建筑设计、结构工程以及机器人制造这三个体系通过数字化信息回馈进行联系，并保持结构的制造可行性，如图10。

展亭共400平方米，高为23米。外表皮采用了预压处理过的ETFE透明薄膜。主要的承重结构为60个承重的结构单体组成。材料轻巧，只有7.6千克/平方米，是传统钢材结构的五分之一，如图11。

（二）简单规律迭代案例—阿尔托大学木材艺术中心

2017年，图12是由20名学生组成的团队，建造出一个艺术中心。此舞台是半永久建筑，它以方形为基础形状，以便提供适合多种表演形式的自由空间。该设计容纳了一个表演主舞台和60人座位区。三角形形式的变化确定了舞台的墙体形状和开口方向，也是项目的结构元素，如图13。屋顶的几何形式遵循迭代相同的原则，通过梁的设置形成抛物线结构，将屋顶往上升高以强调舞台的所在位置。图14中的墙体和平台结构在项目工作室里完成云杉单板的预制后，由工厂生产的胶合层积材梁，覆盖物的胶合板利用数控切割以调整适合的几何形状，在现场于同一天完成组装。[10]

（三）复杂系统的数字生成：涌现理论与形态发生案例——双曲线“绿巨人”陈设装置

2017年，在罗德岛大学艺术中心入口处，双曲线曲面在空中伸展，在明亮绿色曲线中，三个不同的边缘向不同的方向发展，中间是有吸引力的圆孔。[11]观者易被形式、图案、高度和纤细度所吸引，如图15。图16中的铝结构的形状是双曲线的，三维的双曲面可描述为一个线性元素形成的平滑无限曲面。其结构依赖双曲率来支撑。图17，增加一个褶皱的基础会增加对横向载荷的阻力，超薄的铝壳将表皮和支撑结构融为一体。图18中其明度由孔隙度表示，外壳的切割来自于复杂表面的模拟流动。此项目遵循迭代开发和原型设计的过程，最终形式是一个高6.7米、宽7.6米、深9.1米的建筑。

（四）数字化设计案例——参数化平台设计住宅

该项目位于加勒比海域最大的岛屿，图19中的业主可自行选择地块进行住宅开发，根据需要选择1到5个（组成房屋的最小空间单元），进行自由组合，确定房屋朝向和面积。的下面是组成住宅的最小空间的装配示意图，是由一系列预制组合而成的，一个高4米，面积35平方米的3D单元。[12]除了基础的功能区，比如卧室、衣帽间之外，还可以挑选当地供应商生产的定制家具。家具模块和空间布局样式定制化建模，如图20。

参数化设计是该项目最大亮点：扎哈团队和计算工程团队共同开发的这套参数化设计平台，能确保每栋住宅都是按照业主自定义的配置。用数字化设计在设计个性化住宅进行定制以及加入参数化设计个性定制住宅。

（五）参数化建筑设计案例——立体渐变，P?leSimoneVeil多功能运动中心

图21中的商业建筑于2021年建成，它从砖制仓库的典型形态中汲取灵感。[13]这是种带有双坡屋顶的都市景观，它将效率归功于运动空间，它的材料与亚光陶土砖的遗产配置相呼应，表皮由拉丝不锈钢板制成，充满活力，如图22。此建筑拥有一个“透明的体量性”，能够从字面的比喻上展示其所容纳的活动。

图23中的建筑室内回应了建筑外表皮，采用清晰的主题，具有家庭色彩，其木材构建了平和的总体氛围，且增加了幸福的感觉，这源于其亲近生物的作用。其中，受益最大的是大型运动厅，拥有一个全木的悬挂拱顶，遵循复杂的几何形式，如图24。

（六）参数化视觉形态的语言案例—棱镜装置，彩色丝线打造网状透明空间

2018年的棱镜装置，是由不同透视视角集合所带来多变的光线，色彩，及空间体验。图25中的每块装置都便于人们探索其外部，以及曲折的半透明走廊。[14]绳子在钢筋的格栅之间编制成网格，线绳之间的间隔提供了半透明的效果，产生了摩尔纹的震撼视觉效果，如图26。

图27中该项目占据了相对于其重量而言更加密实的体积，形成了高度富余的结构。[15]其运用的材料为扎带，伞绳，钢筋和黑色光线。粗钢筋的连接比光滑钢条更好用，因为其使用了绑带扎接而非绳结连接。核心首要目标是整体效果使大众能够沉浸在大尺度的空间体验中，如图28。

（七）表皮形态特点案例—混凝土“筒仓”建筑表皮

2017年的筒仓，是哥本哈根诺德塔的改造项目，图29中的17层的前谷物筒和该地区最大的工业建筑已经被改造成“筒仓”，具有住房公寓和公共功能。

图30的筒仓外观已被重新覆盖，由镀锌钢制成的棱角分明的抛光阳台安装在外表面上。这使建筑保存纤细高挑的特点。设计师保留筒仓精神，从内部改造成新的居民区并创造周围的城市生活空间，采用镀锌钢做立面，保留原有的港口特色和材质，带来粗糙和原始的美感，如图31。谷仓原有的空间，被改造为38个独特的公寓空间。单层和多层公寓的面积从106平米到401平米，层高最高可达7米。展示所有的公寓都有全景，落地窗和阳台，还有几处保存著原始混凝土构造。窗户的框架被隐藏在现有的混凝土墙的外面，如图32。

（八）仿生学特点案例

1.海胆结构为灵感的装置ByICD/ITKE。图33中的展亭展示了分段木材外壳的机器纺织制造技术，壳式结构的仿生学研究，其特点为双重自下而上的理念，基于天然的分隔板结构仿生研究及薄胶合板的机器缝纫技术应用。图34，从对沙钱的构建形态分析出发，开发出一种可以弹性弯曲双层段胶合板的制造技术。将纤维缝合技术引入木材建造，使得轻质且高性能的木壳模块成为可能，如图35。

2.壳式结构的仿生学研究。图36中的对海胆进行的仿生研究转化为该项目的建造概念，发展出新的木板外壳的建造方法。在该项目中，深入分析天然的分段壳形结构，以探索它们所具有的特点。图37中在棘皮动物的门分类下有两类物种，分别是海胆纲（海胆）与楯形目（沙钱），其生长过程中形态化原理和程序化原理，都在建筑设计领域有极大的发展前景。研究人员收集了大量物种的图片，深入了解海胆和沙钱复杂的体内结构。结果显示，这些分段轻结构的性能有单体片状碳酸钙的排列形式和双层系统的几何形态，如图38。

3.木的材料逻辑与结构逻辑的应用。图39中的基于沙钱的生物性原理，发展出类似沙钱次级生长机能的双层结构，用作该装置的材料体系。建筑构件由极薄的木条制成，图40中的木条经过特定的复合过程，使木纹粗细符合所要求的硬度，以达到变形效果。木条弯曲成预设好的形状，并通过机器缝纫来固定。151个构件由此生产出来，最终组合成一个双弧面壳形结构，如图41。

4.分段木材外壳的机器缝纫技术。图42中的木材具有出色的机械性能，薄胶合板尤其易见，多个连续接口适用于较大的建筑单体构件。胶水黏合的连接处则普遍需要透过强压或复杂的模板來提供胶合技术所需的压力。

该项目中机器缝纫技术的研发，能将分段单元的变形胶合板木条连接，单个木条构件的组装与变形过程由一台工业机器人协助完成，然后由一台定置式工业缝纫机将这个预制好的模块固定并缝纫成形。图43中的在制造过程中，机器臂首先将模块过一次缝纫机，以连接所有木条，沿着模块边缘的槽操作，加强层压效果的同时把PVC覆盖的聚酯纤维薄膜贴上，形成了模块间系带式的咬合连接。机器操作臂和缝纫机实现一体化，均通过一个特定编码的软件控制，如图44。

四、参数化场景设计和国外案例对未来室内外设计的思考

1.细分与重组的轻薄玻璃纤维及碳纤维新材料，可让陈设装置艺术展现较好的观赏性。2.木材料板的规则拼贴和对称布置能够创造协调的校园娱乐空间装置艺术。3.室外装置艺术表面可用涌现镂空点状结构特点和形态变形达到形态异化效果并选用环保绿色作为主基调。4.参数化数字模块室内空间设计，家具预制设计和参数化的个性化住宅定制设计能创造更精准的数字化设计住宅。5.运用涌现理论，细分重组和场所精神，以及使用亚光陶土砖和拉丝不锈钢板材料可设计出具有幸福感的商业建筑设计和共享室内办公空间。6.以彩色丝线打造网状细分重组的钢条，扎带，伞绳以及粗钢筋的连接配合可对临时装置表皮带来强烈的视觉效果。7.在旧建筑改造中，可用镀锌钢材料，体现建筑表皮美感并保留当地文脉主义特性。8.壳式结构的仿生学思维和木材料逻辑与结构逻辑的应用以及分段木材外壳的机器缝纫技术能创造出仿生学特点的展亭。

结语

本文首先介绍了参数化设计的概念和国内外研究现状，接着从参数化设计在美剧《曼达洛人》中场景设计的表现和参数化场景设计在国外室内外设计中的应用探索，分析得出剧中参数化场景设计特点和国外实例对未来室内外设计的思考。让我们感受到了参数化设计模式在共享办公室室内设计、室外陈设装置、数字化设计、建筑表皮设计、商业建筑和改造项目中的应用潜能，并对未来我国参数化环境设计实践提供了更好的设计构想和思维方法。