编织形态建筑参数化表皮设计研究

申帅兵， 庞春美

（华蓝设计（集团）有限公司）

1 编织形态建筑表皮特点

编织形态建筑表皮设计原型一般来源于日常生活中的编织纹样，如竹编，织物编织等。特点是将传统的编织纹样具象化处理，结合建筑材料以及结构受力特性，形成符合建筑使用要求的装饰或受力表皮。除了美学以及地域特色的文化表达外，还可以结合建筑的采光、通风等要求达到特定的效果。

2 编织形态研究—以竹编织为例

2.1 竹编织基本形态

竹编作为常见的编织，制作原理是通过挑压不同数量的经纬篾条形成不同的编织图案，篾条的数量、宽度、间隙的改变带来感观上的千变万化。竹编工艺在我国有着极大的实用价值，且种类繁多、历史悠久，具有深厚的文化底蕴。全国竹编的形态据不完全统计有180 多种，而且还在不断更新迭代发展中。传统的竹编织形态主要有十字纹编、人字纹编、三角形编、六角形编、圆口编、菊底编、收口编等。

通过对竹编织纹理进行研究学习，并了解竹编制作的基本原理后，我们可以将常见的编织形态归类为四种基本形态：十字纹编、人字纹编、三角形编、六角形编（见图1）。通过调整影响编织纹样的变量如篾条宽度、间距等，四种基本形态通过变化组合即可形成十分丰富的编织品类。

图1 竹编基本形态

2.2 参数化还原十字编织（挑一压一）

挑一压一竹编法是篾条相间排列，隔一条编篾压一条径篾，径篾与编篾做垂直交叉，多根篾条做一压一挑十字编织（见图2）。

图2 参数化还原十字纹编织成果

①在Rhino中建立曲面并拾取到Grasshopper的Surface电池节点中；

②运用Isotrim 电池搭配Divide Domain²电池将曲面按照UV 方向分割为大小相同的网格，分割的UV数值对应网格数量，而网格数量则决定了横竖竹编篾条的基本数量；

③Area 电池可以提取每一格矩形网格的中心点，并按照横向和竖向两组分别进行分组排列，横向使用Dispatch电池进行分组，竖向需要在Dispatch电池前添加Flip Matrix电池调转点的排列方向后再进行分组，间隔筛选出需要的点并使其向Z 轴移动波峰波谷来得到高低起伏的效果，使用Weave及Interpolate电池进行连接形成起伏的结构线；

④得到结构线之后就可以将其使用Extrude 电池挤出成面，赋予一个数值来实现调节竹编篾条的宽度及厚度尺寸。最后运用Custom Preview电池可以给对应的结构体赋予材质。

3 建筑表皮的编织形态

我们通过大量的类编织的建筑表皮案例的分析，研究表皮的形态、肌理等表现特征，从客观的表现特征和主观的认识感知，分析总结出编织类建筑表皮的分类，本文将其分为三大类六小类表皮形态，以此将此类型的建筑表皮更好的与编织形态进行联系结合[1]。

3.1 格栅表皮

形态特征：有强烈的序列感和方向感，往往强调某一方向排列达到主次分明的效果。

纵向格栅：强调竖向肌理，通过竖向的构件有序的排列形成韵律肌理，通常利用竹木的天然特质，营造自然宁静的气息，引起观赏者精神上的共鸣，凸显地域文化特征，同时有着良好的采光和通风等物理性能。纵向格栅通常主要强调竖向的线条感，横向线条起辅助衬托或者支撑的作用。

横向格栅：强调水平的延展和体块的舒展感，可以是直线也可以是弧线，与纵向相反，横向格栅主要凸显横向的线条感，竖向线条起辅助衬托或者支撑的作用。

3.2 格构表皮

形态特征：通过不同材质线条不同方向的交织搭接形成网格，网格形态变化丰富，有三角形、菱形、多边形等等，肌理上通过交错的图案网格形成平面或曲面的韵律感和构成感。

平面格构：平面格构往往呈现在一个基本平整的平面上，平面的弯曲率变化很小或者没有曲率，通过格构的单元形态组合变化呈现丰富的光影变化。

曲面格构：曲面格构顾名思义与平面曲率明显区别在于格构的平面有弯曲的变化，通过调整格构形态和曲率变化，呈现比较现代化、飘逸轻盈的表皮造型。

3.3 构成表皮

形态特征：通过直接赋予图案或者采光洞口形成具有平面构成类的特殊效果。

图形构成：图形构成往往会结合参数化技术，将图形转化为构成的表达方式结合立面材质变化，形成图形在立面上的映射效果，图形可以是具象的也可以是抽象表达。

渗透构成：渗透的原理是在表皮上进行孔洞排列，孔洞的形状多种多样，有简单的圆形方形，也有复杂的多边形，结合参数化技术对孔洞进行编序排列，这种方法通过在表皮上做减法达到比较美观实用通透的表皮效果。

以上三大类六小类表皮既是常规设计中常见的表皮形态，又可以利用参数化技术，利用编织的原理进行还原，将类编织表皮进行归类后，方便表皮设计选型与编织更好地结合。

4 编织类表皮参数化生成

4.1 参数化建模原理和步骤

现阶段参数化表皮的建模原理（见图3），通常是根据方案的表皮设计理念，确定想要表达的表皮形态和意向。然后运用参数化的逻辑将抽象的概念具象化处理，梳理好生成表皮的规则算法逻辑[2]，规则和算法再进一步细化成各类参数，将这些参数用数学原理联系起来，初步形成想要表达的表皮结果，再根据实际效果反馈优化规则算法和参数，最终形成表皮方案。

图3 参数化表皮建模原理

通过对建模原理的理解，我们策划出参数化建模三大步骤：划分全局网格、设计模块形式、设定变化原则。

划分全局网格：大部分编织类表皮是由大量相似但又不同的网格划分作为基础，所以，参数化表皮设计的第一步就是从全局出发划分建筑表皮的网格形式，网格种类有三角形、矩形、菱形、六边形以及一些异型网格，网格划分在建模的时候可以直接在曲面上划分，也可以用平面网格拟合建筑形体。

设计模块形式：单元模块是表皮某一个网格或某一组网格的表现形式，模块的形式决定整个表皮基本表现手法，是决定建筑表皮表达内容的基础。

设定变化原则：变化原则是影响单元模块产生连续变化的主要因素，经过划分全局网格和设计模块形式之后，基本具有参数化表皮的雏形，如果加强表现效果，我们需要进一步设定变化原则，将这些网格模块去映射设定的变化原则，达到丰富多样的表达效果。影响变化原则的因素很多，有外部环境如历史文脉、自然环境，有自身影响如建筑形象和建筑技术，可以将这些影响因素抽离成具体的参数因子形成变化原则。

4.2 项目应用

该项目位于贵港市覃塘区，项目包含了酒店、商业、康养、研学等多种业态的建筑类型，编织表皮设计应用于酒店（见图4）项目的二层裙房立面，表皮设计理念结合广西地域六角纹编织和足球多边形元素后提取六边形作为表皮基本模块。

图4 九凌湖足球训练基地酒店效果图

1）划分全局网格

在Rhino中建立所需的光滑表皮模型，并拾取到GH中，使用Hexagon Cells电池将曲面进行UV方向的划分，保证UV 满足一定的比例[3]，通过调节输入UV的数值，即可控制划分的六边形网格的数量。

2）设计模块形式

提取每一个六边形的中心点，根据每一个中心点的位置，使用Polygon 电池在中心点处生成多边形，且多边形的尺寸大小需比初始的六边形的尺寸要小。调节Polygon 电池内的Segments 的参数，可增加或减少多边形的边数量；提取出六边形以及生成多边形的边，使用Ruled surface 电池将边进行桥接，根据需求调整相应数值，即可得出需要的单元形态；根据不同的编号提取出六边形元素的边，使用Rotate Axis 电池将所有元素沿线段方向进行旋转，旋转角度可根据需求任意调节，即可得到单元沿轴旋转的效果。

3）设定变化原则

在从Rhino 建立的表皮拾取入GH 的基础表皮上，建立具有一定函数图像规律的一条曲线；添加Pull Point电池得到每个六边形的中心点到曲线的距离，将该距离重缩放并使用该距离数值作为六边形的缩放数值，应用规则为距离曲线越近则缩放数值越大，反之距离越远缩放越小。

5 结语

通过研究编织基本形态和类编织的建筑表皮形态，将他们进行归类总结，同时学习认识地域特色元素，结合参数化建模原理和建模步骤，共同形成一套具有地域特色的编织形态建筑参数化设计逻辑，希望以此指导实际项目的方案设计过程，达到既高效又美观的目的。