参数化设计到模数单元模拟——从图纸尺度到建造尺度的工程实践蔡国刚

参数化设计到模数单元模拟——从图纸尺度到建造尺度的工程实践蔡国刚

蔡国刚

艾为建筑设计（上海）事务所有限公司上海市200030

摘要：参数化设计是目前常用的建筑设计方法，在深化设计及建造过程中，需要对原设计方案进行简化，以利于方案的实施。本文提出以模数单元化为基本思路，并结合模数设计的思路，对参数化的设计方案进行优化，以利于方案的深化与实施。

关键词：参数化设计模数单元

ABSTRACT/Parameterizeddesignisacommonlyarchitecturaldesignmethod.Intheprocessofdeepeningthedesignandconstruction,itisnecessarytosimplifytheoriginaldesignschemesoastofacilitatetheimplementationofthescheme.Inthispaper,thebasicideaofmodulusunitisputforward,andthedesignschemeofparameterizeddesignisoptimizedincombinationwiththeideaofmodulusdesign,whichisbeneficialtothedeepeningandimplementationofthescheme.

KEYWORDS/parameterizeddesignmoduleunit

参数化设计对建筑的影响主要在形态与立面肌理，如果完全按照参数化软件提供的数据进行生产和制作，在实际建造中将增加建设方的建设成本，并提高了建造的难度。

结合人对尺度的感知，受环境和建筑建造手段（施工、材料）的局限，实际建造过程中是难于达到电子文件的精确尺寸。以参数化设计的初步成果为基础，结合建筑建造的实际需求，人对物体尺度的认知局限等因素进行模数单元化设计与调整，将达到降低业主建设成本，降低了建造难度，提高建造速度。从实际建造过程中中，反而达到提高建造的速度与提升建筑质量的效果。

模数单元化是否会影响参数化的效果？模数单元化是简化还是再设计？如何进行模数单元化设计？模数单元化设计的实际操作上存在哪些难点？以上问题是模数单元化设计是否成功的关键。

模数单元化设计的基本思路是简化，同质与重复；在基本保证效果的基础上，尽量使建筑构件（包括建筑形体）统一和简化。

基本思路就是以重复单元替代非标单元。在建筑设计和施工过程中，主要有以下需要进行简化的情况；

1）多尺度的简化；

2）自由曲线的简化；

3）依托建筑主要结构，进行建筑网格模数的设计与控制；

多尺度的简化，主要指在参数化设计过程中，易出现的多个方向的不规则构件，那通常的方式是进行方向的约束，例如以15度进行约束，将构件划分为15,30,45,60,75,90度6个向度进行控制，甚至于结合现场施工设计相关的施工工具，控制整体施工效果。具体案例可参见绸墙的设计；天津滨海新区中心商务区于家堡金融区临时工程指挥部，；这两个案例在实际操作过程中，均取得了良好的视觉效果，同时也提升了现场的施工速度。

多种尺寸的构件，也可按模数进行简化，形成虽大小尺寸不一，但有内在模数关系的建筑构件，从而达到简化施工，提高建造效率的目的。

自由曲线的简化，最著名的案例是悉尼歌剧院，其基本原则是利用球面或圆形，来达到构件的简化。实际设计过程中，经常被采用的方法就是将椭圆用四点法，或六点法进行模拟；如果是自由曲线，采用多段圆弧进行模拟，并将圆弧的几何特征尽可能的简化，例如将圆弧半径尽可能采用整数；在划分圆弧幕墙的过程中，圆弧的弦长尽可能取整数；当圆弧单元在到1-2米范围时，圆弧可以考虑直接变成直线拼接的建筑构件，形成多边形的效果。在UNstudio事务所设计的上海长寿路189购物广场，利用直线与直线连接时用圆弧连接，也能营造出自由曲线的感觉。

在参数化设计过程中，许多设计师为追求变化，而忽略实际建造中建筑材料尺寸的约束，常会出现超大或超小的构件。参数化设计深化必须结合立面控制尺寸及建筑的柱网尺寸进行调整，容易控制建筑外观和室内空间效果。尺寸与网格控制在知名的设计师及设计公司的作品都有突出的表现。以贝聿铭事务所设计的苏州博物馆的室内楼梯设计为例，其尺寸控制非常严谨，但严谨中也有错缝等活跃元素，从而实现建筑与室内效果的统一；通过网格统一建筑与室内的的突出代表是迈耶，在迈耶的设计作品中，网格控制形成了一种强烈的风格及个人特征。以自由、活跃闻名的捷德事务所，其建筑细部控制也是非常严谨，并遵循网格的控制的原则，在上海的正大广场室内设计中通过模数控制，统一了室内多规格的石材与玻璃，形成良好的室内空间效果。

在实际操作上，通过模数单元化的方式对参数化设计进行模拟的难点，通常在于度的把握。比如曲线的模拟，通过模数单元化的方式模拟出来的曲线，确实不如原来曲线流畅，通过将部分拐点放置在视觉不重要的位置，或者适当增加圆弧的数量；设计过程中可通过通过模型对关键节点进行模拟和推敲，从而把控建筑最终的建成效果。

建筑网格的度的控制也是难点问题。尽管自由立面的思想早已提出，在实际操作过程中，柱网系统与幕墙系统相呼应，能提高建筑的观感，同时降低建造成本。为初步达到参数化设计的效果，设计师面临多种网格的选择，实际操作过程，通常为2种网格复合运用，或结合模数单元设计，通过统一模数控制网格的分布，达到类似自由分格的效果。。

在数字化设计与数字化建造的时代，为建筑设计提供了更多的可能性，我们也看到依据数字化建造原则实施的知名建筑，如毕尔巴鄂古根海姆博物馆，广州歌剧院等作品。考虑实际的建造成本和效果，应用模数单元化的模数控制的方式和思维模式，更利于在低技、低成本条件下，将建筑从纸上建筑成为实际建筑，从而提高建筑的建成效果。