真正有用的-建筑参数化设计概念梳理

这是一篇刨根问底，踏实到真正脚踏实地的文章，能点击进来的你应该也是求甚解的知音，很高兴能与你分享这些思考。今天的主题是试图澄清一下云山雾罩的“参数化”这个词。

参数化设计，这个词在国内的建筑圈子其实是很大程度上被曲解了的（曾经）。有些人觉得它只是探索制造形体的工具，有些人则将其定义为一种设计的思考模式，还有些人称其为一种跨领域的有机整合平台。想必读者肯定也接触过其中的一些，这里我们不评其他，只是平心而论，其中绝大多数的提法，或由于扎根于纯理论土壤，需要巨大力气才能与实践发生联系，或其本身就的确不够自洽，又或者虽然本身是自洽的，但其存在的意义却似乎站不住脚。总之对于真正求甚解，还手痒想要实践的人来说，其实都有些隔靴搔痒。如果你也有这种感觉，请尝试暂时清空之前的既有认识，花几分钟来看一眼今天我想说的这个“参数化”。

那么说对于“参数化”真正理性自洽（而且还能看懂）的解读到底有没有呢？我斗胆提一句，其实这个解读是有的，只不过如要真正自洽，它起点会太低，以至于绝大多数人太浮躁难以看到它。下面我会尝试将其整理出来成为一个小小的系列文章。（这一期主要讲了其中最核心的基本概念：“参数化”。从这一基础向外推论，将会得出一个非常自洽而且美好的知识体系，各种有关参数化工具的概念都可以有自己的一个恰当的位置。）

极简关键词：

“参数化”=“数字化描述”+“联系”。

“参数化、非线性、算法设计、空间句法、计算流体力学、遗传算法、退火算法、深度学习…”

在数字化技术蓬勃发展的今天，诸多容易让人不明觉历的概念和工具开始充斥在设计领域。可是它们究竟是什么，之间有什么联系，是否可以互相结合产出新的可能，却鲜有真正清醒之人。

笔者是一个技术亲和体质的重度逻辑控，从2011年接触了第一款参数化建模工具开始，就一直对数字化设计的更大全貌怀有诸多的好奇、疑问甚至质疑。探索和研究也从未停顿，本系列文章将致力于梳理当下常见的有关数字化建筑设计的概念群组，努力使其形成联系并构造出体系。在系列的终点，你将会看到一座明晰的概念框架，当今存在的有关数字化设计的各种概念都可以在其中找到准确的位置。

0号概念：“参数化”

这是我们整个体系中最根基的概念，相信也是很多朋友并不完全清晰的名词之一。所以首先我们需要澄清一下“参数化”这个定义。相信我，这次你会真正弄懂。

“Parameterization”（参数化）这个词去掉了一系列的词缀之后，是“Parameter”（参数）。“参数，也叫变量。”换句话说，所谓“参数化”就是把一个事物或者问题用参数来表示的行为。还是抽象？那换个词，其实在我们的领域中，“数字化”这个词会更加容易理解。我们可以把各种各样的东西“数字化”掉。举个例子，如果我们把针管笔和丁字尺所绘制的一张墨线图纸给“数字化”了，结果便是CAD图。

详细解释一下：墨线图纸上有大量的线元素，而我们可以非常方便地用两个点来定义一条直线，进一步，每个点又可以用一组数字的坐标来定义，比如（0，0）就是坐标原点A，而（20，10）便是点B。当我们把A和B连接起来之后，就得到了一条精确的直线。至此，我们找到了用数字来描述点，进而描述一条线的方式。曲线则有它自己的定义方式，但归根结底，也还是用一系列数字来定义它。

在CAD图里每一条线都是由起点，终点的两个点的坐标所定义的，这里的起点，终点的坐标，便是这条线的参数。如果墨线图里的每一条线都被我们翻译成了一组组点的坐标，那么一张针管笔绘制的图纸，就被我们“参数化”成了一张“数字图纸”，也就是一个CAD文件。究其本质，依然是用数字化的方式，来重新描述了这样一张图。

可见，所谓“参数化”并不是什么抽象难以理解的东西，只不过是用数字的方式来描述一个东西而已。那么我们为什么要做参数化呢？这个更简单，因为电脑只能理解和处理用数字来描述的东西。只有把墨线图数字化了之后，我们才能利用电脑强大的计算能力来处理这张图。

接下来的问题就是，参数化到底有什么切实的好处呢？

一个词来回答这个问题：省时间。

想想我们在cad里画线的效率，和用针管笔丁字尺作图的速度对比，更不用说拿着刀片切图改图，然后切漏了还得全重新画一张的情况。。。

除了不需要拿着刀片切图之外，参数化还有一个真正划时代省时间的好处，就是“建立联系”。举个例子，当人们发现可以把墙的位置和门窗的位置建立起联系，然后在门窗遇到墙的时候自动把墙修剪一下的时候，“天正”这种神器就出现了。再后来呢，如果我们把层高，门窗尺寸，楼板形状厚度，材料和造价，甚至结构，水电的相关信息都联系起来之后，BIM的概念就变得呼之欲出了。（BIM：建筑信息模型—Building Information Modeling或者建筑信息管理–Building Information Management）我们都知道在BIM软件中最基本的好处是我们只需要修改一个数字来改变建筑的层高，接下来的梁柱高度，门窗位置等等的一切其他东西都会跟随着更新，附带自动生成的平立剖面图，门窗表，造价等等的信息也会随之改变，并且你的修改是否会对水电等其他专业的配套设计造成修改需求也会一并检测到。还记得上面提到的“参数”吗？我们改的层高这个数字，就是用数字化的方式描述好的一栋楼的一个小小的的“参数”。

这，便是扣在了“省时间”这个词上。

这些时间省下来之后，带来的就是更快的方案迭代速度，改一次设计的成本降低了，自然就可以多改几次，那么方案当然可能被改的更好~

还有一种更加广为人知的省时间应用，就是生成“炫酷狂拽吊炸天”的形体。这里有一个细节需要说明一下，用参数化工具形成的形体理论上来说都是可以用徒手绘制出来的，只不过是仰仗于计算机的快速计算能力，极大降低了这种形体生成的成本。加之这种方式生成的形体很多时候会让结果超出人类的形象力极限，可以提供强烈的视觉刺激，从而作品也会有很高的传播性。所以才催生了诸多的这类视觉系作品。（不论是直接用几何运算生成，还是用集群，涌现，分型，元胞自动机这类的迭代模拟思路，甚至套上一个“仿生”的套子，都属于此类。）这不能不说是一个由工具引发的设计可能性质变，但这也是“参数化”最广为流传的误读之一，因为这种设计更加容易吸引到注意力，而当人们问起这是如何做出来的时候，回答往往会是“用参数化工具做出来的”。于是渐渐地，人们开始把“参数化”和“炫酷狂拽吊炸天的视觉刺激”等效了起来，以至于“参数化”竟一度变成了一种风格的代名词，甚至某些时候我们还会把手动做出这种风格的设计戏称为“手参”（手动参数化）。

真实情况则是，这种视觉刺激只是参数化的一种应用罢了。而且还是非常容易误入歧途的一种应用。因为这种形体会很容易让设计者产生满足感，更是容易沉醉其中把玩裹足不前，对复杂形体生成的探索诚然有趣，但它与实务的距离毕竟不算近。而且所谓的“仿生”“模拟”的基于形式的“概念”究竟有多少合理性也往往很难讲。事实是在这条路上走下去的同学们，往往最终清醒的时刻，发现把玩形体已经开始无趣，于是扔掉了这种工具，往往也开始对“参数化”这个概念产生了反面的认识。

更尴尬的一点是，如果你对比一下图8和图9两个设计，你会觉得图9比图8要牛，因为其中有更多的考究和变化的美感存在。这正是因为图9的曲面是在软件里手动塑形的，而图8显然是一系列的数学几何算法自动生成的形体。（当然，基于我们前面的论述，图9设计过程中所采用的软件依然是参数化的，但显然并没有套入更多的操纵几何体的逻辑和数学思想，而只是用到了nurbs算法来定义曲线和曲面，剩下的塑形工作绝大多数都是由人类直接操作控制点，最终得到最后的形体。）

笔者在本科毕业时期自觉生成这种形体对设计本身的提升只在于视觉，并无意思，于是走向了刻意避免这种视觉刺激出现在设计中的偏激路线。同时也是在那时候开始寻找除了视觉刺激之外，参数化工具究竟如何能够真正地让设计变得更好的可能。现在我可以肯定地告诉各位，这种不为了纯粹视觉刺激，而是切实让设计变得更好的参数化路线是存在的，甚至并非只是上文提到的节省时间而已。而且相关的工具也早已出现，或许就藏在你每天使用的软件里面。我们后面的文章会逐渐一一介绍。

作者18年9月注：近几年大火的深度学习和神经网络自然也算是一种数字化工具，而他们在建筑行业内的应用也是有目共睹的（比如小酷）。但毕竟训练一个AI需要大量的样本（或有一定门槛的机器学习与编程知识），实践的成本并不算低，所以后面我们要介绍的方法并非是AI，而是利用遗传或者退火算法去优化设计。这一方式其实目前也已经不再是奇淫技巧而早已普及，后面的文章也会专门做比较深入的介绍。