建筑生成学基础教程

TheBasicofArchitecturalGenerating建筑生成学基础教程（2）同济大学建筑学教学的总体目标是培养具有职业素质，同时具有创新精神的复合型人才，不同于以建筑类型为主的教学模式，同济的基础教学主要是建立在对建筑本质认知的基础上，“以《建筑设计方法论》作为核心来建构教学活动”。1，建筑教学方法论层面：同济大学建筑学基础教学的四个学期各有侧重点，从基础教学纲要中可以看出，这四个学期又可分为一年级的分项基础训练阶段和二年级下学期的建筑综合设计阶段，为此二年级上学期的教学就自然定位于是从一年级的分项基础训练向二年级下学期的建筑设计的过渡阶段，即从分项训练到设计综合。从分项训练到设计综合这个过程就“教学方法论”层面而言，并非是在教学中，我们将各种分项训练通过简单叠加就能让学生自动获得建筑设计的系统知识，而是需要让学生“重新审视”这些分项训练内容之间的相互关联，逐渐掌握从简单到复杂的设计方法，随着时间的推移和经验的积累，让学生“自我建构”其系统的建筑设计知识体系，这种具有历时性特点的知识建构过程我们将其描述为“生成性”的而非“构成性”的教学过程。ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP（一）建立以“生成”观念为核心的教学体系ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP2，建筑设计方法层面：从分项训练到设计综合这个过程就“建筑设计方法”层面而言，我们也未必将建筑学的各要素（空间、结构、功能、形态、场地、文脉等）通过简单叠加就能让学生“构成”完整的设计知识体系，而是需要让学生从这些“要素之间的关系”入手，了解“各要素之间相互作用”的机制，逐渐掌握“各要素之间协同演进”的方法和步骤，最终生成建筑形态，这个同样具有历时性特征、从局部的简单关系到整体复杂性的设计过程也是“生成性”的而非“构成性”的。因此，无论是从“教学方法论”层面还是具体的“建筑设计方法”层面，建立以“生成”观念为核心的教学体系经过这几年来的教学实践，已经成为同济大学二年级上学期基础教学的重要组成部分（一）建立以“生成”观念为核心的教学体系ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP模型是一个实验性的理想化的结构，被用来作为测试的设备——《美国传统字典》（AmericanHeritageDictionary）从某种意义上讲，所有的科学都是以模型为基础的。牛顿和麦克斯韦方程模拟了整个物理世界，人们可以利用这个模型推断出事物发展的结果，并且做出预测。同样，我们也可以通过建立一个这样的模型，让设计者在设计的过程中，建构其自我的设计体系，并以此模型与现实世界相对应。因此，搭建一个“生成模型”就成为我们设计的平台。(二）建构以“生成模型”为平台的设计框架ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP·主体以“生成”观念为核心的建筑生成模型，主要是通过其中“具有决策能力的个体”间的相互作用来进行描述的。在建筑设计中，我们可以将建筑的环境、建筑本身以及其内部人的活动看作是一个复杂系统。在这里，建筑内的不同空间、不同的个体以及各种环境要素等是其组成部分，这些要素之间存在很强的相互耦合作用。因此我们可以通过生成模型的“多主体代理系统”加以模拟。当我们试图给生成设计这个系统建模时，这些个体就被称为“主体”，生成设计的模型也就被称为基于“主体”的模型。由此，建筑设计生成系统可以被看做是由多个相互作用的“主体”组成的系统，其中的主体具有一定的自治性，能够根据自己周边的情况决定其行为。这样的系统可以随时间逐步迭代，呈现动态和一定程度的自组织性，成为一种预测和系统优化的途径。1，基于主体的模型：ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP·主体然而，在生成设计中，仅仅是物质性的要素，如“空间”本身是没有自主决策能力的，因此我们在生成体系中需要把“空间”这个概念进行延伸，既将设计者投射到“空间”实体上的“意识”也作为“空间”集合的一部分，也就是说，可以将空间构成的规律以及人对空间的感知等这些客观和主观因素也作为“空间”概念的组成部分，这样的“空间集合”因为有了设计者主观意识的参与，因此也就具有了能动性，在生成设计的过程中就可以和其它相同类型的要素集合进行相互作用，为此，我们将包含了“物质性空间”和设计者的“空间意识”的“集合”称为“空间主体”。物质性的空间：空间大小、方向、位置、形状、色彩、肌理等空间意识：空间体验、视觉心理、组织方式、经验历史、认知模式等1，基于主体的模型：ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP·规则在生成模型中，具有能动性的“空间意识”其实是设计者认知物质性空间的一种图式，为了方便地对这种图式进行描述，我们引入“规则”的概念。所谓“规则”，就是设计者将对空间的认知，如空间构成的规律、空间感知的体验以及空间历史的认同等通过条文的形式确定下来，具有一定的客观性和普遍性，同时对空间的属性和行为也具有一定的制约性。因此，在生成模型中，我们将主体的行为看成是由一组“规则”决定的。但这里需要声明的是，在定义这些“规则”时，我们的意图并不是宣称我们能够在真实世界中明确地找出这些主体的“规则”，“规则”只不过是用来在生成设计过程中选择一种描述主体的策略。空间规则：空间单元的构成方式（围合、设立、覆盖、凹、凸、架起、肌理等）空间单元的关系（并置、交融、包含等）空间组织方式（序列、并列、主从等）1，基于主体的模型：ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP·适应性对于一个给定的主体，我们能够得到包含一系列规则类型的集合，但在生成设计系统中，我们并非需要用到所有的规则，我们只会选择一些和生成设计当前状态有关的规则，因此从这个角度讲：生成设计的空间主体，并非是指真正的空间，因为我们所选择的空间规则是有限的、不完全的，因此，空间主体其实是一种空间的“代理”，为此我们也将主体成为“代理主体”（agent）——一个经济学中具有自主性的个体。在生成设计所描述主体的一系列规则的集合中，我们将具有“适应”能力的规则放在了首位。从生物学角度说，“适应”是生物体调整自己以适合环境的过程。粗略地说，生物体结构的变化是经验引导的结果，因此随着时间的推移，生物体将更好地利用环境达到自己的目的。同样，在生成模型中，任何特定的主体所处环境的主要部分，都由其他主体所组成，因此，任何主体在适应上所做的努力就是通过调整自身的结构去适应别的主体，同时也更好地利用其他主体的资源以最终达成自身的目的，否则，主体间的关系达不成和解，就意味着生成模型的解体，设计过程的中断。因此，我们可以将生成设计模型看成是由规则描述的，相互作用的主体组成的系统。这些主体随着时间的进程，靠不断变换其规则来相互适应。1，基于主体的模型：ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP·动态生成过程生成模型是由规则描述的，相互作用的主体组成的系统，这些主体随着随时间逐步迭代，靠不断变换其规则来相互适应，因此，设计的生成过程具有典型的历时性特征，我们所建立的生成模型其实是一种动态的模型。由于模型是动态的，所以我们将设计称之为“过程”；支撑这个模型的机制“生成”了动态的行为；而事先规定好的机制间的相互作用“约束”或“限制”了这种可能性，就像游戏的规则约束了可能的棋局一样，因此，生成模型的过程我们将其称为“受限生成过程”：·首先，“受限生成过程”将由一系列状态所定义，按照系统的迭代周期，每个周期又可分为“初始状态、衍生状态和临界状态”三个阶段。·相应地，主体也将随着系统状态的演化，经历“元主体、衍生主体和介主体”三个阶段。·在受限生成过程中，系统将从一个状态转换为另一个状态，为此，每个状态我们都用相应的规则来定义该状态下的主体，随着主体的迭代，规则依据“适应性”来不断进行调整，并衍生出新的规则。2，受限生成过程ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP·机制规则的“适应性衍生”是生成设计得以进行的根本，为了揭示规则变化的深层结构，我们借用“机制”来描述规则衍生的过程。“机制”就是规则的“生成器”，它的作用原理就是不断调整规则，改变规则，并输出规则。正是“机制”让不同的规则发生相互的作用，从而产生了主体间复杂的有组织的行为，并最终构成了一个完整的受限生成过程。有鉴于此，受限生成过程可以通过“机制”来这样描述：·首先，“机制”可分为使主体发生变化的“转换机制”和对主体进行评估的“评价机制”两种类型。·系统的初始状态：“机制”根据其它主体的行为（或信息）作出反应，使元主体的规则对输入进行接受；·系统的衍生状态：“机制”使元主体的规则来对输入的信息进行处理，并产生新的规则，衍生出新的主体；·系统的临界状态：“机制”通过新的规则将衍生主体的行为（或信息）输出给其它主体，以便其它主体也作出相应地调整，并暂时达成系统中各主体相对稳定的临界状态。·新的迭代周期：系统到达暂时的稳定状态后，通过系统的“评价机制”对各主体的“效能”进行评估，并标示信用等级，同时将进一步通过向系统“相关”主体输入新的信息，使其作出进一步反应，从而激活下一轮的初始状态。2，受限生成过程ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP1，生成设计的教学目的生成设计教学的主要目的就是帮助学生建构“生成设计模型”，让学生在掌握建筑学各“主体”构成“规则”的基础上，从各主体之间的“关系”入手，了解各主体之间相互作用的“机制”，逐渐掌握各主体之间“协同演进”的方法和步骤，学会对阶段性的生成设计过程进行“效能评价”，以推进整个设计的进程，并最终产生建筑形态。2，生成设计的主要内容：建筑生成设计的内容主要包括：设定初始状态、建立转换机制、制定评价机制、编写生成程序、建构生成模型、生成建筑形态。（三）建筑生成设计纲要ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUPA．设定初始状态生成设计的初始状态主要内容包括：确定主体的类型；界定构成主体的规则集合·主体：同济建筑学一年级教学的分项训练主要围绕“功能与空间”、“材料与建造”、“场地与环境”三个方面进行，因此在分项训练综合为生成设计的过程中，我们将以“空间”、“结构”和“环境”三个要素来涵盖一年级分项训练的内容，由前入深，循序渐进地帮助学生建构其基于个体的“生成模型”。二年级教学上学期的生成设计课程根据基于主体数量的系统复杂程度，呈现循序渐进的三个阶段：a．基于水平两维空间和单层结构的形态生成（空间与结构）b．基于竖向两维空间和多层结构的形态生成（结构与空间）c.基于立体三维空间和空间结构的形态生成（环境、空间与结构）“基于水平两维空间和单层结构的形态生成”是生成设计训练的初级阶段，为了降低系统的复杂程度，设计将以“空间”与“结构”两个“主体”来建构生成模型。（三）建筑生成设计纲要ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUPA．设定初始状态·空间-规则-适应性：a．单元空间：模式一：四面围合模式二：三面围合、一面敞开模式三：两面相对围合、两面敞开模式四：两面相邻围合、两面敞开模式五：一面围合、三面敞开模式六：无围合、四面敞开b．空间关系：模式一：相邻关系模式二：相交关系模式三：相容关系c．空间路径：模式一：横向穿越模式二：纵向穿越d。空间模式：模式一：序列空间模式二：并列空间模式三：主从空间模式四：序列、并列及主从空间的混合（三）建筑生成设计纲要ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP空间单元ARCITECTURALGENERATINGTONGJIUNIVERSITYCAUP空间关系ARCITECTURALGENERATINGTONGJIU