数码建筑设计、数码工具开发以及数码时代的建筑教育(Digit

1数码建筑设计、数码工具开发以及数码时代的建筑教育(DigitalDesign,ToolingandArchitecturalEducationinDigitalAge)陈寿恒(ShouhengChen)(ShouhengDesignandTechnology,加拿大、安大略省、多伦多市)由于人类在结构工程和数码技术方面的飞跃发展，建筑师现在基本上可以建造出他们能够想象出来的各种复杂的形体和他们的甲方要求建造的任何高度的建筑物。现在，限制建筑发展与创新的主要因素已经不是单纯的形体复杂度和建筑物高度，而是包括形体，技术，生态环境和建造工艺等多领域的综合复杂性。设计的复杂性和对新设计风格的追求：诺曼-福斯特（NormanFoster）在英国伦敦的SwissRe(图片1)和弗兰克-盖里（FrankGehry）与SOM在纽约合作设计的新时代广场(图片2)向古往今来的建筑界发出了对复杂建筑形体挑战的宣言。这两个工程的形体的复杂性主要体现在它们曲线型或者折线型的立面处理上。它们优于一般的高层建筑在于其复杂多变的外墙造型给观赏者提供了截然不同的视觉、空间和形体体验。同时，这些建筑的复杂性在某种程度上也体现了建筑物本身对使用功能的多样性和复杂性的满足。此外，对于那些颇具创新精神的建筑师来说，这种复杂性也是对一种新建筑设计风格的追求的充分体现，或者说是对当今现有的设计方法和风格提出的挑战。其中极具代表性的方案是皮特-埃瑟曼（PeterEisenman）在美国亚特兰大设计的MaxReinhardtHaus(图片3)。图片1：SwissRe,英国伦敦诺曼-福斯特(NormanFoster)图片2：纽约新时代广场弗兰克-盖里(FrankGehry)与SOM图片3：MaxReinhardtHaus皮特-埃瑟曼(PeterEisenman）2在技术层面上，新建筑的复杂造型对建造行业提出了极大的实践挑战，但是它也为建筑师的设计创新带来前所未有的动力。因为原有的设计和建造标准已经不能适用于建造这些具有复杂曲面或者折面的建筑物了。随之而来的是对新的建筑标准和建造方法的诉求。其结果直接促成了一些新的建筑工具的诞生。一个最好的例证是GehryTechnology开发的数码方案（DigitalProject）(图片4)。它为建造高复杂的建筑体型提供了良好的数字平台。在这个系统的开发初期，它只是在FrankGehry事务所里使用，但是现在已经被应用在很多极具时代代表意义的设计作品中。数码工具的开发和对新数码系统的高需求：建筑电脑绘图系统(CAD)的发展已经走过了44年的历史。第一个CAD系统是由埃文-苏德兰（IvanSutherland）1963年在美国麻省理工学院（MIT）开发的触屏式绘图系统--SketchpadSystem(图片5)。虽然它的功能非常有限，但是它给人们展示了电脑绘图系统优于传统绘图方式的无穷魅力--它的可修改性和可再用性。电脑绘图系统在建筑业的广泛应用始于1984年由Autodesk开发的AutoCAD(图片6)。经过二十多年的推广，现在AutoCAD已经被应用到建筑行业的各个角落，完全取代了传统的绘图工具，成为建筑师不可或缺的工作技能。AutoCAD的成功应验了威廉-米舍尔(WilliamMitchell,一位数码建筑界的先驱，他的著作影响了包括和弗兰克-盖里在内的很多划时代的建筑大师们)在90年代初对建筑电脑系统的预言--15到20年以后，如果建筑学的毕业生不懂得AutoCAD的话，他们很难找到工作。事实证明，仅用了不到10年的时间威廉-米舍尔的话就已经成为现实。图片4：数码方案（DigitalProject）由GehryTechnology开发图片５：第一个CAD系统埃文-苏德兰（IvanSutherland）图片６：AutoCAD由AutoDesk开发3除了AutoCAD以外，现在还有很多被广泛使用的建筑电脑绘图工具，其中包括Microstation,Sketchup,Form-Z,Maya,Catia和Rhino等(图片7)。这些系统的开发和使用为90年代建筑业的迅猛发展提供了技术支持，改变了建筑师的工作模式和促成了统一的建筑设计和建造标准的诞生，让建筑师的工作更加有效和更加规范化。但是，由于这些系统都基本上由电脑工程师开发，它们在提供建筑师完成一定设计要求的同时，也限制了建筑师对设计和个人风格的追求。而且，这些系统虽然对建造业贡献良多，但是他们对设计的初步阶段没有带来帮助。随着建筑师对设计和建造更加复杂和更高的建筑物的要求的进一步提高，现有的建筑电脑绘图工具已经成为限制建筑师的设计与创新步伐的一个重要因素。建筑师现在需要的是更加个性化和自动化的设计系统。对于处在传统建筑向新建筑过渡的当代建筑师来说，我们能否开发出建筑师自己设计的更个性化和自动化的数码系统呢？这些系统是否能在帮助我们追求个人风格的同时，又能在我们的设计初步提供帮助并让我们把握和控制复杂的建筑设计和建造需求呢？事实上，现在有很多在创新领域工作的设计师和研究人员致力于开发和个性化新的数码系统来帮助他们实现在建筑设计上的突破和对个人风格的追求。他们在新系统上的开发和应用的成功经验证明了建筑师不只能够开发自己的系统，同时也表明了建筑师在这个系统开发过程中体现出来的领导作用。以下，我想通过我在美国麻省理工学院（MIT）的两个研究成果作为例证，来说明建筑师是如何开发出自己的数码工具和系统，以及这个开发过程如何改变了我们的设计和工作方法的。我在MIT的第一个开发项目-扭转的超高层建筑(图片8)，是在2005年完成的。这个研究主要致力于检验如何使用AutoCAD支持的电脑脚本语言-AutoLisp，来自动化设计和建造高度复杂的超高层建筑。在这个方案中，每一个立面以及立面上的每一个外墙构件都是非标准的。我发展了一套设计运算法则来生成这个方案。这个法则同时能够适用于建造和本方案有类似设计元素的新方案。图片８：扭转的超高层建筑使用AutoLisp自动生成图片７：Form-Z由AutoDesSys开发4我在MIT的另一个研究成果，名为“TheEmbeddingMethodsforMassingandDetailDesigninComputerGeneratedDesignofSkyscrapers”(图片9、10、11、12)，是扭转超高层方案的延伸。我发展了一套全新的数字运算法则和数码系统。这些系统不只是为了设计自动化提供方便，同时也允许建筑师把自己的设计知识和理念嵌入到系统当中。为达到测试系统是否达到预定的目标，我把当今现有建筑中的一些建筑设计法则和细部构造嵌入到系统中，以展示这些系统是如何生成原有的建筑物，以及衍生出新的设计方案。图片上显示了这个方案的最后成果。它们是在三维打印机（Z-Corp）上制作出来的，为我们从视觉和实体上去检验设计提供了方便。这个研究成果为我前面提出的几个问题提供了让人信服的回答。它证明了建筑师能够开发适用于自己的系统来控制并把握自己的设计风格；同时，也能让他们的设计过程自动化，以达到提高工作效率和建造更复杂和更高的建筑的要求。最终我相信建筑师的工作方法也会在新系统的开发过程中被重新定义。图片９：用户界面新数字系统--DigitalSkyscraper图片１０：用DigitalSkyscraper生成的结构外墙曲面图片１１：用DigitalSkyscraper生成的鼓型塔楼图片１２：用DigitalSkyscraper生成的新扭转塔楼5数码时代对建筑教育的新要求：在建筑师对新的建筑风格的渴望和随之而来的对新数码工具和系统的需求的不断增加时，我们的建筑教育应该如何应对这种变化呢？这对新一代建筑师的基础技能又提出什麽样的要求呢？就如建筑设计的复杂性和多样性一样，建筑教育也是一个复杂而多变的过程。我们既要培养学生在很多不同领域的技能，这包括在美学，技术，人文，自然环境以及在其它更广阔的领域上的技能，我们更应该培养我们的学生从多方面分析，推理和论证设计问题。同时我们也要不懈努力的要求我们的学生去大胆创新。但是当我们面对当今革新的建筑理念的挑战时，我们的传统教育已经不能应对这种变化了。我们的学生缺乏在传统教育体系里被忽略的或者是被排斥的，又非常重要的基本技能。具体来说，这些技能包括对数字信息的处理和对设计自动化技术的掌握上。现在，在美国以及欧洲的一些比较领先的学校已经把电脑编程以及相关的课程列入必修课程里。这些学校的毕业生以他们独特的设计才华和特殊的技能，在创新领域里开始闪烁出自己的光芒。也正因此，其他很多学校也开始仿效，把电脑编程以及相关的课程列入到他们的必修课程中。2005年，威廉-米舍尔(WilliamMitchell)在给美国麻省理工学院(MIT)的学生授课的时候，再次预言—15到20年以后，如果建筑学的学生不懂得电脑编程和相关知识的话，他们就会像他们两个世纪以前不会AutoCAD的前辈一样，失去竞争力甚至工作的机会。我们是否要等到他的预言变为现实的时候才恍然觉悟呢？国际上这方面积累的经验给我们中国的建筑教育提供了很好的例证，让我们重新审视我们的教育体系和发现我们的差距。同时它也为中国的建筑界在新建筑时代的突破带来锲机。把电脑编程和设计自动化的技能传授给我们的学生是我们的必由之路。此外，我们应该建立一个更加有效的信息交换平台，让新的技术开发成果能更快和更有效的传达给我们的设计师和建筑学的学生。就好像中国在其他技术领域里的突破一样，我相信中国建筑业的突破也会从技术的革新开始。我们建筑教育体系的革新将会为这个突破提供坚实的人才基础。总结以上对当今建筑复杂性的分析和对新数码建筑工具开发的经验介绍，我们可以发现新建筑的多样性和复杂性以及对技术革新的诉求在向我们建筑师提出全新的挑战的同时，也为我们提供了前所未有的机会，让我们可以实现设计和建造更加复杂甚至是“异想天开”的方案。同时，这些新技术重新定义了建筑师在设计和建造上所担当的职责和提供了一个让建筑师理解并控制数字信息的平台，从而使建筑师能够有更大的自由去追求理想化的设计和创新的表现。我们也发现建筑师可以开发出适合自己的设计工具和系统，以达6到我们的既定设计目标。我相信，通过在数码技术方面的进一步研究和开发，以及通过对新一代建筑师补充新的技能和开发技巧，中国建筑师将会设计出更加丰富和具有时代代表性的设计作品。图片索引：图片１、２、３摘自GuyNordenson的TallBuilding图片4摘自、6、7摘自YehudaE.Kalay的Architecture’sNewMedia图片8扭转的超高层建筑图片9、10、11、12EmbeddingMethodsforMassingandDetailDesigninComputerGeneratedDesignofSkyscrapers参考文献：１．Kalay,YehudaE.ArchitecturesNewMedia.TheMITPress,Cambridge,Massachusetts.2005２．Kolarevic,Branko.ArchitectureintheDigitalAge:DesignandManufacturing.SponPress,NewYork,NewYork.2003３．Leach,Neil.DesignforaDigitalWorld.Wiley-Academic.London,UK.2002４．Phiri,Michael.InformationTechnologyinConstructionDesign.ThomasTelfordPublishing.London,UK.1999５．Szalapaj,Peter.ContemporaryArchitectureandtheDigitalDesignProcess.ElsevierArchitecturalPress.Burlington,Massachusetts.2005作者简介：陈寿恒(ShouhengChen)(1973-)