未來室內外設計研究新視角

謝良辰

關鍵詞：《曼達洛人》美劇 室內外設計 場景設計 參數化設計 建筑設計

引言

一段時期以來，學術界研究探討傳統室內外設計的偏多，而針對以參數化設計角度對未來室內場景設計，室外景觀設計，建筑設計則未有較詳盡的研究。文章以《以實驗的名義參數化環境設計教學研究》著作與美劇《曼達洛人》為基礎，結合國外參數化室內外設計及建筑設計案例，從美劇中室內外場景設計特點出發，對其外在參數化特征進行分析，在探究美劇場景設計呈現參數化設計方法的設計成因的同時，較為系統地解析這一影片中場景設計的參數化特性，并運用場景模式特點與國外現實案例進行分析，總結出有設計價值的思考，為我國新時代參數化室內外設計及建筑設計提供了參考思路。

一、參數化設計的發展

（一）參數化設計：在當代設計中，“參數化”作為一種計算機技術，它定義了事物之間的關系，通過在變量與輸出之間建立關系，形成衍生關系?！皡祷O計”是借助計算機運算技術，量化了事物之間的參數化設計邏輯，形態的形成，發展，變化都可以通過參數化的改變來實現，從而獲得自由，動態，復雜，多解的形態，為設計帶來了無限的可能性。參數化設計，經過20世紀90年代的萌芽，在21世紀初的今天如雨后春筍般呈現出勃勃生機，以一種不可阻擋的發展態勢深刻影響著城市設計、建筑設計、景觀設計、室內設計和產品設計等各個領域。扎哈·哈迪德事務所的合伙人帕特里克·舒馬赫將這種設計風格稱為“參數化主義”。

（二）國外研究現狀：國外參數化設計發展較早，成立較多研究參數化的工作室，扎哈·哈迪德開創了一個21世紀建筑美學的新時代。她設計了廣州大劇院，費諾科技中心，北京大興國際機場等作品。帕特里克·舒馬赫，自扎哈2016年去世以來，舒馬赫一直領導著扎哈事務所。他的團隊設計了沙加總部，畢爾巴鄂銀行總部阿爾瓦卡拉體育館，忠利大廈等作品。[1]如今，國外具有代表性的建筑師為扎哈·哈迪德，以及合伙人舒馬赫對參數化主義建筑設計發展有很大影響。

（三）國內研究現狀：主要基于南京藝術學院，詹和平與徐炯主編以《以實驗的名義參數化環境設計教學研究》這本書籍，其中介紹了參數化設計理論概念以及參數化設計實踐，以及國內蘇州金湖雙年展的布爾算子案例等。

二、參數化設計在美劇《曼達洛人》中場景設計的表現

（一）細分與重組：從電影中酒吧電動門的造型設計上，已經通過八邊形的特種鋼進行細分與重組，設計師通過拆分獲得基本具體單元，在影片中則為鋼制幾何形材料，如圖1。細分后的塊體單元還可以包括一些更為抽象的構成元素，例如某個復雜的曲線可以分解為更多段的可以用數學公式精確描述的曲線。細分的目的是為了重組，在當設計師面對數量龐大的基本單元時，可以通過重組得到與細分之前完全不同的結果。其基本指導思想是局部之和大于總體?；締卧亟M后形成的特定關系，這種關系往往就是參數化設計中最為核心的參數化關系。[2]

（二）簡單規律迭代：圖2中的室內通道走廊的八邊形設計上能夠體現簡單的分形。這個方法和參數化設計的理念和過程基本一致，預設一套形式邏輯和變化規律，然后通過對同一個元素的復制和簡單變化來達到形式生成效果。比如旋轉，移動、縮放、拉伸等這些最基本的變化就可以了，或者說是一個簡單的數字公式，比如分形。這種方法很重要的設計理念，就是創造一種形式生成的法則，然后通過人工去實行。[3]

（三）復雜系統的數字生成：涌現理論與形態發生：圖3中燈帶的形態發生為突變過程生成規則，生成非對稱性的燈帶模組結構，使空間中的科技感增加，并運用非線性設計，使空間氛圍更強烈。復雜的形式和體系起源于進化過程，物種的產生、生長也是復雜過程，是在特定環境下的突變結構，遺傳型結構與遺傳環境互動的結果。近年來，建筑學的方向就是運用這些算法形成一個能生產復雜，合適的建筑形態的生產工具。涌現生成理論的計算機方法論將各種生成理論，L系統，細胞自動機，運用到建筑設計中。[4]

（四）數字化設計：圖4中的室內走廊中，有著對稱式的燈帶模組設計，但其設計的理念均按照二進制代碼從而在墻壁上產生局部燈塊的鋪貼大小，為數字化設計在室內空間數字化照明算法的體現。數字化是將許多復雜多變的信息轉變為可以度量的數字，數據，再將這些數字，數據轉變為一系列二進制代碼，引入計算機內部和功能都是用數字來完成的，這就是數字化設計。

（五）參數化建筑設計：圖5可看到該建筑鑲嵌在山中，建筑外立面多為立體幾何狀的非線性設計。這是參數化建筑設計在劇中的體現。參數化建筑設計區別于我們通常的操作邏輯，這一設計方法將計算機的語言邏輯和參數關系視為控制形態的關鍵，計算機的超級運算能力作為一種新的思維形式被引入未來的建筑設計中。[5]

（六）參數化視覺形態的語言：新技術為燈帶與結構美的結合，增加了結構系統與元素融合的創新性，分別為燈帶條，燈帶的不同視覺形態的表達，增加了空間中的科技氛圍，如圖6。從數字建構方式生成的建筑形象進行視覺審美層面的分析，可得出非線性空間形式，這其中的結構邏輯，表皮處理，仿生變形正在成為新技術手段下生成形式美感語言的重要因素。結構的形態語言中，結構成為形態的審美要素，從形態學來說，指物體內部各組成部分之間的節點，框架及其構成關系，結構則是一個包容著各種關系的總體，這些關系由可以變化的元素構成，元素之間的關系改變會導致結構系統發生改變。[6]

（七）表皮形態的視覺效應：圖7中的灰色水泥建筑表皮與燈帶的完美結合體現了參數化表皮形態語言在建筑表皮的應用。表皮形態視覺效應是建筑中數字建構利用各種參數算法的手段生成建筑的雛形，這既是一個找形的過程同時也是一個產生優化結構的過程。數字建構模式下，表皮被賦予新的審美意義。出于對環境可持續發展的興趣，設計師致力于研發智能結構或使用新性能的材料減少環境的能耗，傳統材料通常也會在編程，代碼，參數等非物質化過程中被賦予了新的物質性能。[7]

（八）源自仿生學啟示：圖8中機庫內部的室內設計，其內部按照蜜蜂的巢穴形式按照有規則的形式排列。其內部利用蜂巢結構的空間相互平行懸掛，并與地面垂直。是仿生學在劇中室內建筑結構的體現。

設計師們應關注自然形態的結構，仿生學成為啟發設計靈感的源泉，它可以為設計找到表現方式，傳達設計內涵，提供設計素材。自然物的形態結構是選擇與過程復合作用產生的結果，有時我們在自然中發現的形式往往能啟發一種全新的思維模式。[8]

三、美劇中參數化設計方法在國外室內外設計中的應用探索

（一）細分與重組案例——BUGA纖維材料展亭/ICD-ITKE德國斯圖加特大學

此展亭的設計理念是將計算機技術與大自然的結構原理相結合，孕育出真正具有創新性且完全數字化的建筑體系。它的承重結構由機器人制造，材料來源于先進的合成纖維。[9]使用玻璃或碳纖維加固的塑料，這種材料是實現該設計的理想化選擇，因為這些材料具有自然合成材料的特性，如圖9。展亭共使用了150米的玻璃纖維及碳纖維。纏繞編織形成空間的纖維，每根位置都須經過嚴謹的設計和生產，需建立一種新型設計方式，將建筑設計、結構工程以及機器人制造這三個體系通過數字化信息回饋進行聯系，并保持結構的制造可行性，如圖10。

展亭共400平方米，高為23米。外表皮采用了預壓處理過的ETFE透明薄膜。主要的承重結構為60個承重的結構單體組成。材料輕巧，只有7.6千克/平方米，是傳統鋼材結構的五分之一，如圖11。

（二）簡單規律迭代案例—阿爾托大學木材藝術中心

2017年，圖12是由20名學生組成的團隊，建造出一個藝術中心。此舞臺是半永久建筑，它以方形為基礎形狀，以便提供適合多種表演形式的自由空間。該設計容納了一個表演主舞臺和60人座位區。三角形形式的變化確定了舞臺的墻體形狀和開口方向，也是項目的結構元素，如圖13。屋頂的幾何形式遵循迭代相同的原則，通過梁的設置形成拋物線結構，將屋頂往上升高以強調舞臺的所在位置。圖14中的墻體和平臺結構在項目工作室里完成云杉單板的預制后，由工廠生產的膠合層積材梁，覆蓋物的膠合板利用數控切割以調整適合的幾何形狀，在現場于同一天完成組裝。[10]

（三）復雜系統的數字生成：涌現理論與形態發生案例——雙曲線“綠巨人”陳設裝置

2017年，在羅德島大學藝術中心入口處，雙曲線曲面在空中伸展，在明亮綠色曲線中，三個不同的邊緣向不同的方向發展，中間是有吸引力的圓孔。[11]觀者易被形式、圖案、高度和纖細度所吸引，如圖15。圖16中的鋁結構的形狀是雙曲線的，三維的雙曲面可描述為一個線性元素形成的平滑無限曲面。其結構依賴雙曲率來支撐。圖17，增加一個褶皺的基礎會增加對橫向載荷的阻力，超薄的鋁殼將表皮和支撐結構融為一體。圖18中其明度由孔隙度表示，外殼的切割來自于復雜表面的模擬流動。此項目遵循迭代開發和原型設計的過程，最終形式是一個高6.7米、寬7.6米、深9.1米的建筑。

（四）數字化設計案例——參數化平臺設計住宅

該項目位于加勒比海域最大的島嶼，圖19中的業主可自行選擇地塊進行住宅開發，根據需要選擇1到5個（組成房屋的最小空間單元），進行自由組合，確定房屋朝向和面積。的下面是組成住宅的最小空間的裝配示意圖，是由一系列預制組合而成的，一個高4米，面積35平方米的3D單元。[12]除了基礎的功能區，比如臥室、衣帽間之外，還可以挑選當地供應商生產的定制家具。家具模塊和空間布局樣式定制化建模，如圖20。

參數化設計是該項目最大亮點：扎哈團隊和計算工程團隊共同開發的這套參數化設計平臺，能確保每棟住宅都是按照業主自定義的配置。用數字化設計在設計個性化住宅進行定制以及加入參數化設計個性定制住宅。

（五）參數化建筑設計案例——立體漸變，P?leSimoneVeil多功能運動中心

圖21中的商業建筑于2021年建成，它從磚制倉庫的典型形態中汲取靈感。[13]這是種帶有雙坡屋頂的都市景觀，它將效率歸功于運動空間，它的材料與亞光陶土磚的遺產配置相呼應，表皮由拉絲不銹鋼板制成，充滿活力，如圖22。此建筑擁有一個“透明的體量性”，能夠從字面的比喻上展示其所容納的活動。

圖23中的建筑室內回應了建筑外表皮，采用清晰的主題，具有家庭色彩，其木材構建了平和的總體氛圍，且增加了幸福的感覺，這源于其親近生物的作用。其中，受益最大的是大型運動廳，擁有一個全木的懸掛拱頂，遵循復雜的幾何形式，如圖24。

（六）參數化視覺形態的語言案例—棱鏡裝置，彩色絲線打造網狀透明空間

2018年的棱鏡裝置，是由不同透視視角集合所帶來多變的光線，色彩，及空間體驗。圖25中的每塊裝置都便于人們探索其外部，以及曲折的半透明走廊。[14]繩子在鋼筋的格柵之間編制成網格，線繩之間的間隔提供了半透明的效果，產生了摩爾紋的震撼視覺效果，如圖26。

圖27中該項目占據了相對于其重量而言更加密實的體積，形成了高度富余的結構。[15]其運用的材料為扎帶，傘繩，鋼筋和黑色光線。粗鋼筋的連接比光滑鋼條更好用，因為其使用了綁帶扎接而非繩結連接。核心首要目標是整體效果使大眾能夠沉浸在大尺度的空間體驗中，如圖28。

（七）表皮形態特點案例—混凝土“筒倉”建筑表皮

2017年的筒倉，是哥本哈根諾德塔的改造項目，圖29中的17層的前谷物筒和該地區最大的工業建筑已經被改造成“筒倉”，具有住房公寓和公共功能。

圖30的筒倉外觀已被重新覆蓋，由鍍鋅鋼制成的棱角分明的拋光陽臺安裝在外表面上。這使建筑保存纖細高挑的特點。設計師保留筒倉精神，從內部改造成新的居民區并創造周圍的城市生活空間，采用鍍鋅鋼做立面，保留原有的港口特色和材質，帶來粗糙和原始的美感，如圖31。谷倉原有的空間，被改造為38個獨特的公寓空間。單層和多層公寓的面積從106平米到401平米，層高最高可達7米。展示所有的公寓都有全景，落地窗和陽臺，還有幾處保存著原始混凝土構造。窗戶的框架被隱藏在現有的混凝土墻的外面，如圖32。

（八）仿生學特點案例

1.海膽結構為靈感的裝置ByICD/ITKE。圖33中的展亭展示了分段木材外殼的機器紡織制造技術，殼式結構的仿生學研究，其特點為雙重自下而上的理念，基于天然的分隔板結構仿生研究及薄膠合板的機器縫紉技術應用。圖34，從對沙錢的構建形態分析出發，開發出一種可以彈性彎曲雙層段膠合板的制造技術。將纖維縫合技術引入木材建造，使得輕質且高性能的木殼模塊成為可能，如圖35。

2.殼式結構的仿生學研究。圖36中的對海膽進行的仿生研究轉化為該項目的建造概念，發展出新的木板外殼的建造方法。在該項目中，深入分析天然的分段殼形結構，以探索它們所具有的特點。圖37中在棘皮動物的門分類下有兩類物種，分別是海膽綱（海膽）與楯形目（沙錢），其生長過程中形態化原理和程序化原理，都在建筑設計領域有極大的發展前景。研究人員收集了大量物種的圖片，深入了解海膽和沙錢復雜的體內結構。結果顯示，這些分段輕結構的性能有單體片狀碳酸鈣的排列形式和雙層系統的幾何形態，如圖38。

3.木的材料邏輯與結構邏輯的應用。圖39中的基于沙錢的生物性原理，發展出類似沙錢次級生長機能的雙層結構，用作該裝置的材料體系。建筑構件由極薄的木條制成，圖40中的木條經過特定的復合過程，使木紋粗細符合所要求的硬度，以達到變形效果。木條彎曲成預設好的形狀，并通過機器縫紉來固定。151個構件由此生產出來，最終組合成一個雙弧面殼形結構，如圖41。

4.分段木材外殼的機器縫紉技術。圖42中的木材具有出色的機械性能，薄膠合板尤其易見，多個連續接口適用于較大的建筑單體構件。膠水黏合的連接處則普遍需要透過強壓或復雜的模板來提供膠合技術所需的壓力。

該項目中機器縫紉技術的研發，能將分段單元的變形膠合板木條連接，單個木條構件的組裝與變形過程由一臺工業機器人協助完成，然后由一臺定置式工業縫紉機將這個預制好的模塊固定并縫紉成形。圖43中的在制造過程中，機器臂首先將模塊過一次縫紉機，以連接所有木條，沿著模塊邊緣的槽操作，加強層壓效果的同時把PVC覆蓋的聚酯纖維薄膜貼上，形成了模塊間系帶式的咬合連接。機器操作臂和縫紉機實現一體化，均通過一個特定編碼的軟件控制，如圖44。

四、參數化場景設計和國外案例對未來室內外設計的思考

1.細分與重組的輕薄玻璃纖維及碳纖維新材料，可讓陳設裝置藝術展現較好的觀賞性。2.木材料板的規則拼貼和對稱布置能夠創造協調的校園娛樂空間裝置藝術。3.室外裝置藝術表面可用涌現鏤空點狀結構特點和形態變形達到形態異化效果并選用環保綠色作為主基調。4.參數化數字模塊室內空間設計，家具預制設計和參數化的個性化住宅定制設計能創造更精準的數字化設計住宅。5.運用涌現理論，細分重組和場所精神，以及使用亞光陶土磚和拉絲不銹鋼板材料可設計出具有幸福感的商業建筑設計和共享室內辦公空間。6.以彩色絲線打造網狀細分重組的鋼條，扎帶，傘繩以及粗鋼筋的連接配合可對臨時裝置表皮帶來強烈的視覺效果。7.在舊建筑改造中，可用鍍鋅鋼材料，體現建筑表皮美感并保留當地文脈主義特性。8.殼式結構的仿生學思維和木材料邏輯與結構邏輯的應用以及分段木材外殼的機器縫紉技術能創造出仿生學特點的展亭。

結語

本文首先介紹了參數化設計的概念和國內外研究現狀，接著從參數化設計在美劇《曼達洛人》中場景設計的表現和參數化場景設計在國外室內外設計中的應用探索，分析得出劇中參數化場景設計特點和國外實例對未來室內外設計的思考。讓我們感受到了參數化設計模式在共享辦公室室內設計、室外陳設裝置、數字化設計、建筑表皮設計、商業建筑和改造項目中的應用潛能，并對未來我國參數化環境設計實踐提供了更好的設計構想和思維方法。