▲美國愛荷華大學(xué)Voxman音樂學(xué)院大樓音樂廳的吸音板吊頂减叫，像這樣原本無法運(yùn)用傳統(tǒng)方法構(gòu)思或建造的構(gòu)筑物，在衍生式設(shè)計(jì)時(shí)代均可由人類和計(jì)算機(jī)操縱建筑數(shù)據(jù)來共同創(chuàng)造裕坊。Tim Griffith供圖包竹。

隨著建筑設(shè)計(jì)、工程和施工領(lǐng)域進(jìn)入衍生式設(shè)計(jì)時(shí)代籍凝，建筑設(shè)計(jì)師和建筑工程師不僅可以利用計(jì)算機(jī)來描述建筑物周瞎，還可以共同創(chuàng)造建筑物。

在有GPS導(dǎo)航技術(shù)之前饵蒂，人們開車迷路時(shí)只能放下身段声诸，停車問路。如今退盯，借助谷歌地圖或Waze導(dǎo)航系統(tǒng)的固有智能彼乌，人們可以全心全力專心開車，把計(jì)算最佳路線這件事交給機(jī)器渊迁。

同樣的慰照，計(jì)算機(jī)可以協(xié)助設(shè)計(jì)施工流程的導(dǎo)航，讓建筑設(shè)計(jì)師、建筑工程師和承包商得以專注于打造成功項(xiàng)目和偉大建筑物毒租。

數(shù)字化與計(jì)算化之別

這種人機(jī)協(xié)作意味著什么呢稚铣？首先，讓我們看一下數(shù)字化與計(jì)算化之間的區(qū)別凳渗。時(shí)下很多東西都數(shù)字化了秽擦。打開或關(guān)掉家中的智能燈開關(guān)，叫做數(shù)字化倡搞。但用程序控制燈的開關(guān)弓匪，使其因您的手機(jī)在家里而感應(yīng)到您在家,進(jìn)而開燈，或當(dāng)您在外時(shí)關(guān)燈哥峡，這就叫計(jì)算化。

對于數(shù)字化與計(jì)算化之間的比較诊踢，建筑師兼美國普林斯頓大學(xué)建筑學(xué)院前院長Stan Allen曾解釋道：“數(shù)字化是一種存在狀態(tài)惋蛉，是一種狀況，計(jì)算化關(guān)乎的則是活動的進(jìn)程脸鸿《斓”

▲扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)的阿塞拜疆共和國阿利耶夫文化中心，其復(fù)雜的曲線利用由早期腳本驅(qū)動的幾何引擎設(shè)計(jì)而成显艘。扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所供圖协熙。

時(shí)下，建筑設(shè)計(jì)業(yè)和建筑施工業(yè)都在積極地從數(shù)字化轉(zhuǎn)型到計(jì)算化：（用CAD等工具或數(shù)碼照片）“創(chuàng)建數(shù)據(jù)”的做法正在隱去炭庙，取而代之的是“利用數(shù)據(jù)”饲窿，即利用計(jì)算機(jī)生成、操縱和應(yīng)用數(shù)據(jù)來改善結(jié)果焕蹄。

數(shù)十年來逾雄，無論是CAD圖紙還是電子表格，人們一直在使用數(shù)字文件腻脏。隨著腳本在CAD軟件中和宏命令在電子表格中的應(yīng)用鸦泳，人們可以用完全不同的方式去訪問和操縱，甚至是創(chuàng)建建筑設(shè)計(jì)永品、工程和施工（AEC）信息做鹰。這就是Allen所說的計(jì)算化活動的進(jìn)程。

全新形狀因腳本而生

近20年前鼎姐，當(dāng)時(shí)的建筑師開始運(yùn)用一種稱為腳本（又稱為編程）的方法钾麸，用不同的方式操縱計(jì)算機(jī)所創(chuàng)建的幾何模型，新一代建筑設(shè)計(jì)施工就此誕生症见。計(jì)算機(jī)終結(jié)了“直角”獨(dú)霸的格局喂走，全新的形狀和曲線不再是一紙構(gòu)想，而是可以在建造過程中實(shí)現(xiàn)的。

當(dāng)時(shí)的腳本驅(qū)動了歐特克AutoCAD兵故、犀牛等早期的主要程序帮色，也使像阿塞拜疆共和國阿利耶夫文化中心這樣復(fù)雜而雄心勃勃的設(shè)計(jì)成真,該文化中心由扎哈·哈迪德建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)。然而折甸，當(dāng)今的腳本算法更為復(fù)雜瑟哺，可以控制的數(shù)字建筑工具范圍更廣，從而產(chǎn)生了新的策略：衍生式設(shè)計(jì)和施工建設(shè)闷邑。

▲設(shè)計(jì)腳本在Voxman音樂學(xué)院大樓音樂廳項(xiàng)目中弹梁，不僅用于創(chuàng)建原型，還用于向建筑工程師精確地描述面板幾何尺寸和施工順序峦拥。LMN建筑事務(wù)所供圖动院。

但比提升建筑設(shè)計(jì)師和建筑工程師創(chuàng)造能力的腳本技術(shù)更為重要的，是設(shè)計(jì)施工流程之間的關(guān)鍵聯(lián)系歧坚，而這正是衍生式設(shè)計(jì)工具可以提供的芽堪。

舉例來說，美國愛荷華大學(xué)Voxman音樂學(xué)院新音樂廳的吊頂由西雅圖LMN建筑事務(wù)所設(shè)計(jì)沛药，該吊頂不僅作為該建筑的特色苍煎，還需要無縫地反射音響并分散光和空氣。設(shè)計(jì)師團(tuán)隊(duì)使用一系列衍生式設(shè)計(jì)腳本柬焕，先做出原型审残，再創(chuàng)建可滿足需求的獨(dú)特建筑特色，然后使用同樣的腳本向建筑工程師精確地描述幾何尺寸以及制造安裝吊頂?shù)氖┕ろ樞虬呔佟Ｖ蠼两危ㄖこ處煴惆袻MN衍生式設(shè)計(jì)算法計(jì)算出的數(shù)字信息直接輸送到制造車間，以計(jì)算機(jī)控制的精準(zhǔn)性懂昂，確保嚴(yán)格地按照建筑師的設(shè)計(jì)規(guī)范生產(chǎn)全套系統(tǒng)介时。

如此壯觀的吸音板吊頂，原本無法運(yùn)用傳統(tǒng)方法構(gòu)思或建造凌彬，而衍生式設(shè)計(jì)方法使其成為可能沸柔。

▲衍生式設(shè)計(jì)方法在Voxman音樂學(xué)院項(xiàng)目中，不僅協(xié)助創(chuàng)建設(shè)計(jì)铲敛，還協(xié)助建造構(gòu)筑物褐澎。LMN建筑事務(wù)所供圖。

衍生式設(shè)計(jì)在工地的應(yīng)用

衍生式設(shè)計(jì)方法不光是在設(shè)計(jì)工作室內(nèi)管用伐蒋。Dieter Vermeulen領(lǐng)導(dǎo)的“起重機(jī)位置優(yōu)化”（Crane Position Optimization）研究項(xiàng)目采用了歐特克的Project Fractal（現(xiàn)名為Project Refinery）工三，讓建筑工程師可以選擇將預(yù)制板裝配成建筑物的最佳模擬策略。其算法對運(yùn)送面板到工地的貨車以及將面板吊放到位的起重機(jī)的各種位置進(jìn)行試驗(yàn)曲苛，根據(jù)建筑物的設(shè)計(jì)舍娜、面板的重量仁沃、設(shè)備的容量、道路等接入點(diǎn)的位置谨敏，找出最有效的流程赡析。這過程興許較為復(fù)雜，但也意味著早在開始施工前就可以計(jì)算出具體的工序考皂。

重點(diǎn)有二奇搪，首先，建筑工程師一旦創(chuàng)建裝配流程的衍生式設(shè)計(jì)腳本遗酷，即已把自己關(guān)于個(gè)別混凝土建筑物最佳裝配流程的專長知識記錄在案住龙，該信息可供項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)任何成員重復(fù)使用。

▲在“起重機(jī)位置優(yōu)化”研究項(xiàng)目中所采用的算法笛驴，對各種施工流程變量進(jìn)行分析监征，以便建筑工程師選擇將預(yù)制板裝配成構(gòu)筑物的最佳模擬策略。

其二避归，像如何使用起重機(jī)吊放面板荣月、如何使用貨車運(yùn)送面板這樣的重要決策，與其光靠個(gè)人專長知識和判斷梳毙，施工團(tuán)隊(duì)倒不如對各種情境進(jìn)行試驗(yàn)以優(yōu)化施工流程，更何況每次試驗(yàn)（借助建筑物的數(shù)字化表示捐下、衍生式設(shè)計(jì)過程的計(jì)算）基本上是免費(fèi)的账锹。

確切地說，施工團(tuán)隊(duì)可以嘗試數(shù)以百計(jì)的選項(xiàng)坷襟，從而找出最佳方法奸柬。實(shí)際上，衍生式設(shè)計(jì)算法可以運(yùn)行模擬操作并進(jìn)行計(jì)量分析婴程，進(jìn)而根據(jù)衍生式設(shè)計(jì)腳本本身設(shè)置的參數(shù)找出最佳解決方案廓奕。計(jì)算化模擬已不再僅限于設(shè)計(jì)工作室內(nèi)，現(xiàn)已應(yīng)用到建筑施工領(lǐng)域档叔。

施工計(jì)算知識庫

然而桌粉，同樣重要的是，腳本內(nèi)嵌的施工知識可能會在設(shè)計(jì)定案之前衙四，由創(chuàng)造項(xiàng)目中的建筑工程師送返設(shè)計(jì)工作室內(nèi)的設(shè)計(jì)師铃肯。在該案例中，預(yù)制混凝土結(jié)構(gòu)的選擇對項(xiàng)目的施工成本凹毛、進(jìn)度和物流具有重要意義宦逃，這些都是建筑師在構(gòu)思建筑設(shè)計(jì)時(shí)可能無法預(yù)見的。設(shè)想一下鸳岩，如果原始設(shè)計(jì)圖不僅能體現(xiàn)預(yù)制結(jié)構(gòu)的選擇柄哀，還能體現(xiàn)最佳建造方式嘱董，效率將會是如何？

未來的建筑工程師將與建筑設(shè)計(jì)師協(xié)作把丹，向設(shè)計(jì)師提供可應(yīng)用于解決一系列施工挑戰(zhàn)的施工腳本庫图兑，讓建筑設(shè)計(jì)師進(jìn)行試驗(yàn)，了解用數(shù)字化物體施工而非在工地上以最高成本全規(guī)模進(jìn)行建造的可行性磷尊。

預(yù)制板等數(shù)字化物體將配有計(jì)算化指示怯漾，不僅說明物體的尺寸、重量和連接點(diǎn)豹女，還說明其與安裝過程（起重機(jī)摹削、貨車、工人等）的互動方法及其連接拷肌、絕緣和裝入建筑物的最佳方式到旦。隨著時(shí)間的推移，便可以創(chuàng)建巨缘、儲存添忘、訪問和改進(jìn)施工知識，使整個(gè)AEC過程更加流暢若锁、整合搁骑、高效。

長期以來又固，生產(chǎn)力的挑戰(zhàn)仲器、建筑設(shè)計(jì)師和建筑工程師之間的爭論，以及心懷不滿的客戶提起訴訟等情況在建筑施工業(yè)司空見慣仰冠。衍生式設(shè)計(jì)方法可以針對這些問題對癥下藥乏冀，允許項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)利用計(jì)算化共享專長知識、尋求更好的答案洋只，并改善結(jié)果辆沦。Stan Allen應(yīng)該也會同意，盡管當(dāng)今大多數(shù)項(xiàng)目采用數(shù)字化模式驮尘，但計(jì)算化提供的是建造更好建筑物的真正機(jī)遇丛滋。

原文作者：Phil Bernstein

Phil Bernstein是一名建筑師和歐特克的研究員。他獲得了耶魯大學(xué)的文學(xué)學(xué)士和建筑學(xué)碩士學(xué)位扑跌，現(xiàn)在在耶魯大學(xué)教授“專業(yè)實(shí)踐”課程扇殃。他是《建造未來：建筑業(yè)中的勞動革新和學(xué)術(shù)界的信息建筑模型（BIM）》的聯(lián)合編輯，還是設(shè)計(jì)未來委員會的高級研究員创皿。之前投戴，Bernstein曾是美國建筑師協(xié)會（AIA）國家合同文件委員會的主席，也是佩利-克拉克-佩利建筑事務(wù)所的負(fù)責(zé)人爸蝠。

本文原載于歐特克公司面向設(shè)計(jì)師梢跳、工程師砍毡、建設(shè)人員和創(chuàng)客群體打造的信息分享平臺Redshift。Redshift每日分享極具啟發(fā)性的創(chuàng)新故事仲峡，提供實(shí)用的商業(yè)建議聂袱，旨在探索設(shè)計(jì)與制造的未來，助力企業(yè)贏得商業(yè)成功酵逾。

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（Phil Bernstein 歐特克Autodesk）

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