算法生成的设计方法,对建筑有怎样的影响?

算法生成的设计方法,对建筑有怎样的影响?

不断尝试,不断试错。建筑师们在餐巾纸、描图纸、甚至黑色的CAD背景上,绘制和重画着线条、形状、对象、图像。丢弃,又重新开始,如此往复。在最初的想法和最终的项目之间是一条漫长而疲惫的道路。困难在于设计的根源即做出无限决策的过程,在此过程中,一个变化就会影响到无数其他要素,因此演变成选择利益和让步的练习。这些选择包括许多种,从覆盖多少区域对环境的影响最小,到在办公室中尽可能多地设置办公桌的同时保持良好的流通性。每一个决定都需要进行大量研究或考量,才能得出最优解。例如,窗口的位置,即使在立面上看起来很好,但可能会使得房间内的床无处安放,或者增加建筑能耗。

当然,在任何项目中,总会有紧迫的期限和预算,客户常常会着急着以有限的时间来考虑每种可能的组合或每个决定的精确性。在这个阶段,生成设计的概念越来越多地出现在建筑中。

生成式设计将参数化设计和人工智能与设计师所提供的限制和数据结合在一起。根据米兰理工大学的研究员Celestino Soddu所言,“这是一个形态发生过程,使用非线性系统的结构化算法来获得独特且不可重复的结果,就像自然界中那样,由思想代码执行” [1]。与自然的类比阐明了一些重要的相似之处。以一棵树为例,一个大的树干在底部更宽更坚固,可以抵御风及其自身重量所引起的所有压力和张力。从那里长出几个越来越细的分支,最后用尽了材料,在叶子上达到顶峰,长出了最适合栖息地的形式。经过数百万年的自然选择过程,在风很大地方,树的成分与另一棵在沙质土壤中树的成分将有很大不同。在艺术、设计和建筑中都可以使用相同的推理。

这个概念基于对设计替代方案的详尽探索,从设计师为提案定义的某些假设中得出的。“生成设计是一种通过使用算法的自动化设计逻辑来增加人力资源的策略。生成设计软件可以一次创建多个解决方案,仍然可以定义参数,不必一次建模,可以同时创建许多解决方案,有时甚至可以找到“意外惊喜”或传统方法难以发现、无法预料的独特解决方案。” [2]

例如,巴西建筑师Guto Requena使用生成式设计来设计椅子椅子的体积受巴西流行音乐的节奏和旋律影响,然后将所得的有机形状切成大理石片。在荷兰,初创公司MX3D与Laarman Lab、Heijmans、Autodesk和一些其他支持者携手合作,创建了由3D打印金属制成人行天桥。该团队利用生成算法,在给定的一组参数下创造连续的设计。在确定形状后,进行桥梁的数字仿真,通过将结构计算与几何操作混合去除多余的材料,教授该算法识别桥梁的哪些部分最不重要。换句话说,该项目使用生成式设计将机器3D打印机,与各种形状测试和使用最小参数的设计可能性结合起来。

© Joris Laarman for MX3D
© Joris Laarman for MX3D

另一个研究项目Evolving Floor Plans,使用生成设计来探索推测和优化的建筑组织。假设学校里的教室和人流是通过遗传算法生成的,其编程可以最小化步行时间,提高走廊的使用和其他参数。平面图则可使用间接方法从遗传编码中“进化”而来,通过例如收缩图和生长走廊的间接方法,使用受蚁群启发的算法。

Courtesy of Joel Simon
Courtesy of Joel Simon
Courtesy of Joel Simon
Courtesy of Joel Simon

尽管生成式设计不会总是产生复杂且高度有机的形状,但它会为我们已经习以为常的枯燥重复的设计过程做贡献。去年,Sidewalk Labs宣布开发了一种生成设计工具,该工具使用机器学习和计算机设计来创建城市规划场景。使用地理信息、城市指南和法规、街道布局、方向、天气和建筑物高度作为输入数据,生成了一系列可能的方案,供建筑师和规划人员评估和完善最终产品。通过机器学习,系统可以积累经验,从而改善并生成更好的项目。

对于多伦多Autodesk办公室的设计生成式设计发挥了至关重要的作用。从收集员工和经理关于工作风格和位置偏好的意见出发,将其转换为数据。因此,定义了六个主要可测量参数:

Courtesy of Autodesk
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  1. 相邻偏好:最小化协作团队和办公设施之间的距离;
  2. 工作风格:确定每个团队的最佳位置,并检查他们的灯光偏好和噪音水平;
  3. 连通性:最大化共享空间的激活;
  4. 生产力:最小化视觉和声音干扰;
  5. 自然光;
  6. 外观。

Courtesy of Autodesk
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显然,有些元素是无法更改的,例如垂直循环、浴室、管道以及建筑结构。围绕这些常数,该过程被自动化,从数百个组合变量中探索数千种布局配置,从而获得指示参数下每个选项的性能分类。值得注意的是,在重新占用空间之后,观察每个空间的效率或使用频率,可以验证或更改某些参数,以使该模型对于该项目或其他项目更加准确。同样,如果任何参数发生变化,例如增加或减少团队数量,或者即使需要设置新的会堂,也可以将其包含在数据库中以创建新的版本。

基于“ 生成式设计 ”概念的项目中,计算机不再只是用来绘制项目图形或输入材料和几何图形的地方,而是成为项目的合作者,提出多种设计选择,包括根据设计师指定的先决条件,从最适合到最不适合进行分类。然而,尽管计算机可以帮助组织这些决策并确定其优先级,但它们实际上无法做出决策,只有人才能做出最终决定。在Revit中的一个新工具使用生成设计带来的规模、速度、和解决问题的算法精度,最终设计出决策。

Courtesy of Autodesk
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研究工作室The Living的创始设计师David Benjamin指出:“虽然算法仍然只是一种算法,但只有人才能决定要解决的问题、必须实现的目标、以及对于解决问题至关重要的因素。计算机可以帮助组织这些决策并确定其优先级,但实际上并不能做出决策,人们拥有重要事情的决定权。生成式设计为建筑师、工程师和建筑商提供了设计和创造更美好世界的新自由。”

参考文献

[1] Celestino Soddu和Enrica Colabella建筑事务所的官方网站。请查阅此链接
[2]Autodesk电子书。揭秘建筑、工程和施工的生成式设计。请查阅此链接

译者:朱瑞娜

关于这位作者
引用: Souza, Eduardo. "算法生成的设计方法,对建筑有怎样的影响?" 07 5月 2020. ArchDaily. (Trans. 韩爽) Accesed . <http://www.archdaily.cn/cn/938566/dian-nao-sheng-cheng-shi-she-ji-jiang-ru-he-ying-xiang-jian-zhu>

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