变化多端建筑设计管理论文

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1.生成设计法简介

生成设计是一种科学的艺术创作过程，这个过程能够通过一种类似生物基因编码的转换最终形成一种人工的世界。这是一种设计活动，目的不仅仅是要获得一个结果，更要形成一种可以操作的编码，在演化过程中可以产生无可穷尽的变形体。这是一种鼓舞人心的经验，借助这种经验，我们能够重读20世纪60年代以前那些采用元设计方法（meta-designapproach）设计出来的建筑作品，那些作品在生成设计法中可以视为一种具体的三维模型，属于这种设计法的一个种类。

与生成设计法相平行的设计方法叫做参数设计法。人们使用参数工具来产生和控制数量不多的变形体。尽管参数设计法具有易于控制的优点，但是，在表现复杂性和发展潜力方面，参数设计法不同于生成设计法。参数设计法在运用过程中较多地局限于设计模型的物件尺寸或者几何变化。作为一个完整的形体，当每一个物件被附加上特定的维度约束以后，这种形体的变化才能够被实现和认识。而运用生成设计法进行工作时，虽然每一个三维的物件也要采用参数设计法来进行，但是，参数的建立仅仅是系统结构中的元素之一，该系统结构可以产生无可穷尽的形象表现场景，这些物件都具有理想基因编码的特征。所以说，生成设计法不是一个最终结果，也不是一个堆积物件或者形式的数据库，而是一个设计行为模式的开放矩阵，这个开放矩阵会把存在于世的东西转换成未来可能看得到的样子。

生成设计法的特征和结构在于它能把基因编码变成一个开放的形象体系，设计过程就好像是在操控一股可以听凭摆弄的意识流（fluxusoperandi），随时能够把任何一个特征突出的形象作为最终定夺的结果。虽然这个形象会与众不同，甚至不可名状，但是却可以被人们轻易地认知。最终形象都是互不相同的，都表现出独一无二的个性；但是，最终形象又是互有联系的。若把这组最终形象的特征放大去观察，就会发现它们差不多来自同源的基因编码。换句话说，生成设计法的设计作品就像有一个人工的DNA，从每一件设计作品中都会被认知，因为它们带有基因的印记，那就是设计者的思想。

生成设计法不仅能够作为一种技术手段来操作和发展，不仅是一种可以利用的工具，它更是一种具有强烈人文特征的设计方法。事实上，生成设计法的每个步骤均始于设计者的一种思维或假设，这种思维或假设被视为一个科学过程，设计之初就带有一种主观的或者想象的未来世界的形象。因此，这种设计方法决不能认为是一种人手可得的设计工具，而是应该被理解为一种设计的操作方法（modusoperandi）。对于建筑师、设计师、艺术家来讲，生成设计法是可以发展的，可以发展成为一种异常灵敏的、有助于进行更为深刻的创造性设计的工作方法，这是因为这种设计方法发现了我们这个技术时代的工具—计算机—并与之有着良好的操作协同性。

事实上，当我们进行创造性工作时，我们会意识到我们的思想并不容易被转译成一个用物件或者图样来表现的结果。每一个输出命令仅仅可能是设计者某种思想的表现，或者是某种思路的发展。我们设想并且试图来塑造出一个能够产生不同结果的完整思路，但是，最终我们获得却是综合的多样共时性（syntheticsimultaneityofpluralities）的东西，也可以说成是示意的差异共时性（schematicsimultaneityofdifferences）的东西。利用复杂性来创造美丽和谐的世界是可能的，生成设计法的运用是多种创造性思维的表现，能够以一种毋庸置疑的魅力表达设计者的思想。

20世纪的80年代，我就尝试着如何把设计思想作为一种视觉表达的动力来生成可能出现的结果，如何使得这种如泉喷涌的思想能够把握和操作。设计的意识流（fluxus）在表现为物件和图样之前，它不但能够表达我的建筑理念，还要能够表达建筑理念得以实现的基本逻辑。这种新的设计方法的特征在于如何展望未来，如何掌握实验，操作重复不断的演化的设计过程，建构一个复杂的视觉世界。

由于计算机技术带来的好处，可以把一个人的创造思维转换成一种逻辑编码。生成设计法需要大量地借助于计算机技术，计算机善于处理数据量大、周期长、重复性的工作，生成设计法正好利用计算机的这一特点。

2.基本概念和文化背景

利用人工基因编码来制作符合我的建筑理念的场景，这是一个令人激动不已和充满创造意义的工作。在进行这项实验的过程中，我意识到这种方法可能是文艺复兴时期科学与艺术相结合的时代精神的探索。当我利用计算机作为探索时代精神的工具时，我碰到许多始料未及的问题，例如几何学、透视学和失真学的逻辑，建筑学的形状与数字的编码，这些都能够表现基本的文化特征。通过探索这些特征的性质以及它们之间的和谐性，是寻找生成设计法进行建筑方案设计的路子。

和谐编码不论在文艺复兴时期还是在今天都是一种表现强烈的特征编码。当我们置身于美丽、和谐与统一的自然环境中来用镜子来反映自己的话，每一个人所具有的独特的征象就会表现出来，这种独特的征象就是特征编码。同样的道理，当我们精心制作的人工形体在自然环境中看起来很可爱，那么，这个不断完善的过程就被称为“生成艺术”。

文艺复兴时期的建筑理论家曾提出过不少建筑法则，例如文艺复兴时期的阿尔伯蒂和帕拉蒂奥，那些建筑法则是不尽相同的或者是各具特点的，因为它们表现了建筑师本人的思想、印象和想像力。我也在做建筑方面的效仿，提出自然的复杂性和物件的简明性，并且试图在作品中表现出我的这种建筑理念的独特和完整。

为了实现这种复杂性和简明性，就必须建立一个可以操作的逻辑系统，这个逻辑系统要有完整的结构，要能够像镜子一样反映出设计者的想法和理念，哪怕是很细微的想法和理念。首先，复杂性的表达不是一蹴而就的事情。如果我们要描绘出一座城市，我们总是可以采用一种简化的表现方法，或者在最大的程度上，采用一种能够强烈地表现某个特殊的或者某种限定意义的关键方法。皮拉奈西[1]笔下“卡切利”系列雕版画的城市形象，也许就是笔法简练的城市和建筑复杂性的最好的视像表现。可是，皮拉奈西为了表现复杂性也采取了叠加画面的手法，在一层已经蚀刻好的版面上再叠加上另一层画面，画面上物体的透视关系也往往是不尽相同的，制造出一种含糊不清或者叠加出来的新的理解。这种画面的特点是把不同时间和情感的关系相互混合起来，可是它们之间并不矛盾。

复杂性的实现总是要在不断地合成和叠加后才会有结果，这个结果是借助一个变化多端的生成过程得来的，这个过程通常是非线性的。事实上整个过程并非这样简单，复杂性还取决于设计者产生想法或假设的能力，这种想法或假设要对应于在一个短暂的转换过程中出现的不可预见的物件。假如设计者的想法或假设是对未来的一种视觉成像，那么，在系统生成的运行中一旦碰到阻碍，就必须克服这些阻碍，巧妙地解开复杂性缠绕的结扣。同时，克服那些不利于提高设计者对于想法或假设的视觉识别能力的阻碍，那就是每一个物件所具有的复杂特征。

2.1生成图码库的结构

生成图码库（Argenia）[2]的结构基本由两种不同的要素组成，一个是基因转换编码，另一个是动态演化的范例组织，这两种要素是运用生成设计法进行创作的最为基本的内容。

2.1.1转换编码

生成设计法的编码系统就像自然生物结构中的DNA，那是一个复杂的结构系统，控制着生物演化过程中千变万化的复杂性。换句话说，我们也可以把基因转换编码看成是一组能够描绘和确定某种特殊设计行为的理念。我在第一年研究结构图码库的时候，对文艺复兴时期的艺术大师们有了更为深刻地认识和理解。生成设计法的规则反映了我对于自然美的认识，这些规则表现了我对于某些特殊的自然结构的主观迷恋，然后又将这些特殊的自然结构转译成了一种操作系统的设计规则。

然而，这些设计规则不是客观的，也不是产生于哪种哲学方法。总的来说，这些设计规则表现了我对于和谐之美的理解，这个理解一方面来源于我个人的社会和文化阅历，另一方面来源于我读到的那些描绘自然和人工世界中各种结构形态的作品，那些结构形态竟然能够产生出一种新的“现实”场景。其实，这种做法与文艺复兴时期的精神和挑战非常接近，那就是：把对于自然的和谐之美的理解作为一种可以操作的基因编码来表现一种人工的世界。在“理想的城市”这篇文章中论述了这些设计规则表现出的一种诗意的结构形态[3]。

一套具有演化逻辑的转换编码既源自于传统文化，又反映出我的个人特征。甚至，它在艺术的与科学的方法之间还存有不可分割的协同关系呢！事实上，我们利用这个复杂系统的演化逻辑进行设计实验时，就能够寻找那些可能实现的和谐编码的片断，追求我们对美的理解。这个非线性的复杂系统以及它的那些出乎意料的生成结果，表现出美学研究领域中那些似乎无甚关联的东西之间隐含着意想不到的协同关系。

在寻找和谐编码的设计规则时，我曾利用过多种方法进行实验，例如几何编码、透视编码、数学编码等，这些都可以通过计算机的操作变成可视图形。更特殊的是，我还利用图像数字技术进行编码的转换，这样使我更清楚地认识到生成物件在这个复杂系统中的作用。这个复杂系统能够通过子系统的变体和细部表现，沿着“优先路径”进行转换和演化，暗示了它是对设计对象在整体和特征方面进行范例控制的一种逻辑。我也曾利用多维细胞体自动生成系统（MCA,multidimensionalcellularautomata）编写设计规则，这种规则能够确定生成的建筑场景的拓扑结构。

为了建立每个单独的生成物件，这种人工化的DNA需要一个演化系统，或者说是一种人工生命的演化系统。这个系统能够发展和产生适合我们这个时代要求的复杂性，目标是能将那些复杂的生成物件最终赋形，使它们形成城市、建筑、工业制品。当然，仅把能够产生美妙动人的形式作为目标是不够的，尽管这些形式表现出来了未来可能环境中的自然复杂性，就像贝塞尔曲线[4]的整体数字公式中出现的那些不规则线段。我的研究要使最终赋形能够表现出人工的个性化特征，这种个性化特征令人们在现存环境的复杂性中“可识别”。例如，意大利中世纪保留下来的历史城市的特征，纽约城市滨海地段的特征，芝加哥城那些20世纪初期建筑的历史特征，香港城中充溢着东西方混合风格的特征，凡此种种，不胜枚举。1986年我开始进行生成设计法的实验就是首先从意大利的中世纪城市着手。

2.1.2动态演化的范例

为了对复杂的物件进行赋形，就必须设计出能够在系统的结构演化过程中使用和指导的范例，这样产生的结果是各不相同的意大利中世纪城市的典型样板（图3、4）。为了能够做出这么多可以组合的范例，我就需要像文艺复兴时期的建筑师所做的那样，对建筑的空间结构进行分门别类的组织。因此，我建立了一个系统，在这个系统中建筑的各个物件的关系是相互嵌套的，这个系统是建筑空间可演化结构和非演化结构的基础。非演化结构也是值得重视的，因为在演化的过程中它可以完全推翻与其相同的结构。

这个系统是按照“生成物件—空间结构”的对应关系制作的，它的周围设计了26个像神经元那样的突触（synapse），这些突触能够处理那些相邻物件的拓扑界面，这样，这个系统就有了第27种功能。两个空间结构之间的单个直接联系最大程度能够激活9个复杂界面，这样，在空间关系上，每个相邻的物件之间在建立拓扑关系上就同时有了1∶9的可能性。每一个界面在运行演化—转化时可以利用一系列平行的子系统来生成自己的特征，这些平行的子系统可以同时使用或者相互合成。每个子系统都有对应于用物件来说明和表现的特性，都有一个不同的几何结构或者类型结构来代表它的特殊性。试举例说明，对建筑的生成对象进行演化合成时可以采用三种平行的几何系统，第一种是基于数字9的系统，例如9×9×9的形体与黄金分割法的关系，第二种是基于中轴线与对角线逐次划分的系统，第三种是基于笛卡尔坐标中角度与圆心关系的系统，在这三个平行系统的合成和干涉下同时生成出来作品的复杂与和谐的特性。

除此之外，这个系统还有折叠功能，它能够改变空间结构的拓扑关系，让突触产生的界面与每个物件刚好重合。而在折叠功能作用以前，界面与物件之间是分离的。在整个编码转换的过程中，时间作为惟一的不可预知的因素，在演化结构中可能会出现分歧（bifurcation）的决定性作用。每一个生成路径的起始端在一开始就设定了时间量。很明显，开始的时间总是不同的。伴随着各自的加速或减速，系统的折叠功能控制着结果的不可预知性。同样，这种方法使得相同的生成程序无法重复进行，这种独特的性能是因为生成程序一经启动就具有短暂性，这种性能只有通过调整或者重新设置时钟来产生克隆体时才会被克服，当然，这样的做法与生成设计法的主旨是相矛盾的。

一旦建筑空间的网络系统组织好了，我就会针对每一个设计要求来制定一个有条理的计划来检查系统的演化动态，以使其能够满足设计委托人的要求。具体地引例来讲，不论是设计洛杉矶的一栋多功能的摩天大楼，还是设计一个简单的椅子，都必须运用和谐编码来按部就班的进行工作，直至达到了所要求的目标。对于每一种设计工作来说，利用生成法来进行设计明显是一件异乎寻常的（adhoc）工作，所以，从经验的成熟程度来讲，我们还没有一种严格确认的技术。

生成设计法并非是一个能够产生各种各样可能方案的工具，也不适合所有从事创造性工作的人。生成设计法的运用需要一种主观目的明确的方法，这种方法能够对设计委托人的特殊要求做出回答，同时与社会的人文传统相一致。最有可能的就是制定出一种可以操作的方法，这种操作方法可以通过各种规则来执行，就像我在教学中的实验探索，这就需要进一步的验证了。

2.1.3方法和技术

这里的问题是，生成设计法能否被认为是一项技术？能否被认为是一种类似于我们建筑师常用的CAD那样的生成系统？根据我个人的试验，答案明确是“不”！其他诸如参数设计法、随机形式法等，只不过是简化了设计的过程。

首先，让我们来把生成设计变成参数设计来考虑问题，参数设计在可能有约束条件的变体参量下仅能产生被程序化的变化形体，物件不是被生成的而是被画出来的。接下来，产生的变体不是与可能产生的结果发生相互作用，而是与同一结果在尺寸大小方面发生相互作用。因此，这种假设成参数设计的方法只能适用于复杂系统的“简单”部分，这个结论并非是偶然的。复杂性不是通过增加、而是通过整合来实现的。因为建筑的相关要素是千变万化的，所以，若是利用参数设计建筑的话，只有把建筑减少到只是体块的程度时才有可能进行。无论如何，一个体块不是建筑，它只表示某个量的体积。要成就建筑，就必须通过设计这样一个阶段。在当今的全球化时代，这种主观目的明确而且具有创见性的设计方法的确能够打开一扇看到强烈文化特征的门扉。

接下来，让我们再以随机产生形式的方法来考虑建筑设计的问题，这种方法有许多的支持者，也有不少人拿它来做实验。这种方法的理念是让计算机随机产生出许许多多的建筑形式，建筑师只是在这些建筑形式中做出选择罢了。但是，这种方法忽视了生成过程的主观目的性，而只把它作为一种如何进行挑选的方法。

这样就出现了两个最基本的问题，真正的随机状态如何产生？对建筑如何做出选择？

对于前一个问题可以这样考虑，只有当形式以及产生形式的思想变得愈发不可预测或者令人惊讶的时候才是随机的状态。举例子讲，当一只瓶子的外缘沿着一根随机变化的中轴旋转360度的时候，瓶子轮廓产生出来的样子是不可预测的吗？设计者的思想是通过旋转的构思和逐次的结果表现出来的，但是，仅仅拿出旋转中轴的马达类型或是应用的约束条件来说明设计者思想所产生的结果，能够让人信服吗？无论如何，这个例子说明了不论生成设计内容的繁简程度如何，即便是一个极其简化的系统，都是一个相当可观的矩阵。

另一方面，如果这种可辨识性没有具体的形象，建筑师何必守在电脑前等着正确的建筑形式出现呢？如果建筑师真要这么做？那他是在做建筑师要做的事情吗？我想会有这两种不同的情况，其一是针对建筑师，其二是针对委托设计的业主。建筑师在业主的面前摆弄着电脑，不断地把现存的世界转换成将来可能的世界，把现存的环境朝着他的思想方向发展，什么未来的、美好的、有用的、和谐的等等，面对这种情况，业主只能去做选择。建筑利用电脑工作静候着他所希望的建筑形式出现，然后他再把这种形式附加上专业特征。对于这样的做法，说到底建筑师还是像个业主。

对于后一个问题可以这样考虑。不消针对一栋摩天大楼，只是针对建筑在结构、技术、配置、审美、形式等方面的复杂性，时下的设计方法常常提供的是一种相关的和综合的多层面的系统。做出一条随机变化的贝塞尔曲线，无疑是一个有趣的事，我相信我们所有从事建筑学这个领域的人都会非常欣赏这样的曲线。但是，一项建筑设计就有所不同了，很可能会利用随机的方式设计建筑的外表，或者设计建筑的内部，但是，我相信有必要在出现的建筑形式上加大表现建筑品质和特征的范围，例如技术的、材料的、色彩的等等。目前可供选用的设计方法严重地制约了建筑表现的潇洒自如（arbitrariness）。

无论如何，前面论述可以认为是针对业主的情况，不是针对建筑师的情况。某种形式之所以被选中，是因为它令人激动，具有一种特殊的效果。设计就是在建立和转换那些能够实现复杂性的编码，把设计者幻境般的思想编录成可操作的条理规则。这样看来，仅仅利用随机这个条件是不够的。

那么，到底什么是生成设计法呢？它是一种能够成为最终产品的思想，一种能够产生无穷无尽的结果并令业主能从这些结果中进行挑选的思想。最终结果肯定不仅仅是形式的结果，例如贝塞尔曲线形成的那样漂亮的形状，而是一种具有实施可能性的直接赋形。因此，生成图码库的建立是要把它作为一种人工的DNA，作为一种和谐编码，作为一种可组织的范例，这种范例能够以动态的方式检查设计环节的特殊性。整个系统的运行由转换规则和控制规则所决定，转换规则是一种可以控制的运行方式，控制规则把握着关联、干涉、合成和谐振等环节的运行，特别是谐振常常会出乎意料地出现在被激活的演化动态中。这里一点没有数据库的样子。当我们研究达·芬奇绘画作品的编码时，我们知道了利用大量不同的创作思想作为试验性假设的设计方法，每一种假设都限定于一个可操作的方法，而不仅仅是一堆零件的组装。创新的目标一经设定，科学的探索总是不断进行的。

根据我的做法，生成设计并不是把那些预先设计好的零件储存起来，然后拿出来可以进行相互交换的设计方法，而是一大堆可能的物件在出生、形成、相互合成的过程中在系统中不断地发生作用，直至生长成熟，这种过程与自然的生命现象很相似。不可预知性并不是固定在随机形式的上面，而是与系统运行的人工生命相关联的。人工生命愈是复杂、愈是不可预知，伴随着不同时间的演化，就愈是能够从和谐编码的庞大矩阵中激发出令人激动的答案。这些答案将大大提高设计者波涛浪涌般创作思想在特征表现上的明确性和可识别性。

2.2生成设计的方法

人们的创造性活动发生了变化，不仅仅是因为使用了新出现的数字工具，更是因为人们对新领域的开发利用产生了新的哲学思想。设计也从重于成形改变到重于转换。思想的表现在开放与包容的程度上向前迈进了一大步。当前，各种各样的音乐变奏曲已经偏离了基本主题，在多样形式并存的情况下，每一种形式都可以变成一种可转换的模式，甚至是一种思想。

今天，我们掌握的技术工具不会像老式机器那样，制造出来一堆一模一样的产品，而是制造出各具特色的产品，这是一场新兴的革命。在成本相同的情况下，数字化时代使我们能够效仿大自然或者手工艺来制造出独一无二的产品。独具特色的产品已经成为对于当今文化需求的一种新的回答，这种文化需求把人们引导到这样一个境地，那就是每一个人都希望自己的环境、建筑、人工制品都能反映出一种独一无二或者举世无双的特点。可惜，这种文化需求长期没有得到正确的估计。在这样一个时代中，我们发现了自然界的生物特征是通过克隆的方式来产生和传递的，那么，生成设计法可以在人工的世界中实现一种与之相应的发展趋势，利用这种方法，通过人工智能、人工生命系统以及高科技，我们能够再次体验到大自然给予我们的审美和道德上的愉悦。

3.形态生成设计的作品

下面介绍利用生成设计法制作的一些形态生成实验作品，我的第一个生成设计案例开始于1986年，主题是关于意大利中世纪城镇的DNA，接下来做的是“巴西利卡”软件。

3.1从二维到三维，对转换编码规则的理解

1984年，我的第一个生成实验来源于我对一幅历史图画产生的想法，作为一幅二维的笔记式印象速写，即使这幅画很抽象，假如我们很合适地观察它，我们不能否认它是一种具有普遍可能性的三维模型的生成编码。这个从二维到三维的过程不是一个自动演化的过程或者演绎的过程，实际上是一种主观理解的过程，这种主观理解表现出建筑师可能具有的某种思想。