参数化在建筑方案和施工设计的应用

【摘要】从建筑参数化设计的概念入手，通过梳理参数化相关概念，探讨其在建筑方案与施工设计中的应用优势；分析参数化设计在建筑方案和施工设计中的应用要点，进一步探讨参数化设计在建筑工程设计中的具体应用。以深圳某轨道交通枢纽站为分析对象，深入探索将参数化引入现代建筑工程中的现实意义。

【关键词】参数化；建筑方案；施工设计

1引言

在计算机技术高速发展的背景下，以参数化为代表的数字化设计理念及相关技术已经融入建筑工程领域。在以往的建筑设计中，以CAD为代表的技术及应用软件仅能为设计人员提供工具性价值，无法为建筑人员提供更进一步的启发和决策帮助，应将参数化积极引入建筑工程设计的全生命周期，打造更智能化的建筑空间。

2建筑设计参数化概述及其优势分析

当前，参数化设计在建筑方案及施工设计中的应用频繁，作为重要的辅助设计方式可以将建筑工程设计中的某些要素转化为函数变量，随后得到相应的函数结果，进而帮助建筑工程设计人员提供多种可参考的设计方案与结果。在建筑工程信息化水平不断提高的背景下，参数化设计是建筑方案与施工设计的主要方式之一，现阶段的参数化建筑设计可以依托计算机技术以及软件系统生成符合建筑工程实践需要的特殊函数关系，建筑工程设计人员能够在改变参数条件的过程中形成更科学的建筑方案和施工设计。在建筑工程中应用参数化方案可以有效摆脱因传统技术而造成的限制，全面优化建筑空间。通过参数化工具展现设计意图并进行辅助施工，有以下几点突出优势：首先，保持理性设计，实现经济可行。将参数化应用于建筑工程方案及施工设计中，可以通过程序设定输入值与输出值模拟复杂建筑工程中的参数化关系，并形成精确度极高的模型控制平台，以确保建筑设计施工方案向量化发展。同时，在参数控制过程中，能够有效约束建筑的造型、形态和尺寸，实现建筑工程施工资源的最优排列与有机组合，确保建筑工程项目的标准化建设与生产管理。其次，为设计人员提供可靠的设计与施工方案。在建立参数化模型的过程中，相关参数具有一定的可调性，能够在固定时间内生成多种合理方案，供建筑工程负责人选择，减少在工程决策阶段的时间成本。最后，快速响应施工项目条件的改变，保证多专业协同应用的顺畅性和便捷性，避免专业冲突。设计人员在梳理参数化方案和施工设计的过程中，可以及时更新平面信息和技术指标，更快速地响应项目变化。另外，参数化调控模型可以生成满足建筑工程各专业需求的技术图纸，以确保从概念设计到运维阶段的信息流畅、真实与准确[1]。

3参数化在建筑方案和施工设计中应用要点分析

3.1满足不同设计阶段的复杂性需求

建筑工程设计是一项复杂的思维性活动，设计人员通过用线条与图形展示个人的人文与社会理念。然而建筑方案形成过程中，普遍难以实现协调设计与对外部影响因素的处理，尤其将平面化、概念化的方案用于具体建筑施工时，需要对建筑工程本身与施工环境进行全面、细致的勘察与考量。在参数化应用中，应进一步把握施工设计图中的难点，例如，不同建筑物的普遍性和特殊性，把握个体与整体之间的联系，进而实现对建筑工程不同专业和施工工种的合理安排。

3.2建筑建模

对建筑设计人员来说，快速且高效地设计建筑结构是极为重要的环节。在建筑工程未应用参数化设计软件前，传统的以网格面为建筑工程建模载体的工具有很大的局限性，如sketchup。尤其是在面对复杂的建筑结构以及不规则建筑曲面建模时，难以满足建筑工程设计严谨性与周密性的需求。而通过在建筑方案与施工设计中应用参数化，可以满足快速建模与精准建模的需要。当前，随着计算机技术的发展，计算机的运行速度越来越快，数据处理效率高的计算机可以生成更复杂的参数化建筑模型，使施工操作更经济、便利。以其在大型交通运输建筑设施为例，通过应用参数化模型能够提高建筑流线设计的流畅性，保证内外部结构衔接的顺畅度，能够很好地完成流线组织的各个功能，保证满足屋面结构的受力特征，符合结构设计的相关要求。

3.3多种对比方案的生成

设计方案的生成，一方面是通过改变参数生成多方案，可以在改变参数的过程中，生产多个不同方案，供建筑工程设计人员自行选择。被改变的参数通常代表建筑的某一特性，如建筑的长度、宽度、层高、外立面模数等。另一方面，改变逻辑生成方案。除了改变个别参数生成多个对比方案，通过改变部分参数化逻辑也是有效方案。

3.4建筑设计方案的优化

多次调整设计方案是建筑施工阶段的一个特点，造成建筑方案不断调整的原因多种多样，例如，客观施工条件的影响、建筑施工技术及工艺的限制、资金投入、投资方主观想法的改变等。为了便于设计人员及时调整建筑方案，需要适时引入参数化设计软件，优化建筑工程设计施工方案。通过参数化设计软件产生的设计模型，不仅能参考设计人员的主观想法，还能根据精确性更高的算法进一步满足在不同限制条件下的方案模型量化需要，通过人为输入限制条件，保证设计方案的合理性，减少试错及后续工程变更的时间和资金成本。

3.5实现信息的快速交换

在建筑工程的参数化设计模型中，可以快速、方便地实现在各个专业及工种之间进行信息交换。当前，建筑工程从设计环节到施工环节，不仅已经细分出了许多独立的专业，而且对不同环节的图纸要求也各不相同。一旦涉及比较复杂的建筑，很难满足建筑整体方案设计的科学性，而采用参数化设计则可以通过改变和控制参数实现对建筑信息化模型的调整，进而满足复杂形态建筑对流动分布空间与结构尺寸的需求[2]。

4参数化应用实例分析

深圳某轨道交通枢纽站位于中央商务区，且拥有高密度的办公人群，分布着大部分的都市公共空间以及文化艺术设施，还包括4条地铁换乘节点。作为大型交通建筑工程，通过在工程设计阶段引入参数化设计，一方面实现了功能性与艺术性的结合，另一方面提高了项目动静数据分析的综合水平。该轨道交通枢纽站作为优秀的交通建筑设计，与其具备科学性和美学性的结构有直接关系。作为开放包容式的建筑工程，采用了“浪潮涌动”的理念，在借助无数圆盘造型吊件构成广阔展厅穹顶天花灯同时，采用了参数化设计技术，更好地发挥了建筑综合空间以及动线材料的优势，平衡了在大体量空间下结构与艺术感之间的关系。在参数化设计中，还最大限度地考虑了乘客出行体验的便捷性与安全性需要，在功能区的合理布局下，保证了各个空间尺度与功能的适应性。例如，通过将天花板吊件作为参数基准面，根据不同空间的楼板高度形成波浪形曲面，实现“浪潮涌动”的设计。不仅如此，站厅环廊与地面站台之间形成的高差满足了天花造型的需要，为了更好地满足人体视觉对高度及空间的造型感受，实现整体平衡，将环廊区域的天花圆盘密度控制在其他区域的1倍以上，并向边缘逐渐过渡（见图1）。在参数化模型的支持下，圆盘设计根据新输入条件自动计算出了相应结果，获得了不同圆盘密度方案和波浪效果应用方案，有效控制了洞口和波浪在不同区域的起伏变化，最终通过参数化实现了建筑工程的造型需求。在以往的轨道交通建筑设计中，往往会考虑无自然光线的地下空间，本建筑工程改变了以往的设计倾向，在道路中央隔离带上进行了自然采光的天窗设计，不仅为地下交通空间营造了开放轻快的舒适氛围，还有效降低了传统地下交通空间对人工照明光源的需求，实现了城市地面空间与地下空间的有机交互（见图2）。其中，在天窗部分的设计中，为了保证整个空间结构的稳定性，更好地与天花造型结构形成呼应，以及满足光线强弱的需求，通过参数化设计对天窗的比例进行了深入分析，在合理优化和筛选过程中，提高了整个设计的准确度与科学性（见图3）。不仅如此，在形成参数化模型的过程中，还对绿色能源（风能、光能等）的利用进行了分析，保证了天花弧度和造型起伏趋势的合理性，同时根据结构模型和最大采光放射参数，优化了各个天窗之间的距离、尺寸等其他建筑部件之间的关系，最终，使自然光线被合理地应用在各个时段的交通空间中。此外，借助新风系统以及地热系统，还营造了温度适应、气体流通的室内空间微生态气候，在自然光和建筑形态的指引下，有效发挥了交通空间的引导与辅助功能。

5结语

综上所述，参数化设计是满足我国建筑工程精细化发展需要，也是实现建筑结构与功能一体化的重要路径。为了更好地将参数化理念、技术以软件应用与建筑工程设计阶段，还应进一步完善其实践应用和软硬件基础，通过资源整合以及按需开发，促进参数化技术的完善和普及。

【参考文献】

[1]路垚.基于参数化BIM建筑设计的特点及应用[J].城市建筑,2021,18(5):158-160.

[2]吴哲昊,王天裕,张群力,等.数字建筑参数化设计中的几何学理论与方法[J].土木建筑工程信息技术,2021,13(2):169-178.

[3]周浩,邓庆坦,陈平,等.建筑性能导向的参数化设计方法研究[J].建筑节能,2020,48(8):28-32.

作者：崔乃夫 桑映辉 单位：中国城市建设研究院有限公司