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哈佛大学设计研究生院风景园林参数化课程教学简介

作者: 宋雪韵 时间:2019-1-8 阅读次数:496

一/风景园林参数化研究现状

目前,“参数化”在建筑领域已被大范围地应用,并引起建筑设计方法根本性的变革,3D打印、数控机床(CNC)、建筑信息模型(BIM)、无人机拍摄技术(UAV)等参数化技术渐渐成为建筑设计的重要技术。在当代风景园林设计内容逐渐丰富,所涉及的相关专业逐渐增加与深入的背景下,“参数化”成为综合分析海量信息的新思路。另一方面,曾经的风景园林设计常以感性为主,其科学性与逻辑性倍受人质疑,当代风景园林需要向科学化、合理化成熟发展,“参数化”的学习运用有利于完成和加快这一关键性过渡。

风景园林参数化规划设计方法目前仍处于实验和探索阶段,国外先进教育机构和一些新锐设计师们,已率先展开了对参数化设计方法的研究,并取得了一定的成绩,如英国的伦敦建筑联盟学院(以下简称AA)、瑞士的苏黎世联邦工业大学(以下简称ETH)、美国哈佛大学和宾夕法尼亚大学等[1]。其中,AA和ETH的参数化教学体系相对完善,也渐渐被国内学者和设计师熟知,然而国内针对国外其余一线院校的参数化研究资料少有涉足。

哈佛大学设计研究生院(以下简称GSD)主要设建筑学、风景园林学、城市规划与设计三个系,其中建筑学和风景园林学两个学科在全美位列第一,其参数化教育也引领全美院校水平。本文在AA和ETH的体系基础上,总结出哈佛大学GSD风景园林系的参数化设计模式,探索其独特的教学体系,供国内院校及设计师学习。

二/哈佛大学设计研究生院 制造实验室

2.1 制造实验室概况

由风景园林系Stephen Ervin教授(信息技术助理院长)领衔,Christopher Hansen(数字制造技术专家)和Burton LeGeyt(数字制造技术专家)辅助的团队,成立了哈佛GSD的制造实验室(Fabrication Laboratory,以下简称FabLab),由大约50名以上受过训练的学生提供额外的支持,以辅助学生进行参数化实验,让学生学习一系列前沿的数字化软硬件应用和开发技术。 

Stephen Ervin教授是哈佛设计学院信息技术助理院长、计算机资源主任,兼GSD风景园林系讲师。受到BIM和地理设计思想的启发,Ervin教授提出了景观信息模型(Landscape Information Modeling, LIM)[6],将地理设计的设计思想或思维方式通过LIM实践和实现。其实,从概念和内涵上看,LIM与BIM是相似的,然而LIM关注的尺度相对更大,是实现地理设计的方法之一。在当前社会与学术界的发展趋势下,未来的设计将会涉及越来越多的多学科协同合作,与LIM所致力的方向不谋而合。

2.2 实验室条件及研究内容

FabLab拥有全面广泛的基础设备,从尖端机器人手臂,CNC路由器和机床,3D打印机,激光切割机,到加工“传统”木材和金属的齐全设备;该实验室是一个开放的环境,针对材料的学习和研究,使用了从泡沫、木材、金属、塑料、复合材料,到智能材料等更广泛的材料,供GSD所有专业的学生和教师制作比例模型和全尺寸原型。

FabLab在GSD官网上公布的研究内容主要分为CNC数控机床(CNC Router)、3D打印技术(3D Printing)、木材(Wood Shop)、激光切割(Laser Cutting)、智能机械 (Robotics)、3D扫描技术(3D Scanning)、金属材料(Metal Shop)、传统材料(Shop Store)八大版块(图2-2),主要教会学生如何搜集基础数据、操作建模软件和制模设备。如3D扫描技术的学习教会学生在何处以及如何搜集相关数据,3D激光扫描仪能够对地面进行取样,与相片结合后可以形成一个逼真的点云,再叠加GIS数据就能够创造一个完整的三维模型;如CNC数控机床、激光雕刻机、3D打印机、手工沙盘等可用于输出设计模型成果,学生被要求掌握其操作技巧并且尝试运用各种材料雕刻地形等模型。FabLab的八大版块研究主要希望能为GSD参数化教育提供探索实验材料,原型设计、测试,物理模型全新制造过程的可能性。

三/哈佛GSD风景园林参数化相关课程

哈佛大学是通过设置特定的数字技术课程,将数字设计、参数化设计工具和数字建造引入设计的教学中,将参数化作为辅助设计方法介入到传统设计中。

3.1 数字媒体

由Andrew Witt(建筑实践助理教授)讲授的数字媒体(Digital Media)课程主要讲授参数化理论和操作技术。

课程的理论部分,主要探讨按照逻辑形式制作的设计,学习参数建模、算法自动化以及支持它们的数学原理。这些参数方法既可以是数字演绎的(如拓扑分类、表面特征和模式逻辑),也可以是用于经验的(如材料变形和生成细节);课程的应用部分,学生通过学习操作参数化设计工具Grasshopper,Python和数字项目等,来重新排列和演绎设计问题。最终的项目将展示设计思维、数学表征和参数控制的适当综合。

3.2 伴随数字媒介的前沿景观:制造地表

由David Mah(讲师)讲授的“伴随数字媒介的前沿景观:制造地表”(Advanced Landscape as Digital Media: Fabricating Grounds)课程主要探讨教学参数化的规划设计方法。

该课程旨在景观设计和施工过程中引入数字设计和制作技术的概念和技术方法。学生在一个学期内,利用一些新兴、成熟的数字技术和过程,来开发新的景观系统原型,重塑和重组地形地面条件。整个项目在计算机实验室和制造实验室中进行,通过引入和开发广泛的数字设计和制造技术方法,丰富从设计概念、应用场景的开发,到最终景观建筑和材料系统的原型制造的过程,引导学生遵循由初始概念设计到原型物理制造的过程。课程涵盖了三维建模、参数工具以及数字制作中的数字设计等技能。

四/哈佛GSD风景园林系学生参数化规划设计作品

4.1 “伴随数字媒介的前沿景观:制造地表”课程作业——防冰避难所

 4.1.1 提出问题

GSD研究生Carl Koepcke和Marshall Prado创建了一个利用雪和冰作为建筑材料的防冰避难所(Ice Shelter Installation)。该临时遮蔽物旨在寒冷环境中,利用建筑材料的绝缘性质和固有抗压强度来自动制造空间悬链体积,形成自支撑薄壁庇护所。

 4.1.2 原型确定

学生按照老师的指导,查阅资料,以气动结构作为空间制造设备的早期研究为基础。

使用参数建模和数字制造技术制作出限定避难所的框架的塑料板,并且连接以形成可膨胀结构(图4-1)。这种塑料板轻便又可拆卸,允许用户在大型背包中携带。

 

 4.1.3 模型制作

学生在FabLab中将实验材料用3D技术打印,然后将打印出的92个独特的塑料面板布置和连接在一起,使用双面聚酯胶带和一些包装胶带进行额外增强。

 4.1.4 现实反馈

最终产品在悬链线结构内具有截面变化性,以优化多个内部和外部空间。利用内部空气压力和悬链式隔膜限定和控制期望的膨胀形状。虽然织物加固被用来加强和连接的悬链,发现一个大约1/2的冰壳在没有进一步支撑的情况下能够支撑自己(图4-2)。

 4.2 加拿大魁北克Metis国际花园节——表面深处

表面深处(Surface Deep)是加拿大魁北克Metis国际花园庆典入口处的新苗圃。园艺墙一直以来都是展示园区历史的元素。在现代设计理念和建模技术下,入口处的园艺墙被设计成为一个丝绸状的表面(图4-3)。这种波纹状的形式为园林增加了美感,成为游客入口处的标志物。内部还种植了苔藓,吸引着游客驻足停留,与花园互动。

 4.2.1 参数化模拟表面构成及墙体结构

学生们通过对微观苔藓表面的研究,使用参数化技术模拟出其生长的整个表面构成。同时,根据苔藓所需的多样的生长环境,模拟出所有墙体不同的朝向,确定了流线型的墙体结构。这样流线型的变化为苔藓提供了丰富的生境,并能够形成多种不同的微气候,为从面向阳光的阳面斜坡到位于悬挑结构背后的阴影空间。

 4.2.2 数据分析及植物选择

学生们根据参数化模拟出的表面构成及园苔艺墙结构,得到墙体所形成的不同的微气候的数据,结合以及不同品种苔藓的生长条件和形式进行藓布局。

前11个单元格种满了砂藓(Niphotrichum canescens,一种喜光植物),第12单元格种上了草藓(Callicladium haldanianum),其余的单元格(第13格至第22格)混合种植着草藓(Callicladium haldanianum)及其他喜阴森林植物,比如赤茎藓(Pleurozium schreberii)、毛梳藓(Ptilium crista-castrensis)等等。

 4.2.3 功能完善

除了强调出入口空间,学生们也意在鼓励参观者寻找他们自己参与、开拓以及互动的个人方式,园艺墙不仅苔藓表面和互动装置之间进行角色跳转,同时还在墙体、地面以及顶棚之间转化。

 4.2.4 数字化结构制造

在现场拼装之前,装置的各个部件已经在Cambridge预制好。利用了哈佛实验室内各种可以使用的数字加工技术以及手工制造设备。按照拼装流程步骤,园艺墙在两周之内就完成组装和成形,并安置在场地之上。 

五/哈佛GSD风景园林参数化设计的总结与思考

5.1 提倡跨学科的研究方式

哈佛GSD一直以来都接受各种各样的思想,学术氛围呈现多元化发展。相较于AA与ETH,参数化规划设计教育只是其研究的一部分,并没有形成一个庞大的教学系统。正因为GSD广泛涉猎,不断提升学生的跨学科能力,其参数化作品才体现出对城市更细致的关怀,和更创造性的问题解决方式。

GSD加强建筑、城市规划和景观专业之间的交流,同时开展材料、生物等学科的课程及讲座,希望学生们利用更广泛的知识、思维方法和科学技术解决更多的城市问题。GSD的年度作品集出版物叫做Platform(“平台”),非常贴切地概括了GSD的风格:不否定或偏好任何一种流派或思想,将不同风格、不同做派、不同背景、不同语系下的人们汇聚到一个大的平台,让更多的灵感在这里交汇融合。

5.2 培养自主动手能力

哈佛GSD的制作实验室拥有从模型材料研发、制作到比例模型、全尺寸原型制作的全套参数化加工体系,并有数字制造技术专家教授实验技术与方法。在FabLab中,学生能够将参数化思维模型化和实际化,在现实模型的问题反馈中,不断调整自身逻辑思维,最终真正有效地实现城市问题的解决。

目前,风景园林行业开始进入模式化设计的阶段,从方案到实际的施工都开始变得模块化,以至于设计变得相似、无趣和浅薄。然而,每一个从FabLab中制作出的参数化模型都是个性化的,不可能大批量生产的。因此,制作模型的教学方式也使学生具有了整体性设计思维,从景观方案到景观产品都会是个性化的,将来成为真正的设计师之时,也因专利化的设计思维和产品,具有独有的竞争力。

六/结语

参数化使风景园林规划设计这门学科,变得科学、客观和理性,得到分析事物运行发展规律的能力,极大地推进了风景园林学科的发展。同时,由于计算机行业不断地发展技术创新,参数化设计也将会依托强大的计算机软件支持,技术体系变得更加成熟创新。尽管由于种种因素,目前风景园林地参数化规划设计方法还并不成熟,也不一定能在短时间内获得突飞猛进的发展,同时得到风景园林业内所有设计师和学者的认可和学习,但我们必须承认这种思维模式会带来更创新可靠地规划设计方法。因此,我们应该开始思考慢慢摒弃传统规划设计方法,采用参数化规划设计方法,创造出更符合自然环境、社会环境和人性需求的空间和形式[7]。

参考文献:

[1]匡纬.风景园林“参数化”规划设计发展现状概述与思考[J].风景园林,2013(1):60.

[2]徐卫国.参数化设计与算法生形[J].世界建筑,2011(6):110-111.

[3]吕振环,吴素文,李喜霞.论混沌学的发展、特性及其意义[J].沈阳农业大学学报(社会科学版),2004,6(1):84-86.

[4]王国栋,宋魁彦.分形理论对设计思维方法的启示初探[J].大舞台,2011(07):171-172.

[5]矫苏平,孙秀丽.涌现理论与当代空间设计[J].南京艺术学院学报,2010(6):44-51.

[6]Nessel A. The Place for Information Models in Landscape Architecture, or a Place for Landscape Architects in Information Models[C]//Digital Landscape Conference. Bernburg, German, 2013.

[7]池志炜,谌洁,张德顺.参数化设计的应用进展及其对景观设计的启示[J].中国园林,2012(10):40-45