数化设计的思想方法源自于对形式的生成规则与操作原理所进行的研究。参数化建筑设计使用算法语言与变量参数并结合人机的互动。它试图模拟建筑师在特定的基地条件与任务书的要求下根据形式逻辑来创造形体的复杂思维过程。它所衍生的技术在最新的计算机辅助设计软件中均有体现。在参数化设计的辅助下，建筑师在整个过程中不是通过直接对结果的控制来掌握设计进程，而是通过对规则的设定与判断来间接影响设计，在此过程中，建筑师能够无限逼近理想的建筑形式。研究这一设计方法的目的在于探索建筑师完成        

在建筑师与发展商的博弈中，建筑师时常为对手所控而陷于被动。委托方的某些细微意见反馈常常会导致所有相关图纸的改动，造成一定程度的工时损失，其原因在于建筑师不能对设计成果——图纸进行即时的改动与控制。而改善这一效率低下的工作方式的关键是建立一种参数化的设计方法。在这种方法中，建筑师操作的对象不仅仅是图形，还包括支配生成图形的规则（rules）与决定最终设计成果的参数（parameters），从而有更多的精力着眼于同委托方的交流并加强对最后成果的控制。

建筑师能够无限逼近理想的建筑形式（图片来源：百度）

一　参数化设计的原理与实践
　　一个简单的函数式有助于我们理解参数化设计的原理，其中A是建筑形式，从m1到mn是影响建筑形式的各种变量，也就是本文所讨论的参数，参数可以是容积率、密度这样的抽象指标，也可以是长度、曲率这样的具体变量；F则是由决定建筑生成规则编辑而成的算法（algorithm）。参数化的设计方法即是将各种指标或尺寸的具体数值通过形体的生成规则同建筑形式建立起数学上的联系。参数化的设计实质上包含三个要素，即基于规则、案例与参数（rule-based, case-based and parameter-based）。
　　参数（parametrics）为建筑形式提供了一种强有力的概念上的支持，这些支持包括：定义了建筑的广泛的可能性，在设计过程中以变量（variable）改变恒量（stable），以多重性改变单一性。运用参数，设计者能够创造出无数相似的形体，而这些形体是先前所构思的因量度不同、关系不同、形体操作不同而导致的不同方案在几何上的外化。当变量被赋予特定值，特定的结果将在无数潜在的可能性中被创建出来。
　　在参数化的设计中，真正具有话语权的是特定设计中的参数而非形体（shape）本身。如果赋予参数以不同的值，将会生成不同的物体或构形（configuration）。方程可以被用来描述物体之间的关系，也就是说可以定义相关的物体——互相关联的局部几何体。以此，物体之间的相互依存关系将被创造出来，从而隐藏在形式变化下的物体的“行为”（behavior）也将被定义。
　　参数化建筑设计方法的实现得益于当代科学对传统的欧几里得－笛卡儿－莱布尼茨空间体系的颠覆，以及非欧几何（Non-Euclidean Geometries）与非线性科学（Non-linear Science）的发展。因为正是这些当代复杂科学的发展使得对复杂形体的参数化控制具有了理论上的可能（例如对于分数维数几何体的控制）。计算机技术的日新月异也使得制造行业的工程师们能够利用参数化的工作方法操作他们的设计对象，制造业领域上的变革催促建筑师去改进他们相对滞后的设计工具。

参数化的设计方法的核心内容是对原型的几何操作（图片来源：百度）

参数化的设计方法的核心内容是对原型的几何操作，使原型适应于设计的既定目标，在这个操作过程中，建筑师操作的是建筑原型的生成规则与所设置的变量——参数，而非形态本身。形态作为一种几何表述只是既定的设计规则在一定的参数阈值在三维空间上的函数，因此这样操作的结果往往是无穷多解而不是单一解。在电脑屏幕前，建筑师于无数解中进行选择，并根据反馈的信息进行规则的修改或是参数的重新代入。
　　参数化的设计无疑解放了建筑师的创造潜能，在这样的操作方法下，勒·柯布西耶在《走向新建筑》中所提及的五种基本几何体将被摈弃，取而代之的是格里格·林（Greg Lynn）所提及的折叠、实体、液滴（folds，bodies，blobs）以及植物纹理、水波海浪、起伏山峦等自然的形态，甚至如墨比乌斯环（Mobius ring）与克莱因瓶（Klein bottle）这些拓扑几何体中的异类也成为先锋建筑师的灵感源泉。自此，建筑师的想像力得到了前所未有的解放。
　　参数化设计的结果往往是一个对几何形体的过程化的算法描述，在马克·诺瓦克的（Marco Novak）的“算法奇观”（algorithmic spectaculars）里……他建立起了“现实中互不关联但是为无数变量所约束的数学模型与生成过程……每个变量与过程如同一个特定的插槽一样对应于一种外力影响下的形体，这种对应既是统计学意义上的也是动态的”。诺瓦克在探索中，将从前对物体形态操作上的关注渐渐转移到对于关系、范畴、级别更高的量度乃至曲面空间的操作上来。由此可知，参数化的设计方法并不是要去预示一种恒态的形体，而是如布里演示的那样，去创造一种“同质异形体”（paramorph）——具有并不恒定的空间或拓扑描述但却具有恒态的特征。
　　参数化设计的实质是对建筑空间进行数据编码，将原本毫无关系的空间图形转化成数据库（database），建筑图形将成为一个整体从而牵一发动全身。参数化建筑设计的方法用算法语言（algorithm language）与变量参数（variable parameter）并结合人机的互动来模拟建筑师在特定的基地条件与任务书的要求下根据形式逻辑来创造形体的复杂思维过程，大量复杂的运算任务交由计算机来完成，在这个过程中建筑师关心的主要是既定的原型与对原型进行的微调，如果不满足于现有的原型，建筑师可以将几种原型进行混合形成综合体或者重新设定原型。

建筑从设计到建造的全过程的掌控（图片来源：百度）

建筑师的职能则不仅仅是传统意义上的对图纸的操作，而是对建筑从设计到建造的全过程的掌控，建筑师将根据自己的经验对生成的结果进行判断，交由专业的计算机操作员去翻译成算法语言生成一系列结果，在解放了想像力的同时建筑师的修养与知识面都受到了前所未有的挑战。无论如何，成功的建筑师将在这次挑战逐渐掌握同委托方的博弈中的主动权并实现从“画匠”到“大匠”的职能内涵的提升。
　　尼古拉斯·格雷姆肖设计的伦敦滑铁卢车站的国际终点站（Waterloo International Termina），为参数化的设计方法提供了概念上的清晰例示并取得了学术上的进展。这是一个400 m长的具有玻璃外表面的火车大篷，它的宽度从35 m到50 m不等，狭长蜿蜒的平面取决于火车轨道的布局与不易处理的基地形态，但也成为了项目综合体的设计源泉，并提供了设计上的潜能与意匠。设计上的精巧尤其体现在它的奇幻的屋顶形式上。屋顶结构包含了一套36个尺寸上不同但结构相似的三铰拱，由于平台的不对称性，拱在一侧坡度较陡而在另一则坡度较缓。每个拱的宽度根据屋顶的宽度相应变化。设计者并没有逐一建立各个拱的模型，而是建立一个同一类的（generic）参数化模型，基于这一操作规则，跨度与每个拱的曲面各各相关。运用向每个跨度赋值的方法，36个尺寸上相异，但拓扑结构上相同的拱能够悉数被计算出来（图2）。无论对拱的结构的描述还是与之联系的构件（对应于整个形体的饰面构件），它们的参数都可以被扩展。由此一个高度复杂的倚赖度层次能在参数的层面上建立起来，并允许反复不断的细化。
　　除尼古拉斯·格雷姆肖之外，诺曼·福斯特在伦敦市政厅的设计中也使用了参数化设计的手段，为了取得最小的阳光直射，这个建筑被设计为向南倾斜的姿态。要操控如此微妙的高次平滑曲面的变化，用传统的设计方法几乎是不可能的。建筑师运用Microstation软件对相对简化的框架形体进行微调，定下基本框架后，所要做的就是控制总高、总宽、倾斜度等关键参数，一旦发现符合环境条件并能引起视觉愉悦的形体就立刻进一步生成实体模型，再使用模型的优化处理技术将数字模型的表面如削苹果皮一般摊开，以供工厂制作之用。
　　二　参数化设计与传统设计模式之比较
　　在我国目前的建筑设计体制中，除了门类齐全的大型设计院，建筑师依然是作为一个咨询服务部门而存在，由于对委托方的尊重与妥协，建筑师要想取得对建筑设计的主动权，只能在同委托方进行更好更多的交流的前提下实现。传统的建筑设计流程中，由于建筑师的操作对象——空间，同委托方关注的指标之间没有转化的媒介，双方可能因为关注对象的错位而造成误解，两者之间的关系有失协调。
　　传统的建筑设计交流模式如下：①委托方根据需要与前期的策划制定任务书；②建筑师对任务书设定的目标进行解析与方案构思，推出方案A；③同委托方就方案A进行协商交流；④委托方根据方案A修改任务书，推出任务书B；⑤建筑师再对B任务书进行研究与解析，再推出方案B；⑥同委托方就方案B进行协商交流；⑦出于对委托方的妥协，建筑师不得不放弃一些想法，而委托方也出于同样的道理做了一些迁就；⑧以上的分歧在第三次交流中更加明显，而且修改的工作量由于设计的深入有增无减。⑨几次交锋之后，方案终于完成。建筑师明显感到对方案的控制力偏弱。
　　因为每一次选择都带有一些违心的让步，委托方与建筑师都没有感受到对设计过程的有效掌控。而参数化的建筑设计将为建筑师与委托方建立一个有效的交流平台。
　　参数化的建筑设计交流模式如下：
　　（1）委托方根据需要与前期的策划制定任务书A。
　　（2）建筑师根据任务书设定的条件与目标进行方案的构思，推出可供选择的多种方案，称为模式A1，A2……An。其中模式是一整套解决方案的集合，这些模式是既有的数据库中的成功案例的总结。
　　（3）在第一次交流中，委托方将同设计方探讨多种实现模式的可能性与利弊，由于提供了类似菜单式的服务，委托方的选择余地将变大。另外由于是建立在数据库上的设计，在这个过程中每个模式在各项指标上的值将得到即时的体现。委托方一方面缩小模式的选择范围，同时也根据所提供的即时数据指标提出细化任务书B。
　　（4）建筑师根据任务书B对选定的模式进行深化，设定解决方案的进一步的生成规则与参数变量，并对可能的结果进行尝试，得到深化模式B1、B2……Bn，由于有计算机的支持，更多的指标将即时生成。而建筑师将凭借修养与经验对整个操作过程进行控制。
　　（5）第二次同委托方进行协商交流，委托方依据指标做出进一步的选择，并进一步提出修正任务书C。
　　（6）建筑方案在交流中愈辨愈明，由于是基于科学的指标，最后的结果将在一种理性的选择下得到。
　　在这种建筑设计流程中，由于有计算机的支持，建筑师的主要任务是根据模式设计解决方案的生成规则，并对生成的形式和与之相应的指标进行判断与取舍，而不是直接操作形态，大量的时间精力将被节省下来用于同委托方进行交流，即使委托方对方案有较大的改动意见，建筑师也可以通过综合几种模式的优点推出综合模式X（hybrid－X），完全推倒既定方案的可能性是很小的。建筑师在整个过程中不是通过直接对结果的控制来掌握设计进程，而是通过对规则的设定与判断来间接影响设计，而委托方由于得到了建筑师更多的服务时间，通过对任务书的设定，其对方案的控制力也将增强。这是一种双赢（win－win）的建筑设计流程。
　　显然在目前的建筑设计体制下上述的参数化设计流程只是一种理想化的设想。作为建筑师，笔者也曾经在自己的建筑设计实践中部分履行了参数化建筑设计的工作方法。在某城市组织的一次青少年活动中心设计竞标中，笔者与自己研究团队的同仁使用3DS Max 软件对一原型进行操控，以求获得最理想的建筑空间与形态，多榀桁架构成的青少年活动室的曲尺形造型与其后流体形的剧院组成的混合体是对这个基地的形态的较好的回答（图6）。
　　三　参数化设计深化了建筑师的专业职能
　　正如以上所述，参数化设计方法在创建复杂的建筑形体之中大有可为，它的实现需要一个对于结构的解析策略的严谨的表达，如此则得到了对于构件之间的相互倚赖度的清楚有力的数学描述，换句话说，一个定义完善的策略对于参数的有效应用是十分关键的。
　　如果贯穿从设计到建造的全过程的话，设计的参数化策略将深刻改变建筑工业的性质与既有的等级制度，并波及建筑师在建造中的角色。在历史上，建筑师将史无前例地不再设计建筑的特定形体，而是去设计一系列由规则编码而成的参数方程，由此特定的、具体的建筑形体将被生成并可因时而调整。
　　在这场参数化设计的革命中，建筑师将深化对于建筑设计本质的理解，同时深化自己在建筑设计活动中的行为角色，由于方案的“生产”速度与各项指标的反馈不再成为技术瓶颈，对建筑形式的关心将被对于形式逻辑与生成策略的关心所取代，建筑师将由一个项目的生产者转变为一个项目的操作者，对建筑的综合评价也不再是基于各种独立的分项指标与描述性的规范（prescriptive code）而是基于综合的“效能”（performance）。以消防疏散设计为例，建筑师不再去套用现成的描述性规范去评价设计的合理性，而是运用相关的行为软件去模拟一定数量的人群在逃生时的运动路线与行为模式，从而对真实场景下的逃生时间作出更准确的预判。建筑师对于方案的控制将上升到一个新的高度。
　　参数化设计的局限性也是显而易见的，它对于形式逻辑缜密、结构有机性较强的建筑形式的处理尤其得心应手，但是对于材质、色彩等一些只能定性的属性的处理无能为力。在我们与几位建筑师同行的讨论中，他们极力将自己的工作同大批量的生产划清界限，并对参数化设计带来的设计的个性的缺失持有一定的忧虑。建筑师所担心的设计质量下降并非由参数化设计招致，其根源在于建筑师的修养与素质尚不能适应数字化带来的高效乃至于完全倚赖于这种高效而忽视了对于建筑的原创性的探究。加之建筑设计毕竟不是先验的纯粹的个人创作，而是在复杂的环境限制下解决特定的问题，因而参数化设计决不是程式化设计的学名，它的目的是要帮助建筑师去无限逼近理想的建筑形式，并力图在逼近的过程中不走或少走弯路。它帮助建筑师重新认识建筑学的本质，最终使其实现对整个建筑设计过程的决定性控制。