數(shù)字時代建筑形態(tài)與建筑美學
關鍵詞：數(shù)字時代，建筑形態(tài)，建筑美學
眾所周知，建筑是一種三維空間藝術。但長期以來，建筑師的設計受制于二維的繪圖工具：繪圖板、圓規(guī)、三角板和丁字尺。建筑師對三維空間、形式的想象力無論有多豐富，都必須將其設想轉(zhuǎn)化為二維的圖形信息──即繪制成建筑圖紙，傳遞給建筑構件制造方和建筑施工方，最終建筑才能在三維世界中得以實施。數(shù)字時代計算機技術給建筑師的設計手段帶來了革命性的影響，給建筑形態(tài)帶來巨大的變化。目前對于數(shù)字時代建筑形態(tài)的研究已有相當數(shù)量，總的可以歸納為三大方面，即新材料——新形態(tài)、新功能——新形態(tài)、新思維——新形態(tài)。本章將在這些研究成果的基礎上，從計算機在建筑設計中發(fā)揮作用的發(fā)展促進建筑形態(tài)變化的角度，總結數(shù)字時代建筑形態(tài)的特征。
1從傳統(tǒng)手工時代、機器化大生產(chǎn)時代到數(shù)字時代
在手工生產(chǎn)時代，建筑形態(tài)呈現(xiàn)出手工產(chǎn)品形態(tài)，建筑形態(tài)的最大特點就是作品本身具有一定的藝術表現(xiàn)力。傳統(tǒng)建筑建造技術相對簡單、技術發(fā)展相對緩慢。各種建造技術、技巧很大程度上建立在直接經(jīng)驗和直觀感受基礎上，這些純熟的技巧都可以看作是一種藝術。此時，技術與藝術天然的融為一體。
機器大批量生產(chǎn)時代初期，工業(yè)設計和手工制作徹底分離，建筑形態(tài)失去了了傳統(tǒng)手工作品那種與生俱來的藝術氣質(zhì)。“需要一群有廣泛全面文化素養(yǎng)人員，既精通實際操作和機械方面的設計，又精通理論和形式創(chuàng)造方面的規(guī)律。”對于傳統(tǒng)的教學方法——把公認為典范的作品當作樣本來模寫學習，通過大量的表象的積累，進而學會變通的本領，在新的生產(chǎn)時代下得到了全面的更新。1919年德國包豪斯把基本造型、結構練習，以及構成課教育作為形式創(chuàng)作方面的基礎訓練科目，進行幾何形態(tài)、體積、色彩與設計的研究，形成了全新的形態(tài)構成原理。構成是現(xiàn)代設計的基本方法，受認為物質(zhì)是無限可分的現(xiàn)代物理學，系統(tǒng)論的現(xiàn)代方法學等近現(xiàn)代理論的影響，設計領域形成新的思想。新思想認為把各種事物分析為基本因素，再找出新的連接關系是創(chuàng)造性思維的關鍵，這種思想和方法就是構成。所謂構成就是將要素進行組合。構成的建筑設計方法適應了現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)方式，迅速普及到世界各地，使建筑與城市的形態(tài)發(fā)生巨大的變革。
如果說現(xiàn)代建筑產(chǎn)生于工業(yè)技術的迅猛發(fā)展的社會大背景之下，并且蓬勃發(fā)展了一個多世紀，那么今天種種跡象表面歷史正在展開新的篇章：計算機技術的突飛猛進正在建筑設計、制造和建造領域掀起新的革命。在新的技術推動下新的思維不斷涌現(xiàn)，建筑形式發(fā)生更大的變化，其未來的發(fā)展深度和廣度非我們目前能夠把握，這里旨在整理目前日漸清晰的脈絡。
2計算機輔助設計時期的建筑形式的特征
2.1數(shù)字時代早期人們對計算機的使用僅僅限于過程性的工作之中，其作用主要表現(xiàn)在繪圖、儲存圖紙和技術分析兩個方面。計算機在建筑師眼里更多的被看作是設計的輔助手段，如繪圖、儲存圖紙信息、技術分析；在構思創(chuàng)意方面它是不適用的。計算機對于建筑師來說主要解決了如何將頭腦中的構思表達出來，或者利用計算機完善建筑師的構思。F•蓋里是最早關注利用計算機作為設計手段的建筑師之一。他本人甚至不會使用計算機，計算機對他的幫助是將他的構思草圖精確的轉(zhuǎn)變?yōu)槲锢砟Ｐ�，以及作為建筑技術分析的手段。
隨著計算機在三維輔助設計上的發(fā)展，人們開始利用計算機致力于新的建筑形態(tài)的探究。如利用數(shù)碼技術對傳統(tǒng)建筑空間加以變異，改變建筑的圍合界面達到解放建筑形體的目的。仍以F•蓋里的設計方法為例，建筑在設計之初建筑師已經(jīng)形成了意向造型如徒手草圖、工作模型等，設計結果是對雛形的修正、完善和具體化。F•蓋里的團隊還對快速定型技術進行實驗，模型、模型的局部都由數(shù)字模型中制作出來，通過這種方式明顯顯示出了數(shù)字信息準確性高的優(yōu)勢，因為成果模型要直接用材料制作產(chǎn)生，將計算機用于創(chuàng)作過程模型的混合型創(chuàng)作方法使成果模型的精確性得到了數(shù)字技術的補充。圖1說明的是F•蓋里事務所經(jīng)典的設計流程。
資料來源：朱濤，《計算推進建筑革命》•新地產(chǎn)，2/2004
如本章開頭所述，在計算機輔助設計時期，建筑形式變化呈現(xiàn)出兩種趨勢：
第一種趨勢是建筑形式復雜化，與傳統(tǒng)建筑形式相比顯得比較隨性，如美國麻薩諸塞州麻省理工學院斯塔特中心。設計師F•蓋里曾說，“如果你按賦格曲的秩序感、結構完善性和正統(tǒng)的定義出發(fā)來理解我的作品，你就會陷入完全的混亂。”
第二種趨勢是建筑的外形并不復雜，但它的某些技術分析的手段離不開計算機。如在波士頓大學的一個天窗設計中，傳統(tǒng)的媒介就無法滿足其幾何復雜性的要求了。它橫跨一個天井并在一幢新的矩形建筑物和現(xiàn)存的回旋鏢形建筑之間投下陰影。設計中Ericson說：“為了橫跨不同的建筑物，天窗不得不在每一個維度上都進行扭曲。幾何形式過于復雜，就是沒法組合到一起。”最后，在MicroStation軟件的幫助下，Ericson用十余種不同的方式天窗構造進行研究，而結果看起來出奇的簡單。它類似一個金屬網(wǎng)格，而不象是一種多向交叉的結構系統(tǒng)。在陽光明媚的日子，網(wǎng)格架會在天井庭院的墻壁和地板上投下陰影。利用專業(yè)軟件的太陽光源定位功能，能夠通過建模的構架直接投射陰影，產(chǎn)生一系列陰影透視。“這些研究幫助我們理解自己究竟需要怎樣的表面裝飾，以及我們能在多大程度上用陽光裝飾空間。”這樣，對光線的研究就如同構造幾何形式一樣，成為設計的判斷依據(jù)。
案例：水上展覽館WaterPavilion
1993-1997年荷蘭NOX
計算機作用：形態(tài)生成、結構計算、構配件定制等；建筑形態(tài)特征：有機化；
該項目由荷蘭運輸部、公共工程部、水利資源部共同委托，位于荷蘭西南部的一個人工島嶼上。這一建筑是娛樂性的多媒體展覽建筑，用以展示和說明建筑、交互式媒體技術和其他高科技之間共同工作的狀況。設計人員用三年多的時間，將項目設計成集建筑、展覽與環(huán)境為一體的巨型交互裝置，用以說明建筑設計、交互式多媒體和信息技術與人之間的相互交織關系。
水展館(WaterPavilion，1997，圖2)是NOX事務所實現(xiàn)的第一個“液態(tài)建筑”。NOX認為現(xiàn)在的世界，語言、性別以及身體都體驗到外界的流動化，信息以混合的形式滲透到所有的形態(tài)中去。NOX把液體理解為可以變化的實體，以顯示它的中性和方向性，外界的影響和內(nèi)在的結合力形成它的有形狀態(tài)。
在某種意義上，展覽館是一棟“聰明”的建筑，有著自身的內(nèi)部邏輯和感覺能力，會對參觀者的行為活動做出反應，以達到與參觀者互動交流的目的。設計利用先進的動畫軟件和模擬軟件構造了一個復雜的結構模型，整個結構由相互交織的16根樣條（spline），半圓形和橢圓形的可伸縮鋼制截面沿著樣條構成蠕蟲狀的建筑。這些樣條不是一般構成曲面的固定軌跡，而是活性的、具有反應能力的樣條，樣條按照預先編制的程序統(tǒng)一變形，并由此帶動建筑內(nèi)部空間發(fā)生變化，地板、墻面和天花板無縫地聯(lián)合在一起，沒有明確的界限和水平、垂直面之分。在室內(nèi)，經(jīng)過精心定位的感應器與一排65米長的聲控藍燈相連，室內(nèi)地面隆起地帶的燈光和聲像會隨著來訪者的運動不斷地、有節(jié)奏地發(fā)生變化。因此，在這個建筑中，來訪者始終處于有方向的不平衡狀態(tài)，人們需要依靠人體的運動神經(jīng)系統(tǒng)和觸覺本能來保持平衡。
2.2由“計算機輔助設計”到“計算機設計”是指上個世紀90年代計算機技術飛躍發(fā)展，隨著影像處理、電腦仿真和動畫能力的日趨健全，計算機在許多領域已經(jīng)不再是“工具”，而成為思考和呈現(xiàn)設計理念與操作方式的“媒介”，成為了設計師大腦的延伸。正如DouglasGarofalo所說的：“先進的建模軟件影響了建筑師的視野——他們提示我們應該在設計中解決哪些問題，以及如何能夠建造得更加精確。”
此時的計算機軟件已經(jīng)決不僅僅局限于造型的推敲和設計效果的再現(xiàn)，CATIA、eifform、L系統(tǒng)、（圖3）細胞自動控制、遺傳算法等其他科研領域的程序被借用到建筑領域，用來產(chǎn)生嶄新的形式。例如eifForm軟件就是一種優(yōu)化生成的計算機程序，它可以在保持結構有效性的同時增加、刪除或修改原始點及其連接性。通過在設計無規(guī)則部位的無規(guī)則反復運用，該軟件可以確定無限的結構形式，生成的結果可以通過一種名為“模擬退火”（SimulatedAnnealing）的優(yōu)化技術來測定其性能，并選擇接近最優(yōu)的一個。應用eiForm軟件可以設計所有的單層網(wǎng)架結構的整體形式，還可以用三角形將其分解成結構原件和節(jié)點，并最終確定每一元件的尺寸。它還可以不斷反復修改設計，改進已有結構的性能。
它同時考慮眾多不同因素的影響，如結構的有效性、材料的經(jīng)濟性、構件之間的協(xié)調(diào)與美觀，同時滿足結構可行性的限制。由于該軟件隨機的本質(zhì)，任何初始條件都可以產(chǎn)生多樣化的，品質(zhì)一致的設計。
計算機設計時期計算機技術對建筑業(yè)影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一個方面就是計算機在一些新興的幾何學中的應用，促使了建筑師對歐幾里德幾何學統(tǒng)治地位產(chǎn)生了質(zhì)疑，引發(fā)先鋒建筑師對非線性建筑形式的探索；另一方面是指計算機推動了復雜學科的興起，改變了人們的時空觀和自然觀念，從而開闊了人們對建筑的認識。
有關學者對于數(shù)字時代的建筑形式發(fā)展趨勢有兩支并行但時有交叉的新形態(tài)走向，這二者都與當代科學技術的發(fā)展有著密切的關聯(lián)，尤其是借助計算機的強大能力來發(fā)展形式和輔助設計：
其一，是以非線性的建筑形態(tài)為特征，其主要理論來源于分形幾何、拓撲數(shù)學和復雜科學理論的研究，其常用的折疊、分形、自相似、奇點等概念直接來源于這些學科。同時，這股潮流還與法國哲學家德勒茲的理論有關，并經(jīng)由德勒茲與萊布尼茨和伯格森的學說產(chǎn)生關聯(lián)。
其二，是受有機形態(tài)啟發(fā)，具有仿生、擬態(tài)的手法特征。這種仿生的自然形態(tài)建筑不僅在表層形態(tài)上借鑒自然界事物的形象，更在設計理念的深層結構中考慮了人與自然的關系。
這一階段歐、美、日都涌生出一大批建筑師和建筑團體。和前一階段建筑師及其作品相比，他們無論在構思、設計還是建造階段對于計算機的依賴更加強烈，甚至試圖將設計過程更多地轉(zhuǎn)化為計算機的自動運算，從而盡量減少主體的預設和干預，獲得一種隨機的、動態(tài)的形式結果。FOA每次介紹方案時都以“我們和FrankGehry不同”作為開場白。雖然FOA與F•蓋里都有非線性的建筑形式特征，但從設計的理念來看，前者更多的是把建筑看作一種雕塑，評判的標準也基本上是傳統(tǒng)的建筑法則；而后者是一種面向過程的動態(tài)設計方法。他們將關于基地的數(shù)據(jù)、建筑的技術要求、委托人的要求等等一一輸入他們的計算機，并且看會發(fā)生什么。他們試圖忘記自己正在完成一座建筑，尋找一種沒有預設的狀態(tài)。FOA認為把草圖作為設計的開始具有很大的局限性。因為“當你畫草圖的時候，常會依賴于腦海中的虛擬的記憶，但只有當你忘掉這些的時候，你才可能給自己一個驚喜。”
3傳統(tǒng)美學原則的局限
數(shù)字時代建筑師常常會拋棄傳統(tǒng)的美學標準，代之以一種光滑、柔軟、變形的美學價值取向，以至新的建筑形態(tài)通常表現(xiàn)為光滑的表面、復雜的曲面，柔軟的水滴般的形體，拉伸的表皮等等。他們一般由折疊、軟體、變形的盒子(flolds，blobs，morphedboxes)等構成。其中，軟體的建構(blobconstructions)可以從凱斯勒(FrederickKiesler)、勞特訥(JohnLautner)、伏勒(BuckminsterFuller)這些先驅(qū)者一直追溯到蓋里，以及善于軟體建筑構的年輕一代人(blobmeisters)，包括格雷格林(GregLynn)、噶羅伏婁(DougGarofalo)、司考特(IwamotoScott)、Jakob+MacFarlane，Kolatan/Macdonald，威廉•馬斯(WilliamMassie)、SHOP、UNStudio等等。蓋里設計的西雅圖體驗音樂工程(ExperienceMusicProjectinSeattle)曾被約瑟分•羅薩(JosephRosa)當作21世紀軟體建構的代表，而把埃森曼1997年設計的Staten島藝術與科學學院作為折疊建筑的代表。由于傳統(tǒng)審美原則諸如比例、尺度、色彩、均衡等已經(jīng)無法對新建筑的全面評價，這些建筑形式給人們留下難于理解的印象。
新的時代呼喚新的審美法則，當代包含建筑藝術在內(nèi)的藝術界隱含著一個強烈的愿望，即希望再有統(tǒng)一的審美理論把紛繁復雜的藝術現(xiàn)象重新納入到一個新的原則下。新的法則的建立無外乎兩種可能性，一種是在傳統(tǒng)美學法則下發(fā)展而來；另一種是拋棄傳統(tǒng)美學原則另起爐灶。無論是哪一種，在數(shù)字化的社會背景下都將打破原有的標準，建筑形象的創(chuàng)作不必再刻意追求依據(jù)。功能、環(huán)境、歷史文脈可能是形象產(chǎn)生的源泉，也可能不是。重要的是建筑最終是否使人產(chǎn)生審美愉悅，也正是這種情況，使建筑師的創(chuàng)作獲得了更大的自由。
