丁 俊

一、背景

數(shù)字時(shí)代的到來為人類的建造行為提出了新的方向，從技術(shù)到美學(xué)都帶來了新的改變。這一點(diǎn)可以在建造技術(shù)發(fā)展上看到一條比較清晰的脈絡(luò)：手工業(yè)時(shí)代，人們直接操作工具，以人力作用于工作面；工業(yè)化時(shí)代，人們可以采用動(dòng)力驅(qū)動(dòng)的工具完成建造，提高了工作效率與建造的準(zhǔn)確性，從而也可以進(jìn)行更好的量產(chǎn)；在數(shù)字化時(shí)代，人們并不直接操控建造設(shè)備，而是通過計(jì)算機(jī)控制設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)更高精確度和更復(fù)雜的建造。在美學(xué)上，數(shù)字藝術(shù)大為流行。眾多藝術(shù)家通過數(shù)字編程的方式創(chuàng)造生成式藝術(shù)作品。各種各樣豐富的視覺藝術(shù)及各種因應(yīng)感官的藝術(shù)作品為人們帶來了全新的體驗(yàn)。面對(duì)時(shí)代的改變、技術(shù)的進(jìn)步和美學(xué)的發(fā)展，數(shù)字建造順勢(shì)盛行，為整個(gè)設(shè)計(jì)行業(yè)帶來了巨大的改變。正如Lisa Iwamoto 在《數(shù)字建造——建筑與材料手法》（Digital Fabrications, Architectural and material Techniques）一書中提到，數(shù)字建造催生了一場(chǎng)設(shè)計(jì)革命，產(chǎn)生了建筑創(chuàng)造與創(chuàng)新的巨大推動(dòng)力。

二、概念

數(shù)字建造（Digital Fabrication）是一種通過計(jì)算機(jī)控制機(jī)器進(jìn)行制造的過程。數(shù)字建造方式通常包括增材建造和減材建造，比如最常見的有3D打?。ㄔ霾慕ㄔ欤?shù)控加工和激光切割（減材建造）。有很多種數(shù)字建造的方式，但是它們的共同點(diǎn)就是這些機(jī)器可以通過程序控制完成與數(shù)字設(shè)計(jì)一致的建造。嚴(yán)格意義上講，數(shù)字建造的概念只包含建造的過程。但是在實(shí)際使用中，會(huì)發(fā)現(xiàn)其概念包含的意義要更廣泛，數(shù)字建造與數(shù)字設(shè)計(jì)及數(shù)字建模密不可分。因此本文主要探討廣泛意義的數(shù)字建造。

最容易與數(shù)字建造這個(gè)概念混淆的是參數(shù)化設(shè)計(jì)，參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念也是更早為國(guó)內(nèi)所認(rèn)識(shí)，比如由東南大學(xué)劉先覺教授著作的《現(xiàn)代建筑理論》一書中就較早對(duì)此進(jìn)行了一定闡述。然而這兩個(gè)概念并不能等同。參數(shù)化設(shè)計(jì)（Parametric Design）使設(shè)計(jì)師可以定義元素之間或元素組之間的關(guān)系，并且可以為這些定義賦予數(shù)值或者表達(dá)式。參數(shù)化設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)師不直接與單獨(dú)的設(shè)計(jì)元素互動(dòng)，而是創(chuàng)造一系列的關(guān)系使得與設(shè)計(jì)關(guān)聯(lián)并構(gòu)成設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)師可以在任何時(shí)候改變?cè)刂g關(guān)系的數(shù)值或方程式，而這些改變的結(jié)果將會(huì)被整合在整個(gè)系統(tǒng)中。

參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念比數(shù)字建造更為狹小。參數(shù)化的重點(diǎn)主要在于設(shè)計(jì)的可調(diào)節(jié)性，通過數(shù)值和影響因子的介入產(chǎn)生不同變異的設(shè)計(jì)結(jié)果。而數(shù)字建造不單單是虛擬的數(shù)字化設(shè)計(jì)，它更加強(qiáng)調(diào)計(jì)算機(jī)操控工具建造的過程。

三、研究現(xiàn)狀

數(shù)字建造在西方雖然尚屬新鮮事物，但是在這一領(lǐng)域的探索已經(jīng)非常廣泛。各種設(shè)計(jì)實(shí)踐、理論總結(jié)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)此起彼伏。大量的期刊、著作以及網(wǎng)頁類非正式出版物信息浩瀚繁雜。根據(jù)目前對(duì)于主流媒介所介紹的數(shù)字建造的探索，可以基本梳理出一些相關(guān)脈絡(luò)。

有人明確提出數(shù)字建造研究存在大約三個(gè)方向：形態(tài)、材料與結(jié)構(gòu)。 但是空間建造的實(shí)踐過程往往不可能將這三者孤立的對(duì)待，而是屬于有機(jī)統(tǒng)一的整體。倘若單獨(dú)來看，在形態(tài)生成方面，形式來源的方向往往關(guān)注于歷史素材和自然界中的生物元素。還有關(guān)注生成形式的方法或結(jié)合結(jié)構(gòu)研究出發(fā)生成新的形式，比如借鑒折紙做的折疊空間、借鑒編織技藝做的編織裝置、借鑒拼貼工藝建造的表皮；材料上主要探討數(shù)字技術(shù)條件下材料構(gòu)造和空間表皮；結(jié)構(gòu)上主要通過數(shù)字設(shè)計(jì)軟件和數(shù)字建造工具探索新結(jié)構(gòu)或結(jié)構(gòu)的創(chuàng)新運(yùn)用。

如果從設(shè)計(jì)哲學(xué)、設(shè)計(jì)方法和技術(shù)運(yùn)用等幾個(gè)層面來看目前紛繁復(fù)雜的數(shù)字建造設(shè)計(jì)實(shí)踐可能會(huì)有更好的囊括性，雖然目前處于探索階段的數(shù)字建造尚有諸多不確定性。設(shè)計(jì)哲學(xué)上有人分析了數(shù)字建造的社會(huì)語境、設(shè)計(jì)主張以及未來思考；設(shè)計(jì)方法上有設(shè)計(jì)理論家或設(shè)計(jì)師探索形態(tài)生成的方式，提煉數(shù)字建造的方法和手段；技術(shù)運(yùn)用上有著重從新技術(shù)介入數(shù)字建造創(chuàng)意設(shè)計(jì)或數(shù)字建造技術(shù)本身角度出發(fā)進(jìn)行探索，而不只是簡(jiǎn)單的成為數(shù)字建造技術(shù)的被動(dòng)的使用者而已。

（一）探討數(shù)字建造的理論基礎(chǔ)和設(shè)計(jì)哲學(xué)

一些理論家基于數(shù)字建筑發(fā)展現(xiàn)狀提出理論總結(jié)和思考。如Antoine Picon在其著作《建筑中的數(shù)字文化》（Digital Culture in Architecture）中談到了數(shù)字技術(shù)在建筑設(shè)計(jì)以及相關(guān)領(lǐng)域的重要作用，并系統(tǒng)地探討了數(shù)字文化在建筑以及都市景觀中的影響。作者認(rèn)為目前已經(jīng)過了討論數(shù)字技術(shù)對(duì)設(shè)計(jì)是好還是壞的階段，而是探討在數(shù)字技術(shù)影響下設(shè)計(jì)應(yīng)該面對(duì)的方向的問題。另外一方面，數(shù)字設(shè)備的擴(kuò)散使得建筑的定義和內(nèi)容都發(fā)生了改變。雖然這種改變是巨大的，但是這種改變也不能狹隘地演變成技術(shù)決定主義。作者進(jìn)而談到了設(shè)計(jì)現(xiàn)狀：計(jì)算機(jī)的使用使人們掌握復(fù)雜幾何成為可能。但是形態(tài)的復(fù)雜性并不是人們唯一考慮的因素，因此建筑師越來越對(duì)參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心原則產(chǎn)生興趣。一些理論家進(jìn)而設(shè)想將編程和算法程序與建筑關(guān)聯(lián)，而不只是簡(jiǎn)單使用一些商業(yè)繪圖軟件。然而可見的形態(tài)和不可見的計(jì)算機(jī)程序的緊張局面將會(huì)如何演變？這些數(shù)字建造的未來方向都仍然是一個(gè)未知數(shù)。數(shù)字極簡(jiǎn)主義或許將取代形式復(fù)雜的表現(xiàn)形式，幾何復(fù)雜性或許將不再成為數(shù)字建筑的特征。另一方面，傳統(tǒng)構(gòu)造法則也在發(fā)生改變，被現(xiàn)代主義所排斥的裝飾也引人矚目的回歸了。在許多情況下，數(shù)字裝飾取代構(gòu)造成為構(gòu)成建筑的基本法則。作者繼而談到數(shù)字建筑需要考慮兩個(gè)重要語境：首先是材料制造以及計(jì)算機(jī)輔助成型與建造的全新視角，這個(gè)語境或許將重新定義建筑師的職業(yè)身份；其次是數(shù)字化的城市語境，未來的公共空間將很大程度上依賴于

圖1、2、2013年德州建造——表皮（TEX-FAB SKIN）比賽的優(yōu)勝作品“3× LP”

該作品研究了帶有紋理的不銹鋼片的結(jié)構(gòu)性能。雖然不銹鋼片往往只是作為一種表皮使用，但是該作品探索了一種基于結(jié)構(gòu)出發(fā)的新的設(shè)計(jì)可能性。在設(shè)計(jì)手法上可以看到有面片（Facet）和折疊（Folding）的方式。

圖3、2013年德州建造——表皮（TEX-FAB SKIN）比賽的優(yōu)勝作品“Evaporative Skin”

打孔形成豐富表皮肌理，結(jié)構(gòu)上采用機(jī)械碾壓折疊（Folding）的方式。實(shí)體空間和虛擬空間的互動(dòng)?；跀?shù)字建筑的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)，作者進(jìn)而提出三個(gè)主題：數(shù)字技術(shù)重新塑造我們感知物理世界的方式；數(shù)字文化對(duì)個(gè)體選擇的重視；數(shù)字媒介凸顯事件的重要性?；诖耍瑪?shù)字建筑更關(guān)注現(xiàn)在，忽視歷史。但是可持續(xù)發(fā)展的觀念又開始促使設(shè)計(jì)師們不得不考慮政治的以及社會(huì)的因素。

有的建筑師更進(jìn)一步對(duì)數(shù)字化或者數(shù)字化之后的未來做出思考和展望。比如由Nadin Heinich 編撰的《數(shù)字烏托邦》（Digital Utopia），提出了關(guān)于動(dòng)態(tài)建筑、數(shù)字感官以及未來空間的思考。計(jì)算機(jī)時(shí)代的建筑將會(huì)作出如何改變？數(shù)字化將會(huì)為我們的建造環(huán)境帶來哪些潛力？……在分析一些案例的基礎(chǔ)上，作者還進(jìn)而提出從建筑數(shù)字化到建筑生物化的轉(zhuǎn)化。未來生物可能取代物理成為最主導(dǎo)的科學(xué)，當(dāng)生活中所有事物都被數(shù)字化的時(shí)候，生物化將會(huì)被提上日程，生命科學(xué)將會(huì)成為下一個(gè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)力。建造生命有機(jī)體，打造有生命的材料、建筑結(jié)構(gòu)或者都市結(jié)構(gòu)都會(huì)成為可能。

還有設(shè)計(jì)師基于自身大量設(shè)計(jì)實(shí)踐基礎(chǔ)，面向現(xiàn)實(shí)，明確提出數(shù)字設(shè)計(jì)相關(guān)的宣示。扎哈設(shè)計(jì)事務(wù)所的Patrik Schumacher 完成了許多以參數(shù)化方式進(jìn)行的建筑及空間設(shè)計(jì)，他根據(jù)自身的設(shè)計(jì)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)具體提出了與數(shù)字建造相關(guān)的一些想法。他在南加州建筑學(xué)院、哈佛大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院等院校的演講中就明確地提出參數(shù)化設(shè)計(jì)的信條：反對(duì)古板僵硬的形式、避免簡(jiǎn)單的重復(fù)、反對(duì)孤立和毫無關(guān)聯(lián)的抽象拼貼，提倡柔軟的形體、分化的、關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)，還進(jìn)而談到參數(shù)化設(shè)計(jì)的優(yōu)勢(shì)在于高度的關(guān)聯(lián)性、內(nèi)在的整合性和外在的適應(yīng)性，并提出基于生成式參數(shù)化設(shè)計(jì)的參數(shù)主義是繼歷史上基于透視、投影、軸測(cè)等媒介的文藝復(fù)興、巴洛克、現(xiàn)代主義之后的新的設(shè)計(jì)風(fēng)格。

（二）探討數(shù)字建造的方式和手段

1、從建造的角度出發(fā)

關(guān)于數(shù)字建造的方式和手段的總結(jié)基本基于數(shù)字建造工具的現(xiàn)有條件，許多方法的總結(jié)也基本上呈現(xiàn)出共性，慢慢形成共識(shí)并逐漸明晰化。比如北卡羅萊那大學(xué)夏洛特分校的Nick Senske教授在教學(xué)中提到的三種常見的數(shù)字建造手法：等高線法（Contour）、華夫餅法(Waffle)和面片法(Facet)也就屬于比較常公認(rèn)的方法。而可能隨著更新的建造技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)字建造的方式和手段也會(huì)不斷被更新和豐富。

圖4、5、由德州大學(xué)奧斯汀分校Kory Bieg 教授指導(dǎo)的工作室課程Caret 6該作品用不同的塑料板搭建了一個(gè)拱頂結(jié)構(gòu)，形成瀑布式的流淌效果，在不同的地方有不同塑料材質(zhì)的轉(zhuǎn)換。每一個(gè)面片都具有獨(dú)特的尺寸，并且可以很容易的拆卸攤平，方便打包。

由英國(guó)曼徹斯特建筑學(xué)院的Nick Dunn 在2012年出版的《建筑中的數(shù)字建造》（Digital Fabrication in Architecture）一書是目前針對(duì)數(shù)字建造比較全面的總結(jié)性著作，它重點(diǎn)探討了數(shù)字建造的思路、技術(shù)和手段，包括數(shù)字設(shè)計(jì)技術(shù)：CAD、NURBS曲線、網(wǎng)格、曲線構(gòu)造、參數(shù)化與生成式設(shè)計(jì)、算法建筑、形態(tài)生成（Morphogenesis）；數(shù)字建造的原則：切割（Cutting）、減法（Subtraction）、加法（Addition）；數(shù)字建造的技術(shù)：激光切割、CNC數(shù)控機(jī)床、快速成型、3D掃描、機(jī)械手等；數(shù)字建造的方法：等高線法（Contouring）、折疊法（Folding）、成型加工法（Forming）、切片法（Sectioning）、鑲嵌法（Tiling），并在最后對(duì)數(shù)字建造進(jìn)行了展望。

加州大學(xué)伯克利分校的Lisa Iwamoto教授在其2009年出版的《數(shù)字建造：建筑與材料技術(shù)》（Digital Fabrications:Architectural and Material Techniques）中根據(jù)過去十五年來數(shù)字建造的發(fā)展集中總結(jié)了五種方式：切片法（Sectioning）、鑲嵌法(Tessellation)、折疊法（Folding）、等高線法（Contouring）和成型加工法（Forming）。而Lisa Iwamoto 在擔(dān)任教職的同時(shí)，成立設(shè)計(jì)公司Iwamotoscott，積極投身設(shè)計(jì)實(shí)踐，在業(yè)內(nèi)也具有一定的知名度，其總結(jié)的數(shù)字建造方式也具有很好的代表性。

就軟件來說，目前主要可以通過3D MAX，Rhino、Maya、 Revit三維軟件進(jìn)行建模，或者采用他們的相關(guān)插件 RailClone、Grasshopper、Paneling Tools、Dynamo等進(jìn)行參數(shù)化數(shù)字建模。就硬件而言，根據(jù)目前數(shù)字建造所運(yùn)用的工具來看，基本上顯而易見的都是這樣四大常用的數(shù)字建造工具：激光切割機(jī)、CNC數(shù)控機(jī)床、3D打印機(jī)、機(jī)械手。其中激光切割機(jī)、CNC數(shù)控機(jī)床和3D打印機(jī)大家所使用的時(shí)間都比較長(zhǎng)，基本上屬于每個(gè)院校的標(biāo)準(zhǔn)配置，或者也有3D掃描儀的使用。而機(jī)械手目前還仍然處于探索階段，使用并不廣泛，并不是每一個(gè)學(xué)校都有配置。在美國(guó)來看，基本上也是少數(shù)學(xué)校，比如哈佛大學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)院、南加州建筑學(xué)院、密歇根大學(xué)建筑學(xué)院等。另外像加州藝術(shù)學(xué)院、密歇根大學(xué)建筑學(xué)院、喬治亞理工學(xué)院建筑學(xué)院等更進(jìn)一步都還有專門針對(duì)數(shù)字建造的碩士專業(yè)方向，在數(shù)字建造教學(xué)和研究上也走得更深入，不像一些學(xué)校只是開設(shè)研討課、實(shí)驗(yàn)室課或者工作室課程進(jìn)行數(shù)字建造的教學(xué)。

2、從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)

1）形態(tài)來源

歷史和自然界是數(shù)字建造形態(tài)分析的重要來源。有許多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了研究。比如Ilaria Mazzoleni 和生物學(xué)家Shauna Price合作撰寫的《建筑追隨自然》（Architecture Follows Nature）分兩部分分析了自然界動(dòng)物有機(jī)體是如何適應(yīng)環(huán)境并建造環(huán)境的，以及仿生學(xué)新的方法論帶來了設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)自然的靈感。第一部分重點(diǎn)探討了從自然界獲取靈感的設(shè)計(jì)原則和可以啟發(fā)建筑設(shè)計(jì)的生物學(xué)概念；第二部分主要引入仿生學(xué)方法論，分析了一些案例。

圖6、7、由Andrew Kudless 設(shè)計(jì)的P_Wall在設(shè)計(jì)手法上使用了翻模成型（Forming）加工組件，然后拼貼成形的方式。

圖8、折紙工藝成為形態(tài)研究的一種方式

還比如由佐治亞理工學(xué)院建筑學(xué)院的Lars Spuybroek編輯，2009年出版的《建筑變異》（The Architecture of Variation）和2011年出版的《編織建造》（Textile Tectonics）都從歷史中尋找形態(tài)研究和數(shù)字設(shè)計(jì)的靈感。編者認(rèn)為數(shù)字設(shè)計(jì)的手法與二十世紀(jì)的標(biāo)準(zhǔn)化、極簡(jiǎn)主義、高大莊嚴(yán)無關(guān)，因此提倡從拉斯金以及達(dá)爾文的那個(gè)時(shí)代去尋找靈感。在設(shè)計(jì)課題中，學(xué)生們從哥特風(fēng)格、卷草花紋等歷史素材中尋找形態(tài)研究的靈感，進(jìn)行了數(shù)字化設(shè)計(jì)的有益探索。

2）形態(tài)生成的方法

數(shù)字媒介的大量使用催生了新的設(shè)計(jì)方法。Asterios Agkathidis編撰的系列叢書《形態(tài)定義策略——實(shí)驗(yàn)建筑設(shè)計(jì)》（Form Defining Strategies——Experimental Architectural Design）、《建筑與設(shè)計(jì)中的數(shù)字建造》（Digital Manufacturing in Design and Architecture）、《計(jì)算機(jī)建筑——數(shù)字設(shè)計(jì)工具與建造技術(shù)》（Computational Architecture——Digital designing tools and manufacturing techniques）都重點(diǎn)探討了結(jié)合數(shù)字技術(shù)的建筑與空間設(shè)計(jì)的手法，屬于比較全面的數(shù)字技術(shù)條件下設(shè)計(jì)手法的探討。其中在《形態(tài)定義策略》列舉了這樣一些方法，如空間拉伸、編織模件、剖面成形、穿孔表皮、交錯(cuò)拱頂、線性分層、軟體三角形、多方向折疊、空間點(diǎn)陣等；《建筑與設(shè)計(jì)中的數(shù)字建造》探討的方法有：斷面分割（交錯(cuò)框架、算法交錯(cuò)框架）、聚合（球體變換、骨骼結(jié)構(gòu)）、框架（不規(guī)則三角分形、等邊三角分形、管狀結(jié)構(gòu)、雙曲結(jié)構(gòu)、樹狀結(jié)構(gòu)）、環(huán)扣（三次環(huán)圈、參數(shù)化環(huán)圈）、折疊（片狀、卷繞、魚骨、參數(shù)化魚骨、折疊式器具）；在《計(jì)算機(jī)建筑》中，作者呈現(xiàn)的一些方法有：扭轉(zhuǎn)、放樣、三角分形、鉆孔、打結(jié)、構(gòu)架，并以此探討建筑的空間、結(jié)構(gòu)與幾何狀態(tài)，從而提取抽象原型，然后結(jié)合場(chǎng)地分析及其他建筑信息提出建筑方案。

還有重點(diǎn)從某一代表性的材料媒介出發(fā)進(jìn)行研究，比較有代表意義的比如Sophia Vyzoviti 借助紙張進(jìn)行的折疊方式的探索。Sophia Vyzoviti 結(jié)合設(shè)計(jì)實(shí)踐以及在荷蘭代爾夫特理工設(shè)計(jì)工作室教學(xué)活動(dòng)出版了一套系列圖書，包括2003年出版的《折疊建筑：空間的、結(jié)構(gòu)的及組織的架構(gòu)》（Folding Architecture: Spatial，Structural and Organizational Diagrams）、2006年出版的《超級(jí)表皮：折疊作為建筑、產(chǎn)品以及服裝形式生成的手段》（Supersurfaces: Folding as a method of generating forms for architecture, products and fashion)、2011年出版的《軟殼：透氣可伸展建筑》（Soft Shells：Porous and Deployable Architectural Screens）。在這一套系列叢書中，作者都線索鮮明地集中探索了在低技術(shù)、高概念的趨勢(shì)下，表皮形式生成的方式，尤其是折疊這種涉及到基本生成式設(shè)計(jì)方法的探討。其中如《軟殼》總結(jié)了形式變化的四種主要方法：剪切、褶皺、拼貼、編織，并以此組織所有章節(jié)，進(jìn)而主要探索了以連續(xù)表皮、表皮聚集、表皮細(xì)分作為方式進(jìn)行的形式生成試驗(yàn)。

而Asterios Agkathidis和Gabi Schillig 合作編著的《表述性幾何：織物變化手法》（Performative Geometries: Transforming Textile Techniques）中所體現(xiàn)的也是以數(shù)字設(shè)計(jì)的方式通過一種特定的材料進(jìn)行探索。學(xué)生們通過這個(gè)課程集中研究紡織物的工藝、材料與人體的關(guān)系，研究裁剪方式以及材料本身等方面，從而通過特定的織物媒介來分析探索幾何空間的形態(tài)的可能性。

另外還有更為綜合、系統(tǒng)性的運(yùn)用數(shù)字設(shè)計(jì)手段進(jìn)行設(shè)計(jì)方法探討的著作，如由Mark Muckenheim 和Juliane Demel 編著的《靈感：當(dāng)代建筑設(shè)計(jì)方法》（Inspiration:Contemporary Design Methods in Architecture）就非常典型而全面地以圖文案例的方式介紹了使用數(shù)字設(shè)計(jì)工具的設(shè)計(jì)方法：設(shè)計(jì)基本元素（點(diǎn)、面）、形態(tài)發(fā)展（肌理）、空間形態(tài)（結(jié)構(gòu)）、印刷與色彩的構(gòu)成、建筑轉(zhuǎn)換（從面到體）、體積改變、空間裝飾、軌跡、皺褶與折疊、參數(shù)化設(shè)計(jì)。雖然這些方法并不單單只是針對(duì)數(shù)字建造的設(shè)計(jì)方法，并且還不局限于建筑空間設(shè)計(jì)中能運(yùn)用，但是案例中所呈現(xiàn)的都是運(yùn)用數(shù)字設(shè)計(jì)的工具進(jìn)行的設(shè)計(jì)，因此屬于數(shù)字設(shè)計(jì)手段的比較全面的總結(jié)。

還有目前在許多學(xué)校已經(jīng)發(fā)展比較成熟的結(jié)合一種特定材料按照數(shù)字建造的方法進(jìn)行探索的課程。這些課程很多屬于研討課性質(zhì)的課程，不像工作室課程那樣具有較多的時(shí)間保證，大多從一個(gè)或幾個(gè)方面出發(fā)，比如集中研究分析數(shù)字建造條件下建筑表皮的可能性。比如由新加坡國(guó)立大學(xué)建筑系的Florian Schatz編寫的《鑄件建筑——通風(fēng)體塊》（Casting Architecture- Ventilation Blocks）以數(shù)字建造的手法探索了在東南亞熱帶地區(qū)，通風(fēng)體塊幕墻的建造方式。

而在表皮方面也有運(yùn)用一些諸如石材、水泥等材料，使用CNC切割、鑄模等方式進(jìn)行的一些建筑空間表皮的探索。比如德州大學(xué)奧斯汀分校的Danelle Briscoe教授的材料建造Material（in）Formation課程要求學(xué)生運(yùn)用石材切割的方法進(jìn)行數(shù)字建造表皮的探索。德州大學(xué)阿靈頓分校的Brad Bell 教授成立數(shù)字建造研究室，研究使用參數(shù)化設(shè)計(jì)工具制造數(shù)字生成鑄件和表皮。他所成立的研究室還為設(shè)計(jì)公司、藝術(shù)家等客戶根據(jù)需求提供參數(shù)化設(shè)計(jì)的解決方案。還有明尼蘇達(dá)大學(xué)建筑學(xué)院由Adam Marcus主導(dǎo)的模塊變化（Modular Variations）課程也很具有代表性，以水泥鑄模的方式探討標(biāo)準(zhǔn)化條件下多樣性建造的可能性。總之，這些課程其基本方式都大同小異，屬于數(shù)字建造和材料運(yùn)用相結(jié)合進(jìn)行分析和研究的課程。

（三）從建造材料的角度探討新的設(shè)計(jì)可能性

這一方面，由加拿大卡爾加里大學(xué)的Branko Kolarevic 教授和美國(guó)印第安納州的鮑爾州立大學(xué)的Kevin Klinger 教授編寫的《制造材料效果——建筑設(shè)計(jì)與制作的重新思考》（manufacturing Material Effects-Rethinking Design and Making in Architecture）以論文集的形式比較全面的集中了一些在數(shù)字技術(shù)條件下對(duì)建筑材料的新探索。作者認(rèn)為數(shù)字技術(shù)的創(chuàng)新手法重新定義了設(shè)計(jì)和建造的關(guān)系，數(shù)字技術(shù)使得對(duì)材料的探索可以從設(shè)計(jì)階段貫穿于建造過程。因此材料效果對(duì)當(dāng)代建筑的表皮顯得更加重要。隨著表皮變得越來越復(fù)雜，材料效果變成設(shè)計(jì)和制造效果的關(guān)鍵點(diǎn)。論文集主要展現(xiàn)了：基于創(chuàng)新性和實(shí)驗(yàn)性的材料探索所出現(xiàn)的設(shè)計(jì)和制造實(shí)踐；建筑建造的新形式；各種制造材料效果的計(jì)算機(jī)數(shù)控技術(shù)成型與再成型過程；來自于設(shè)計(jì)和生產(chǎn)各個(gè)階段的理論立場(chǎng)幾個(gè)方面。

來自北卡羅來納大學(xué)夏洛特分校的Christopher Beorkrem教授撰寫的《數(shù)字建造中的材料策略》（Material Strategies in Digital Fabrication）一書展現(xiàn)了材料性能是如何帶動(dòng)數(shù)字建造過程并決定建造技術(shù)的。分別從木材、金屬、水泥、混合材質(zhì)以及回收材質(zhì)五種材質(zhì)分成五大章節(jié)，并選取三十六個(gè)案例通過模型再造的方式進(jìn)行細(xì)致分析。通過這些案例分析了每種材料的特性，包括：連接類型、相關(guān)造價(jià)、材料變形、色彩、肌理、飾面、尺寸特性、耐久性、風(fēng)化與防水幾個(gè)方面，從而使得設(shè)計(jì)效果和形態(tài)相關(guān)聯(lián)。

圖9、10、POLY PLANTER，這個(gè)是Brad Bell 教授2012年秋季學(xué)期的課程作品。主要采用三角形態(tài)化的六邊形探索生態(tài)墻的一個(gè)設(shè)計(jì)圖11、模塊變體——快速成型二（Modular Variations — Prototype II）明尼蘇達(dá)大學(xué)建筑學(xué)院Adam Marcus教授的2013年的設(shè)計(jì)研究與裝置課程，主要探討了采用水泥模塊建造墻體的不同變體方式。圖12、礁石形態(tài)， 丹麥皇家藝術(shù)學(xué)院建筑學(xué)院信息技術(shù)與建筑中心

圖13、14、生命空間 / Hylozoic Ground

還有探討數(shù)字設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)材料如何結(jié)合。如丹麥皇家美術(shù)學(xué)院建筑學(xué)院信息技術(shù)與建筑中心2010年展覽并結(jié)集出版的《數(shù)字材料》（Digital Material）通過四個(gè)裝置的展覽探討了數(shù)字設(shè)計(jì)實(shí)踐如何為建筑創(chuàng)作帶來了材料思考的新思路。

（四）從數(shù)字時(shí)代新技術(shù)運(yùn)用的角度提出思考

有很多設(shè)計(jì)師積極運(yùn)用數(shù)字時(shí)代的新技術(shù)。有的注重技術(shù)運(yùn)用所帶來的全新的體驗(yàn)。比如由加拿大建筑師Philip Beesley 設(shè)計(jì)的互動(dòng)裝置系列“生命空間（Hylozoic Ground）”，它可以對(duì)環(huán)境做出感應(yīng)，看起來就像會(huì)呼吸、有生命的一樣。“生命空間”就是一個(gè)感應(yīng)式建筑，生活在不斷變化中的環(huán)境中并適時(shí)作出調(diào)整。

還有從建造技術(shù)本身出發(fā)探索新型建造方式，而不僅僅只是簡(jiǎn)單作為新型數(shù)字建造技術(shù)的使用者而已。比如由Fabio Gramazio 和Matthias Kohler編著的《建筑中的數(shù)字物質(zhì)性》（Digital Materiality in Architecture）就探討和分析了計(jì)算機(jī)控制機(jī)械手進(jìn)行建造的技術(shù)。其中很有代表性的就是第十一屆威尼斯建筑雙年展瑞士館。該館設(shè)計(jì)了一組連續(xù)的磚墻將展覽空間劃分為四塊，磚墻超過一百米長(zhǎng)。首先通過電腦程序研究結(jié)構(gòu)，確保穩(wěn)定性，現(xiàn)場(chǎng)采用機(jī)械手進(jìn)行建造。

還比如《飛行器組裝建筑》（Flight Assembled Architecture）一書記錄了由FRAC Centre和蘇黎世高工合作一年的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，研究將機(jī)器人技術(shù)運(yùn)用于建筑領(lǐng)域。這個(gè)設(shè)計(jì)運(yùn)用一組通過數(shù)學(xué)運(yùn)算法則控制的四旋翼直升機(jī)進(jìn)行建造，將數(shù)字設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為直升機(jī)的運(yùn)行。四個(gè)飛行器通過幾天的時(shí)間不間斷工作搭建了一個(gè)6米高、由1500個(gè)聚氨酯泡沫模塊組成的裝置。該模型是按照1/100的比例對(duì)一個(gè)可以容納3萬名居住者的垂直村莊設(shè)計(jì)的模擬。飛行建造建筑為人們打開了一個(gè)新的視角。

還有從工程技術(shù)角度研究建造方法和技術(shù)。比如南加州大學(xué)的建造工程研究生項(xiàng)目主任Behrokh Khoshnevis教授開發(fā)的輪廓工藝（Contour Crafting）技術(shù)探索建造自動(dòng)化。通過他研發(fā)的機(jī)械，房子可以通過計(jì)算機(jī)控制的3D打印快速成型。 采用打印機(jī)械將建筑材料逐層累加實(shí)現(xiàn)對(duì)大型建筑構(gòu)件的快速建造，可以解放人力，實(shí)現(xiàn)成本降低，效率提升。

（五）從實(shí)踐理性的角度提出設(shè)計(jì)方法的思考

這一方面有各種各樣不同方面進(jìn)行探索和研究的設(shè)計(jì)師和教授。尤其有很多教授在學(xué)院擔(dān)任教職的同時(shí)積極從事設(shè)計(jì)實(shí)踐，在設(shè)計(jì)實(shí)踐的基礎(chǔ)上進(jìn)行數(shù)字建造的思考和總結(jié)。他們?cè)S多都基于自身背景和興趣從一個(gè)方面進(jìn)行思考和總結(jié)，并嘗試提出新的概念和關(guān)注點(diǎn)。有的體現(xiàn)數(shù)字建造工藝性，有的關(guān)注于結(jié)構(gòu)和受力等因素，有的重點(diǎn)從某一類型材料出發(fā)，有的將關(guān)注點(diǎn)集中于新技術(shù)等等。

比如加州藝術(shù)學(xué)院的Andrew Kudless教授創(chuàng)作的P_Wall系列已為眾人所熟知, 并成為諸多論文或著作進(jìn)行案例分析的對(duì)象。Andrew Kudless教授成立Matsys設(shè)計(jì)工作室，積極從事數(shù)字建造設(shè)計(jì)實(shí)踐。其作品著力于重新定義數(shù)字工藝，并探索彈性結(jié)構(gòu)、殼體結(jié)構(gòu)、細(xì)胞形態(tài)等方面。他并且總結(jié)了數(shù)字建造邏輯的5個(gè)原則，即數(shù)字工藝、幾何連續(xù)性（建筑語言的回歸）、參數(shù)化思維（以動(dòng)態(tài)圖形作為分析的工具）、強(qiáng)化的快速成型（在制作的過程中學(xué)習(xí)）、綜合手段（材料、結(jié)構(gòu)、形態(tài)、建造的反饋）。

又如南加州大學(xué)建筑學(xué)院的Alvin Huang教授組建了Synthesis A+D設(shè)計(jì)公司，從事了許多設(shè)計(jì)實(shí)踐。他提出參數(shù)化極簡(jiǎn)表面的概念，這一點(diǎn)在參數(shù)化設(shè)計(jì)往往帶來的極其復(fù)雜表皮的潮流下或許是一種新的嘗試。他的許多設(shè)計(jì)作品探索了形態(tài)、力量以及流動(dòng)性這樣一些元素，通過基本形態(tài)與疊加形態(tài)從而制造更豐富的設(shè)計(jì)效果。

圖15、16 2008年的威尼斯雙年展瑞士館

圖17、18 飛行組裝建筑/Flight Assembled Architecture

圖19、20、Contour Crafting, 采用計(jì)算機(jī)控制3D打印快速成型

圖21、純粹張力——沃爾沃V60展廳，Alvin Huang設(shè)計(jì)

圖22、Geoweaver, 可移動(dòng)式3D打印機(jī)，由加州藝術(shù)學(xué)院的學(xué)生所設(shè)計(jì)

密歇根大學(xué)建筑學(xué)院的Sean Ahlquist 教授研究從織物材料探索結(jié)構(gòu)以及空間形態(tài)的建造可能性。研究編織的方式、織物表皮在結(jié)構(gòu)的支撐下如何受力，從而提倡形態(tài)表面下的受力的研究，而不單單只是簡(jiǎn)單的幾何形態(tài)分析。

還如加州藝術(shù)學(xué)院和未來城市實(shí)驗(yàn)室的Jason Kelly Johnson積極探索新技術(shù)手段的運(yùn)用，其作品往往運(yùn)用新技術(shù)具有很好的人機(jī)互動(dòng)性。他在技術(shù)創(chuàng)新的探索上比較靈活，他探索創(chuàng)新性的數(shù)字建造工具，而不單單只是將自己定位為一個(gè)數(shù)字建造工具的使用者。他的課程中就有學(xué)生研究制作可以移動(dòng)的3D打印機(jī)，從而解決常用的3D打印機(jī)常常局限于固定的工作面的尷尬。

四、結(jié)語

數(shù)字建造的興起與數(shù)字時(shí)代的設(shè)計(jì)和建造技術(shù)迅速發(fā)展密不可分，或許當(dāng)這些技術(shù)都更加成熟和普及的時(shí)候，人們就不會(huì)再特意強(qiáng)調(diào)這一概念。就像現(xiàn)代主義，當(dāng)其已經(jīng)深入人心并達(dá)成共識(shí)的時(shí)候，就成為利用現(xiàn)有技術(shù)和解決現(xiàn)實(shí)問題的自然結(jié)果。

另一方面，除了技術(shù)主導(dǎo)因素之外，就像Patrick Schumacher 在南加州建筑學(xué)院做的題為“參數(shù)符號(hào)學(xué)”（Parametric Semiology）的演講中提到，社會(huì)秩序需要相關(guān)的空間秩序。建筑的社會(huì)功能就是要為人們的互動(dòng)交流提供一種創(chuàng)意的秩序和框架。但是相比較于現(xiàn)代主義誕生時(shí)的巨大變革的社會(huì)環(huán)境，與數(shù)字建造密切相關(guān)的參數(shù)化風(fēng)格或者主義就目前來看缺乏相應(yīng)的明顯的社會(huì)變革背景。數(shù)字建造的設(shè)計(jì)方式所依賴的更多的是技術(shù)的革新。所以在這個(gè)層面上來說，它或許更多的只是一種設(shè)計(jì)趨勢(shì)和潮流，是一種比以往后現(xiàn)代主義、高技派、結(jié)構(gòu)主義具有更多技術(shù)和社會(huì)背景支撐的趨勢(shì)和潮流。