袁濤 呂健

摘要：為了滿足貴州苗侗少數(shù)民族地區(qū)新農(nóng)村建設(shè)中木制民居的文化傳承以及快速建造的需求，重點(diǎn)從面向用戶的個(gè)性化定制模式出發(fā)，提出了基于案例推理的木制民居產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)方法。通過(guò)對(duì)木制民居案例進(jìn)行解構(gòu)分析，構(gòu)建了基于結(jié)構(gòu)樹(shù)的產(chǎn)品配置表征模型，并針對(duì)該方法中民居構(gòu)造模型的建立、產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)流程以及相似案例的檢索方法等關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展了研究。最后以木制民居的配置設(shè)計(jì)為例，對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：案例推理;木制民居;大規(guī)模定制;配置設(shè)計(jì)

中國(guó)分類號(hào)：TB472 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編碼：1672-7053（2018}07-0151-02

裝配式技術(shù)在建筑行業(yè)中的運(yùn)用得到了業(yè)界廣泛的認(rèn)同和重視，其生產(chǎn)模式逐漸由大批量生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)榇笠?guī)模定制生產(chǎn)。目前，關(guān)于產(chǎn)品定制設(shè)計(jì)的理論方法主要有案例推理（Case-basedReasoning，CBR）理論[1]、參數(shù)化方法[2]、模塊化方法[3]、可拓學(xué)理論等[4]。CBR理論是實(shí)現(xiàn)定制設(shè)計(jì)的重要手段之一，得到了國(guó)內(nèi)外多個(gè)領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，尤其是應(yīng)用在產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)中。本文重點(diǎn)針對(duì)在木制民居配置流程以及相似案例檢索方式，結(jié)合CBR理論，對(duì)貴州黔東南少數(shù)民族木制民居進(jìn)行構(gòu)造特征解構(gòu)，提出基于CBR的產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)方法，并對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證。

1 木制民居案例解構(gòu)及表征模型

1.1 案例解構(gòu)分析

干欄是南方少數(shù)民族住宅建筑形式之一[5]。隨著人們生活水平的發(fā)展，已經(jīng)從單純的兩層發(fā)展為三層、四層。民居的構(gòu)架一般由“排架”、“開(kāi)間枋”和“檁條”構(gòu)成，“排架”根據(jù)瓜柱的數(shù)量可分為五柱四瓜、五柱六瓜、五柱八瓜，瓜柱越多，房屋的建筑規(guī)模越大（圖1）。在民居建造時(shí)，通常根據(jù)房屋的建筑規(guī)模決定排架的數(shù)量，一般有四排三間、六排五間[6]。其屋面形式主要有懸山頂、歇山頂、硬山頂，屋檐形式分為單檐和重檐，屋面材料主要有小青瓦、樹(shù)皮和茅草。根據(jù)屋面倒水形式，可分為兩面倒水、三面倒水和四面倒水，其中以兩面倒水運(yùn)用最多。除以上一些必要的建筑構(gòu)造形式，還包括偏廈、谷倉(cāng)、廊道、美人靠、吊柱及柱頭、欄板與窗欞等附屬建筑和裝飾構(gòu)件[7]。

1.2 民居案例庫(kù)建設(shè)

通過(guò)對(duì)貴州省黔東南州的實(shí)地調(diào)研，對(duì)苗侗木制民居數(shù)據(jù)資料進(jìn)行采集、整理、分類、統(tǒng)計(jì)、分析，建立了苗侗木制民居原始案例庫(kù)。結(jié)合民居的結(jié)構(gòu)特性對(duì)其構(gòu)造部件進(jìn)行系統(tǒng)的分類與形態(tài)解構(gòu)，分析房屋部件的使用規(guī)律及在不同場(chǎng)景的應(yīng)用狀態(tài)，構(gòu)建用于CBR實(shí)例推理的案例庫(kù)，案例內(nèi)容包括：民居戶型庫(kù)、功能結(jié)構(gòu)庫(kù)、文化資源庫(kù)、數(shù)據(jù)資源庫(kù)等，為研究者及使用者提供精準(zhǔn)、可靠的案例資源。

1.3 基于結(jié)構(gòu)樹(shù)的產(chǎn)品配置表征模型

根據(jù)苗侗木制民居案例解構(gòu)分析建立的民居案例庫(kù)，將木制民居形態(tài)構(gòu)成以一定的規(guī)則映射為一個(gè)多元化的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)樹(shù)，每一個(gè)樹(shù)狀結(jié)點(diǎn)根據(jù)層級(jí)不同代表不同的產(chǎn)品要素。在產(chǎn)品配置過(guò)程中從最底層的結(jié)點(diǎn)進(jìn)行約束匹配，根據(jù)結(jié)點(diǎn)層級(jí)結(jié)構(gòu)依次進(jìn)行不同配置的選擇，最后將所有結(jié)點(diǎn)以預(yù)先定義好的配置約束條件進(jìn)行組合，再通過(guò)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的修正，實(shí)現(xiàn)不同需求的配置結(jié)果輸出。

2 基于CBR的木制民居配置設(shè)計(jì)

2.1 相關(guān)概念

1）構(gòu)造單元是指對(duì)某一構(gòu)件進(jìn)行修改就可以用在不同產(chǎn)品上面的可以實(shí)現(xiàn)一種或幾種構(gòu)造功能的產(chǎn)品裝配件。

2）構(gòu)造載體是將眾多構(gòu)造單元集合而成的產(chǎn)品案例集。

2.2 木制民居配置流程

在配置設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以在民居案例庫(kù)中查找滿足客戶基本功能需求的構(gòu)造單元集合，并將其組合成一個(gè)木制民居的產(chǎn)品構(gòu)造載體。然后通過(guò)相似性算法在案例庫(kù)中檢索與該產(chǎn)品構(gòu)造載體最相近的一個(gè)案例，并將其作為木制民居的構(gòu)造原型，使得在詳細(xì)設(shè)計(jì)階段只需要根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)品構(gòu)造載體與相似案例產(chǎn)品的不同之處，對(duì)相似案例加以修正，就可以獲得用戶需要的產(chǎn)品。

2.3 相似民居案例的查找

木制民居構(gòu)造載體的構(gòu)建只是處于概念設(shè)計(jì)階段，需經(jīng)過(guò)詳細(xì)設(shè)計(jì)才能轉(zhuǎn)變?yōu)槟軌蛏a(chǎn)的產(chǎn)品。因此，從已有的民居案例庫(kù)中提取出與所需構(gòu)建的民居構(gòu)造載體最相似的設(shè)計(jì)方案，從而為詳細(xì)設(shè)計(jì)階段提供一個(gè)合適的可參照案例，是將基于結(jié)構(gòu)樹(shù)的案例推理方法在產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)中推向?qū)嵱没闹匾緩健?/p>

根據(jù)基于結(jié)構(gòu)樹(shù)的產(chǎn)品配置設(shè)計(jì)表征模型，將木制民居構(gòu)造載體中的構(gòu)造單元案例化，構(gòu)建出如圖2所示的木制民居結(jié)構(gòu)樹(shù)。

因?yàn)槟局泼窬咏Y(jié)構(gòu)樹(shù)是一棵無(wú)規(guī)則樹(shù)，同層級(jí)的結(jié)點(diǎn)能夠相互置換，結(jié)點(diǎn)在樹(shù)中的位置可以由該結(jié)點(diǎn)到根結(jié)點(diǎn)所經(jīng)歷的各結(jié)點(diǎn)形成的鏈表來(lái)表示[8]。

木制民居案例結(jié)構(gòu)樹(shù)可表達(dá)為上述結(jié)點(diǎn)的集合：

木制民居案例檢索相似度計(jì)算公式如下：

其中，num（nodl⌒nod2）與num（nod1∪nod2）分別表示產(chǎn)品p1和產(chǎn)品p2所包含結(jié)點(diǎn)交集與并集中的元素?cái)?shù)目;S_n表示結(jié)點(diǎn)交集中成對(duì)的兩個(gè)結(jié)點(diǎn)之間的相似度。

式中，Consist（nodi）表示對(duì)成對(duì)結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)的比較，當(dāng)產(chǎn)品p1和產(chǎn)品p2都包含有該結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)時(shí)，其數(shù)值為1，反之為O;num（nod1i⌒nod2i）與num（num（nod1i⌒nod2i）分別表示成對(duì)結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)在結(jié)構(gòu)樹(shù)中所涵蓋的位置結(jié)點(diǎn)交集與并集中的元素?cái)?shù)目。

3 應(yīng)用實(shí)例

本文將貴州苗族侗族木制民居大規(guī)模個(gè)性化定制作為設(shè)計(jì)案例，對(duì)其進(jìn)行民居產(chǎn)品的配置設(shè)計(jì)，驗(yàn)證基于結(jié)構(gòu)樹(shù)與CBR理論的產(chǎn)品配置方法的可行性。假設(shè)客戶需要構(gòu)建一座木制民居A，對(duì)其功能和結(jié)構(gòu)要求為“五柱四瓜前后吊瓜”、“四排三間”、“兩層”、“底層架空”、“單檐懸山頂”、“有廊道”等一些房屋構(gòu)造特征。首先對(duì)民居案例庫(kù)中所有構(gòu)造單元進(jìn)行檢索和篩選，獲得如圖3所示的民居構(gòu)造結(jié)構(gòu)樹(shù)。

其次檢索與民居A構(gòu)造載體結(jié)構(gòu)樹(shù)最類似的案例。假設(shè)案例庫(kù)中有如圖4（a）和4（b）所示的兩項(xiàng)案例。按照公式（1）和公式（2）求得其與木制民居A的相似程度。

民居A與民居B的相似度為：

因此，對(duì)于民居A來(lái)說(shuō)，民居C比民居B更接近目標(biāo)產(chǎn)品，設(shè)計(jì)師可以將其作為設(shè)計(jì)雛型。在接下來(lái)的詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，以構(gòu)建民居A的構(gòu)造載體為目標(biāo)，以民居C作為設(shè)計(jì)雛型，就可以對(duì)民居A進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，之后輸出案例，最后通過(guò)方案評(píng)價(jià)來(lái)最終確定是否符合客戶要求，未符合要求的方案重新進(jìn)行詳細(xì)設(shè)計(jì)，符合客戶要求的方案輸出案例結(jié)果，完成設(shè)計(jì)任務(wù)，并將新案例歸置于木制民居產(chǎn)品案例庫(kù)中。

4 結(jié)語(yǔ)

本文針對(duì)貴州苗侗少數(shù)民族木制民居的個(gè)性化定制，為企業(yè)提供了一種基于案例推理的木制民居配置設(shè)計(jì)方法。以民居的構(gòu)造特征作為配置設(shè)計(jì)的基本屬性，采用案例推理理論，在目標(biāo)案例與設(shè)計(jì)案例構(gòu)造不同的情況下，通過(guò)案例檢索，查找到與目標(biāo)案例在結(jié)構(gòu)特征上最為相似產(chǎn)品的一種配置設(shè)計(jì)方法。并對(duì)該方法進(jìn)行了驗(yàn)證，取得了良好的效果。

本文系國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2014BAH05F01）;貴州省科技基金項(xiàng)目（重大專項(xiàng)字[2015]6008，[2015]6014，LH字[2016]7467，[2016]2327，[2013]4005，[2012]2747，[201212484）;貴大（人基合字[2016]12）。

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