陳陣 張濤 蘇樂 邢龍

摘要：環(huán)境設(shè)計(jì)中的數(shù)字參數(shù)化設(shè)計(jì)已經(jīng)成為前沿設(shè)計(jì)方法的重要組成部分，并對專業(yè)發(fā)展研究產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響。這主要是由于行業(yè)發(fā)展的需求推動(dòng)了專業(yè)發(fā)展的方向，并對專業(yè)教育的改革方向產(chǎn)生了影響。在"新工科"教學(xué)改革的背景下，以設(shè)計(jì)成果和專業(yè)教學(xué)效果為導(dǎo)向，提出以環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)為基礎(chǔ)的數(shù)字參數(shù)化發(fā)展初步設(shè)想。這個(gè)設(shè)想以專業(yè)發(fā)展的"三元論"為核心，通過推演和梳理，得到了將傳統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)與數(shù)字化、參數(shù)化和智能化設(shè)計(jì)相結(jié)合的專業(yè)升級方法模型和初步思路。將這個(gè)方法模型和思路應(yīng)用于實(shí)際的環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)中的理論課程和實(shí)訓(xùn)教學(xué)中。然后，根據(jù)教學(xué)周期的成果對這個(gè)教學(xué)理論模型進(jìn)行總結(jié)和反思，從而優(yōu)化專業(yè)發(fā)展成果和建立相關(guān)理論模型。

關(guān)鍵詞：非線性設(shè)計(jì)；智能化；關(guān)聯(lián)性；參數(shù)化

“四新學(xué)科”是指新工科、新醫(yī)科、新農(nóng)科和新文科，是對新時(shí)代高等教育學(xué)科分類中的四個(gè)新興學(xué)科的統(tǒng)稱。這一概念最早在2017年初復(fù)旦大學(xué)召開的“高等工程教育發(fā)展戰(zhàn)略研討會(huì)”中被提出，并在2018年教育部印發(fā)的《關(guān)于加快建設(shè)高水平本科教育全面提高人才培養(yǎng)能力的意見》中得到正式確認(rèn)。至此，各個(gè)高校紛紛展開“四新”學(xué)科的建設(shè)。其中，新工科專業(yè)主要面向新興產(chǎn)業(yè)，是傳統(tǒng)工科專業(yè)的升級版本，涵蓋智能制造、云計(jì)算、人工智能、機(jī)器人等領(lǐng)域。相較于傳統(tǒng)工科人才，未來新興產(chǎn)業(yè)和新經(jīng)濟(jì)形勢對于高素質(zhì)復(fù)合型新工科人才提出了更高的要求，他們需要擁有強(qiáng)大的實(shí)踐能力、創(chuàng)新能力以及國際競爭力。在這個(gè)背景下，以新工科為引領(lǐng)的學(xué)科改革對于環(huán)境設(shè)計(jì)等傳統(tǒng)土建類專業(yè)產(chǎn)生了廣泛而深遠(yuǎn)的影響。傳統(tǒng)建造類工程項(xiàng)目的專業(yè)升級是這種影響的最直接體現(xiàn)之一。在專業(yè)升級的過程中，智能建造和數(shù)字媒體藝術(shù)與環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)之間的緊密關(guān)聯(lián)尤為突出。由于環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)屬于土建類專業(yè)的范疇，其成果需要基于實(shí)體建筑物來展現(xiàn)，同時(shí)，數(shù)字媒體藝術(shù)的運(yùn)用則可以幫助設(shè)計(jì)師表達(dá)設(shè)計(jì)概念和意圖。因此，從環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)的角度看，數(shù)字化和參數(shù)化成為未來智能建造和數(shù)字媒體藝術(shù)的重要發(fā)展方向。

一、環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)數(shù)字參數(shù)化教學(xué)模型構(gòu)建

（一）環(huán)境設(shè)計(jì)數(shù)字參數(shù)化應(yīng)用優(yōu)勢

在環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)中，數(shù)字參數(shù)化的運(yùn)用已經(jīng)成為一種趨勢。特別是在異形建筑空間形態(tài)設(shè)計(jì)方面，傳統(tǒng)設(shè)計(jì)工具和技術(shù)往往無法滿足復(fù)雜形態(tài)的構(gòu)造需求，無法達(dá)到自由靈動(dòng)的設(shè)計(jì)效果。這個(gè)問題逐漸擴(kuò)展到環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)的室內(nèi)設(shè)計(jì)和景觀設(shè)計(jì)方向，對于異質(zhì)性空間體驗(yàn)的需求也越來越顯著。例如，國家游泳中心水立方的建筑表皮造型設(shè)計(jì)就可以通過參數(shù)化進(jìn)行模擬。設(shè)計(jì)師可以在限定的表皮范圍內(nèi)調(diào)整計(jì)算機(jī)智能設(shè)計(jì)參數(shù)，從而得到多種表皮構(gòu)造模式。這種設(shè)計(jì)方法是通過計(jì)算機(jī)在范圍內(nèi)進(jìn)行隨機(jī)布點(diǎn)并嵌入多邊形集合，然后通過參數(shù)控制每塊嵌板的凸起高度，并且這種高度可以智能地進(jìn)行隨機(jī)設(shè)計(jì)和控制。相比之下，傳統(tǒng)的建筑設(shè)計(jì)方法需要進(jìn)行大量的碰撞計(jì)算，才能獲得適宜的建筑表皮。而且傳統(tǒng)方法獲得的模型耗時(shí)長且修改困難，一旦某個(gè)元素發(fā)生變化，整個(gè)表皮就會(huì)出現(xiàn)大量無法縫合的錯(cuò)誤。而數(shù)字參數(shù)化和智能化設(shè)計(jì)則通過構(gòu)建模塊進(jìn)行多次重復(fù)的計(jì)算，并且給出符合要求的最終效果。從這個(gè)例子可以推論出，數(shù)字參數(shù)化設(shè)計(jì)在建筑的內(nèi)外空間造型方面都具有廣泛的應(yīng)用潛力。數(shù)字參數(shù)化已經(jīng)深入智能建筑、數(shù)字媒體技術(shù)等許多"新工科"專業(yè)中，它的發(fā)展不僅是一時(shí)的優(yōu)勢，更是一種必然的發(fā)展方向。因此，在環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)中，數(shù)字參數(shù)化設(shè)計(jì)的探索和應(yīng)用將會(huì)持續(xù)推動(dòng)專業(yè)的發(fā)展和創(chuàng)新。

（二）傳統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)數(shù)字參數(shù)化嵌入模型構(gòu)建

筆者認(rèn)為，在當(dāng)前環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)的發(fā)展中，可以選擇兩種不同的發(fā)展模式。第一種模式是基于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)專業(yè)的數(shù)字化、參數(shù)化改進(jìn)模式，通過對教育教學(xué)和工作流程的改進(jìn)來提升傳統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)的水平。這種模式是根據(jù)已有的行業(yè)體系和市場需求來進(jìn)行改革，通過平衡行業(yè)發(fā)展和專業(yè)技術(shù)革新的關(guān)系來實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的發(fā)展。在這種改進(jìn)模式中，環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)作為出發(fā)點(diǎn)，重點(diǎn)關(guān)注行業(yè)需求和工程項(xiàng)目中的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)。

第二種模式是完全基于信息化、參數(shù)化、數(shù)字化模型來重塑設(shè)計(jì)的底層邏輯。這種改革對于已經(jīng)成熟的設(shè)計(jì)體系來說是具有顛覆性的。它需要重新建立一套完整的基于計(jì)算機(jī)語言和設(shè)計(jì)方法相結(jié)合的信息化、參數(shù)化、數(shù)字化設(shè)計(jì)模型。從環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)的角度來看，這意味著將傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)語言和設(shè)計(jì)意圖轉(zhuǎn)化為計(jì)算機(jī)語言，利用虛擬平臺來實(shí)現(xiàn)對設(shè)計(jì)需求的轉(zhuǎn)譯和模擬。在規(guī)定的設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，通過計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生多種可行的設(shè)計(jì)方案。設(shè)計(jì)師的角色主要是將自己的設(shè)計(jì)意圖和限制條件傳達(dá)給計(jì)算機(jī)，并與委托方一起選擇最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

結(jié)合以上兩種改革思路，筆者提出了傳統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)數(shù)字參數(shù)化嵌入理論模型的概念。核心思想是將新一代工科中與環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)相對應(yīng)的三種設(shè)計(jì)方法（非線性設(shè)計(jì)、參數(shù)化設(shè)計(jì)、BIM建筑信息模型設(shè)計(jì)）應(yīng)用于具體的數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺，并結(jié)合傳統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)中的文化藝術(shù)、行業(yè)規(guī)范、設(shè)計(jì)程序等內(nèi)容，通過實(shí)踐教學(xué)的方式來推動(dòng)環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)的發(fā)展。同時(shí)，通過對成果進(jìn)行參數(shù)化設(shè)計(jì)邏輯與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的辯證思考，反向促進(jìn)基礎(chǔ)參數(shù)化設(shè)計(jì)方法的改進(jìn)與發(fā)展。

（三）強(qiáng)化以“三元論”為核心的教學(xué)思想

“三元論”教學(xué)思想代表著數(shù)字化設(shè)計(jì)邏輯的培養(yǎng)和參數(shù)化設(shè)計(jì)手段應(yīng)用的重要內(nèi)容，它是環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)可持續(xù)發(fā)展的理論框架。它的核心思想是將"新工科"教育改革框架與數(shù)字化參數(shù)設(shè)計(jì)和環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)教學(xué)相結(jié)合，開展理論研究和應(yīng)用研究，指導(dǎo)教學(xué)實(shí)踐，更好地滿足新時(shí)代環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)人才的培養(yǎng)需求。整個(gè)過程需要培養(yǎng)學(xué)生在低年級本科基礎(chǔ)課程中掌握數(shù)字化設(shè)計(jì)的相關(guān)基本概念，在中年級專業(yè)課程或設(shè)計(jì)工作坊中鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用參數(shù)化、智能化和非線性的設(shè)計(jì)方法考慮設(shè)計(jì)方案，并在高年級的綜合設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)應(yīng)用參數(shù)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容，全程把握參數(shù)化設(shè)計(jì)在教學(xué)過程中的作用，提高教學(xué)效果。

從專業(yè)發(fā)展途徑的角度看，需要根據(jù)環(huán)境設(shè)計(jì)的特點(diǎn)對專業(yè)方向進(jìn)行劃分，進(jìn)行有針對性的研究。例如，環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)可以分為室內(nèi)空間設(shè)計(jì)和室外景觀設(shè)計(jì)兩個(gè)方向。甚至一些學(xué)校將建筑設(shè)計(jì)也納入其中。對于室內(nèi)空間設(shè)計(jì)，數(shù)字參數(shù)化教學(xué)改革主要集中在建筑工程信息化和空間設(shè)計(jì)參數(shù)化方向的重點(diǎn)研究，也可以將參數(shù)化應(yīng)用于室內(nèi)空間裝飾等藝術(shù)性設(shè)計(jì)的局部內(nèi)容。對于景觀設(shè)計(jì)，需要關(guān)注景觀尺度與參數(shù)化自然模擬設(shè)計(jì)及參數(shù)化有機(jī)仿生設(shè)計(jì)的研究，將國內(nèi)外領(lǐng)先的景觀規(guī)劃與設(shè)計(jì)理論融入?yún)?shù)化設(shè)計(jì)中，并在教學(xué)過程中豐富其發(fā)展和應(yīng)用空間。

二、數(shù)字參數(shù)化教學(xué)難點(diǎn)與策略問題初探

環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)正受益于社會(huì)需求的發(fā)展，并且專業(yè)范圍不斷擴(kuò)大。尤其是近年來，許多新興技術(shù)的涌現(xiàn)在眾多學(xué)科中引起了廣泛的關(guān)注。在環(huán)境設(shè)計(jì)這樣一個(gè)廣泛領(lǐng)域內(nèi)，與建筑學(xué)、景觀學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)、美學(xué)、生態(tài)學(xué)、植物學(xué)、材料學(xué)、環(huán)境學(xué)等諸多學(xué)科的交叉，新技術(shù)以各種形式與環(huán)境設(shè)計(jì)相互聯(lián)系和補(bǔ)充，為傳統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)帶來了更多發(fā)展的可能性。

但是教師也必須認(rèn)識到，這些交叉學(xué)科及其帶來的技術(shù)革新對環(huán)境設(shè)計(jì)的實(shí)用性和有效性需要進(jìn)行評估，需要選擇和適應(yīng)，還有如何成功整合到專業(yè)體系框架中，并最終產(chǎn)生積極的結(jié)果，這些都是目前各個(gè)高校和整個(gè)專業(yè)領(lǐng)域密切關(guān)注的問題。

對于這些改革難點(diǎn)，可以先從課程基礎(chǔ)框架出發(fā)，根據(jù)社會(huì)需求對環(huán)境設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要方向進(jìn)行詳細(xì)的調(diào)研和分析。通過從行業(yè)發(fā)展和應(yīng)用需求的角度出發(fā)，找到教學(xué)改革的支撐點(diǎn)，將傳統(tǒng)型教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)閼?yīng)用型教學(xué)。在這個(gè)階段，教師的主要任務(wù)是在傳統(tǒng)教學(xué)領(lǐng)域中展示數(shù)字參數(shù)化設(shè)計(jì)的成果。例如，在環(huán)境設(shè)計(jì)相關(guān)的學(xué)科競賽、畢業(yè)設(shè)計(jì)等具體教學(xué)項(xiàng)目中，可以直接應(yīng)用數(shù)字參數(shù)化設(shè)計(jì)方法對傳統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行改良和優(yōu)化，以呈現(xiàn)更好的設(shè)計(jì)效果。通過這樣的方式，可以提升數(shù)字參數(shù)化教學(xué)在社會(huì)中的認(rèn)知度，鼓勵(lì)更多的學(xué)生參與數(shù)字參數(shù)化設(shè)計(jì)，激發(fā)對數(shù)字化設(shè)計(jì)底層邏輯學(xué)習(xí)的興趣，同時(shí)鼓勵(lì)他們不斷探索和加深學(xué)習(xí)。

其次，在解決數(shù)字化參數(shù)設(shè)計(jì)與課程體系的融入和銜接后，教師還需要深入思考數(shù)字化設(shè)計(jì)參數(shù)化的"第一性"問題。也就是如何將參數(shù)化設(shè)計(jì)的基本原理與設(shè)計(jì)邏輯思維從根本上融入傳統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)的教育框架和知識體系中。這需要學(xué)習(xí)數(shù)字化專業(yè)理論原理，并將其納入到基礎(chǔ)教學(xué)中。參數(shù)化設(shè)計(jì)和數(shù)字化模型的建立需要相應(yīng)的數(shù)理結(jié)構(gòu)知識、編程知識、邏輯學(xué)知識等。需要從抽象的空間數(shù)字概念出發(fā)，選擇人腦與電腦構(gòu)建空間的交點(diǎn)，并將人的設(shè)計(jì)構(gòu)思以適當(dāng)?shù)挠?jì)算機(jī)算法或語言對計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，以數(shù)字控制性空間生成設(shè)計(jì)結(jié)果，以數(shù)控量化的方式達(dá)到或接近人腦感性形象的具體化表達(dá)。這些都需要一定的學(xué)習(xí)積累，才能理解和內(nèi)化數(shù)字化設(shè)計(jì)邏輯的深度突破。

三、數(shù)字參數(shù)化嵌入環(huán)境設(shè)計(jì)教學(xué)應(yīng)用舉例

在過去的一年中，筆者將數(shù)字參數(shù)化設(shè)計(jì)融入了室內(nèi)設(shè)計(jì)、景觀設(shè)計(jì)和建筑概念設(shè)計(jì)三個(gè)專業(yè)方向的教學(xué)過程中。通過以設(shè)計(jì)成果為導(dǎo)向，在課程設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)指導(dǎo)兩個(gè)層面上嵌入了參數(shù)化設(shè)計(jì)方法和技術(shù)，基于先前闡述的環(huán)境設(shè)計(jì)參數(shù)化嵌入理論模型。例如，在景觀設(shè)計(jì)的畢業(yè)項(xiàng)目指導(dǎo)過程中，針對山谷地形的高程點(diǎn)進(jìn)行了參數(shù)化分析，計(jì)算了山體空間地表徑流和山谷空間建筑占地面積的比值。通過使用參數(shù)化和智能化方法進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬，進(jìn)行了多種場地應(yīng)用方式的推演，并最終確立了場地設(shè)計(jì)的雛形，并推動(dòng)了后續(xù)設(shè)計(jì)的進(jìn)行。在該項(xiàng)目中，參數(shù)化設(shè)計(jì)的嵌入同樣適用于建筑設(shè)計(jì)，以畢業(yè)設(shè)計(jì)為例，使用基于傳統(tǒng) SketchUp 建模軟件平臺的參數(shù)化插件和基于Rhino參數(shù)化構(gòu)建的 Grasshopper，分別應(yīng)用于第四代建筑造型建模和異形景觀建筑設(shè)計(jì)中。利用參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)的特點(diǎn)，有針對性地應(yīng)用于同一設(shè)計(jì)場地中的具體節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)。目前，教學(xué)成果已初步顯現(xiàn)，將參數(shù)化設(shè)計(jì)嵌入傳統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)中的學(xué)生在畢業(yè)設(shè)計(jì)和各類設(shè)計(jì)競賽中都取得了良好的表現(xiàn)。例如，在全國NCDA未來設(shè)計(jì)師大賽、安徽省環(huán)境設(shè)計(jì)大賽、BIM設(shè)計(jì)大賽、全國大學(xué)生3D設(shè)計(jì)大賽、學(xué)院杯環(huán)境設(shè)計(jì)大賽等比賽中，共獲得了十余個(gè)各類獎(jiǎng)項(xiàng)，這些獎(jiǎng)項(xiàng)都是通過本次教學(xué)改革中所進(jìn)行的課程和畢業(yè)設(shè)計(jì)成果參賽并獲得的。

四、結(jié)束語

環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)朝著參數(shù)化的發(fā)展趨勢是一個(gè)必然的趨勢，但它并不是最終的發(fā)展形態(tài)。參數(shù)化設(shè)計(jì)實(shí)際上是智能化設(shè)計(jì)的前期發(fā)展形勢和鋪墊。技術(shù)的不斷進(jìn)步為環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)提供了更廣闊的發(fā)展空間。還需要將先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法與教育理念結(jié)合起來，集中解決當(dāng)前環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)面臨的發(fā)展瓶頸。更重要的是需相關(guān)教育工作者用更長遠(yuǎn)的視野來研究和探討參數(shù)化、數(shù)字化設(shè)計(jì)和智能化技術(shù)的應(yīng)用問題，以促進(jìn)環(huán)境設(shè)計(jì)教育體系探索出一條面向應(yīng)用的發(fā)展路徑。

作者單位：陳陣 張濤 蘇樂 邢龍 安徽信息工程學(xué)院

參? 考? 文? 獻(xiàn)

[1]孫奧，湯常鳴，王瑋. BIM技術(shù)融入高校環(huán)境設(shè)計(jì)專業(yè)本科教學(xué)的研究[J].設(shè)計(jì)，2020，33（11）：130-132.

[2]池志煒，諶潔，張德順.參數(shù)化設(shè)計(jì)的應(yīng)用進(jìn)展及其對景觀設(shè)計(jì)的啟示[J].中國園林，2012，28（10）：130-132..

[3]姚翔翔.參數(shù)化設(shè)計(jì)在環(huán)境藝術(shù)設(shè)計(jì)專業(yè)實(shí)踐教學(xué)中的應(yīng)用[M].南京藝術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2016.

基金項(xiàng)目：1.2022年度安徽信息工程學(xué)院青年科研基金項(xiàng)目：環(huán)境設(shè)計(jì)的數(shù)字信息參數(shù)化技術(shù)應(yīng)用研究（22QNJJSK007）；2.安徽省質(zhì)量工程教學(xué)研究項(xiàng)目（2019jyxm0893）。

陳陣（1988-），漢族，碩士，講師，安徽信息工程學(xué)院，研究方向：景觀建筑設(shè)計(jì)、環(huán)境設(shè)計(jì)。

張濤（1990-），漢族，碩士，工程師，安徽信息工程學(xué)院，研究方向：景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)。

蘇樂（1988-），漢族，碩士，安徽信息工程學(xué)院，副教授，研究方向：環(huán)境設(shè)計(jì)。

邢龍（1992-），漢族，碩士，講師，安徽信息工程學(xué)院，研究方向：建筑設(shè)計(jì)。