0

开篇

近些年来，数字化的方法正在潜移默化地促使设计师探索新的设计哲学与方法。一方面，数字化方法逐渐渗透，补充着传统建筑学课题；一方面，数字化方法在悄悄改变着大家对于建筑的认识和理解。走在建筑学科改革前沿的高校，在数字化建筑设计与建造方面也开始了探索，比如清华深研院未来人居方向，以及我们今天要聊的东南大学建筑学院开设的智能设计与先进制造方向……

东大建院于年3月正式发布公告，宣布建筑智能方向的成立。年、年持续招生。

中大院官方公告：建筑学专硕智能设计与先进建造方向今年招生

东联关于智能方向的介绍：深度

关于建筑学智能设计与先进建造方向的介绍

单从该方向的命名来看，我们会发现它强调了运算化设计与数控建造融为一体的趋势，一个成熟的数字化设计与建造团队可以独立完成一个项目的设计与建造，在流程上掌控一个建筑项目的每个环节（方案、结构、构件加工、运输、建造……）——比如EPC模式（EngineeringProcurementConstruction），指公司受业主委托，按照合同约定对工程建设项目的设计、采购、施工、试运行等实行全过程或若干阶段的承包。今年东南大学张宏教授带领的SolarArk3.0团队参与中国国际太阳能十项全能竞赛作品（图1）。

图1

仅用20天便建造完成了一座多能互补的产能多功能住宅+能源共享驿站，可以说这就是东南大学建筑学院带领21家企业做成的一次EPC总承包（图2）。

图2

若是没有数字化设计工具和方法的出现，这在过去是无法想象的，只能是设计方面与施工方面互相的改来改去，设计与运营管理很难统筹。所以智能设计与先进建造的结合使得设计师有可能成为那个最终把作品交给甲方的人，正如大部分的理工类学科，其课程都非常重视与数学与计算机编程，因为这会给学科带来深远的社会意义。

建筑学的各个子学科都有数字化的延伸，如建筑物理中的性能优化、建筑构造中的数控建造驱动下的构造设计（极简构造、微观构造、基于材料特性的无节点构造……）、方案设计中的生成设计……所以东南大学的智能设计与先进建造方向也开设了三个小方向——A.运算化设计与建造、B.建筑工业化、C.数字化城市设计。不同的方向中，数字化设计方法、工具以及前景的不尽相同。

01

学什么

1.方向A——运算化设计与建造

从运算化设计与建造方向来说，前者可以利用理性的数学逻辑来自动生成、评估、选择方案，后者能够用精密的数控工具对前者所生成的方案进行建造，即物质化的过程，二者是紧密相连的。

很多人一提到运算化设计，想到的都是参数化的表皮，非线性的形态。但相比形态方面的作用，运算化设计在解决复杂的建筑学问题上起到的作用是更大的。在如今这个由增量时代转向存量时代的建筑环境中，很多改建扩建设计都面临着相比之前更复杂的建成环境，比如古村落建筑立面改造中对传统形式的学习与继承、城市或乡村肌理的深度学习、剧场的视线设计、大型公建中的复杂流线设计……这种情况下，依靠算法来辅助我们去对交织的各项问题进行打分、统筹，定量分析，计算机会辅助提供想象之外的优化方案，节省很多机械的工作量。例如宜兴丁蜀古南街的建筑保护更新中，东南大学建筑运算与应用研究所做的传统建筑立面自动生成设计工具（图3）。

图3

通过对古南街立面形态数据库的搭建（如图4），每个立面用一串数据来表示，即数据收集。之后，进行基于粗糙集的数据挖掘。最后做出基于二维图像要素来替换和生成传统建筑立面的工具，居民仅需拖拽大小，点取选项（图5），便可以自动生成绝不会超出设计导则，又满足居民个人喜好的立面。甚至居民可以在立面标准构件的实物展厅里进行挑选和决策（图6）。相比传统的立面改造，古南街对文脉的延续和居民的关怀通过运算化设计向前走了一大步，多年以来，精心雕琢取得了卓越的成效。

图4

图5

图6

那么再说建造，在建筑业中，由于设计方无法进行实时的工程运营定量管理、精准控制建造等等原因，设计与建造长期处于分离状态，大多数建筑师对于最终作品的控制力是很低的，也成为了部分建筑品质低下的原因之一。而运算化与数字建造提供了一种可能性：建筑师的运用编程手段进行运算化生成设计，并控制数控设备实现构件制造，编写构件定位、状态实时更新的电子标签进行建造的管理。

通过抽象的代码来把控作品物质化的过程，极大的增强建筑师对最终实物的控制力，解放建筑师的创造力。东南大学李飚教授近年来以复杂系统和数字生成为基础开展了全方面的科研与教学，积极进行数控建造的实践，比如南京青奥村服务中心（图7)，通过开洞和折板来形成映射的图案（图8），在设计之初便考虑如何通过程序来解决构造问题。

图7

图8

只有这样才能解决纷繁的尺寸各不相同的构件如何精准建造，大量构件间如何搭接等问

题（图9）。这就使得设计师在前期设计的阶段也可直接参与，并控制最终的加工和建造细节。

图9

2.方向B——建筑工业化

从建筑工业化方向来说，数字化设计工具和方法的发展则相对更加成熟，体现在工程的信息协同管理、设计建造运营造价、建筑物理方面的性能优化、构件法建筑设计理论……我们最常听到的就是BIM了。

BIM的全称是Buildinginformationmodeling，我们会发现最后一个词使用了ing的进行时态，这也就体现出BIM里的模型和我们习惯去用的SU模型的区别。M有三重含义的延展（图10）：1.作为Model，它是建筑设施物理和功能特征的数字表达；2.作为Modeling，它是在模型基础上的动态应用模型，帮助设计建造运营造价等阶段，提升工作效率，降低成本；3.作为Management，它是在模型化基础上，多维度多参与方的信息协同管理。由于设计工具的进步，建筑工业化时代的我们，也应该从绘图思维上升为建模思维。

图10

在出现计算机工具前，我们的工具是纸笔，于是我们表达信息的方式是手绘图纸，有了计算机之后，我们也还是保留了绘图思维，依旧是二维的信息表达，其中的信息与施工方用构件建造建筑的行为必然是存在大量的不对等。造成的结果就是来回改图，改到对等，设计阶段的造价预算也是经验化的，不准确的，最终成倍超出的现象并不少见。至于设计方进行建造阶段的运营管理则更是非常困难。

而BIM模型中建造的构件系统包含着构件的名称、编号、尺寸、位置、数量，通过电子标签等手段进行构建状态的实时更新，用模型来指导构件的制造、运输、放置、施工。使得EPC模式（EngineeringProcurementConstruction）可以实现，公司可以对工程建设项目的设计、采购、施工、试运行等实行全过程或若干阶段的承包，提升工作的效率，降低建造的成本。现在的BIM软件还在发展的阶段，可供大家使用的软件越来越多，比如Revit、rhino、freecad、occ、Webgl/threejs、webGPU（图11）……

图11

东南大学建筑学院张宏老师团队在该方向有着卓越的科研成果，比如南京市装配式建筑信息服务于质量监管平台（图12）。以BIM技术为基础，基于“项目管理”与“构件追踪”，实现了全产业链信息互通，各相关部门信息共享，全过程轨迹跟踪，全方位质量监管。扫描