住宅室内参数化设计初探——设计因素信息化与关联系统的建立

孟翔

1.参数化设计

1.1 什么是参数化设计

参数化设计被视为CAAD（Computer-Aided Architectural Design，计算机辅助建筑设计）系统第九代的特征之一，其与第八代BIM相较更加侧重于几何形体的建模。[1]“‘参数’可以定义为一个系统的运行方式及特征与其成员之间的相互关系。参数化设计据此制定出一个关联系统，从而通过输入不同的条件来得到不同的结果。”[2]国内建筑领域对此研究较为全面的徐卫国认为，参数化设计最为关键的三个环节包括“设计要求信息的数据化”，“设计参数关系的建立”以及“计算机软件参数模型的建立”。[3]因此由室内设计专业的角度出发，确定设计因素信息的数据化，以及创建关联系统，是能否实现参数化设计的前提。

1.2 参数化设计的应用现状与问题

参数化设计在建筑中的应用日渐成熟。作为一种新的潮流在实践中更倾向被应用于塑造复杂的形体，“提供连续的多样性”。[4]伴生的室内设计的实践同样倾向对于外在形式的尝试，以及与室内设备的结合，统一了内外“表皮”。但是对于室内设计内在的使用逻辑并无更进一步的助益。室内设计作为建筑向使用者的延伸，在统一于建筑外在风格的同时，立场更应向人的需求进行倾斜。因为在大多数情况之下，室内设计与建筑设计相比，对使用者需求的理解更为精确，层次更为多元。

1.3 住宅室内设计参数化的意义与价值

“每个参数化系统都是根据其自身对约束求解的方法定义的，并且针对设计工作每个系统都是根据其自身对约束求解的方法定义的。”[5]在研究室内设计的参数化可行性时，首先需要明确不同空间的属性定义了不同的功能。与公共空间等空间对于功能性与象征性何者为先，或不一而同的美学标准等复杂考量有所不同的是，住宅作为人日常生活的基本空间类型，其室内设计应当更加贴近人的必要需求。现如今在使用者进行住宅的选择时，通常按照使用的所需面积进行计算，即根据人口数量、结构选择相应面积与户型结构（受到经济能力等因素影响上下浮动）。这也为室内设计参数化塑造以人体尺度为基准的关联系统创造了条件。以住宅作为探讨室内设计参数化可行性的范例，更加符合设计“功能为先”的标准，这对其它空间室内设计的参数化应用具有参考价值。体量巨大的住宅室内设计市场也为其提供了更高的实践价值与经济价值。

2.住宅室内设计信息数据化与关联系统建立

设计要素信息的数据化，以及建立关联系统，是参数化建模的基础。室内设计要素之间的关联必然以空间不同的“占用”形式作为媒介，室内参数化设计系统的运行也应以几何体建模对空间的“分割”作为主要形式。而住宅的室内设计要素基本由建筑、人与功能扩展开来，探讨三者以及三者衍生物的特征与形式，将其数据化，进而探求在空间中的依存关系与可变更程度，是关联系统的核心。

2.1 建筑信息数据化与关联系统建立

在对室内设计因素进行分析的过程中，首要的是对于建筑的认知，即空间构成的基本条件。现今的建筑技术水平仍然受限于结构、材料与成本等因素，因此在过去的发展过程中形成了标准化特征，即多层住宅或高层住宅中采取的相似的布局结构与管线位置以提高效率，节约成本。从室内设计的立场考虑，其中承重结构等重要因素的改动受限于技术限制、法律法规与高额成本等因素。同样管线位置也需考虑其性质（常见的包括给排水管道、供电管道、排烟通道等），需要根据功能需求与技术条件，而限制变动方式与距离，并且考虑改动成本。这些相关信息都需要完成数据化以便更好的辅助室内设计。例如改动水管需考虑供水压强与排水速率，改动距离的增加可能导致使用效果的衰减。在创建参数化模型时，管线原始位置可以标定坐标，以此为轴改动距离呈放射状，距离远近决定衰减程度与改动成本（结合材料性质）。以计算机参数化建模的角度进行审视，空间内的承重结构，包括部分立面、天花板、地面三者，形成了相对其它室内设计因素而言的“框架”或“容器”，在参数化模型中固定尺寸与坐标，建立一个虚拟的几何体，其后的室内设计行为都可以将此作为边界与基础。

2.2 人体尺度数据化与关联系统建立

与建筑中承重相似的是使用者的人体尺度，几乎没有可变性，包括基本的身高、体重等。在设计师过去的实践中，人体尺度的确立依赖于既成数据的参考，特殊案例会进行专门调整。而个体行为与习惯等建立在人体尺度的基础上，可变性稍强。设计师对使用者的人体尺度与行为习惯的了解，基本通过询问或观察进行。但受制于隐私等因素的考量，采集到的信息较为片面，不能构成完整的参考体系。但是住宅室内设计所面对使用者数量较少且相对固定，最具进行精确定位的可能性，同时较为容易形成严密的关联体系。如果从全部功能皆以人的需求作为出发点的角度来说，人的尺度首先限定了人的基本需求，包括室内空间的坐、卧、站、行，以及其它种种个人习惯在此基础上同样具有重要影响。人体尺度“从内而外”决定了个人行为与习惯，进而决定了功能行为的尺度，功能承接物的尺度等。所有的功能都应以此为基准而产生一定范围内的变化，包括满足基本需求或达到舒适程度。无论是人体工程学还是环境心理学都对此进行了探索。在现今的科技手段中，可以通过人体佩戴传感器来实现对人体尺度基础上行为的取样，即个人在不同行为时的摆动幅度与状态。例如睡眠时的身体滚动方向与幅度确定床的最小尺度；工作时身体与上肢的摆动幅度或活动范围确定最小工作面；行走时人体的摆动确定动线的最小宽度等，以此完成从人的尺度到人的行为的衔接。因此将使用者的人体尺度作为参数化设计中的固定不变的参数，其它尺度将都以此为基础进行衡定。以此为出发点确定行为的尺度，能够进一步确定功能中的尺度，从而使三者产生关联。

2.3 功能信息数据化与关联系统建立

功能基于使用者的尺度，始于使用者的需求，并承接使用者的行为，是使用者需求的进一步的优化，最终体现为空间中的存在形式，以及与使用者之间产生的交互。在过去的设计实践中，功能的实现大部分基于人体与行为尺度的“共识”。首先确定功能分区，而后对室内空间进行分隔与填充。思维惯性中对客厅、餐厅、卧室、卫生间等概念的固定认知，使得部分设计师在一定阶段内较少思考功能本身的意义与实现的形式。在近年来改造设计热潮中，面对各类住宅的户型与使用者实际需求之间的极端差异，设计师与使用者都开始重新审视人与功能之间的关系。

2.3.1 功能种类

功能的取舍与重要性排序是对于个体需求的第一考量。现代生活对于室内空间的影响趋势在总体上使其变得更为多样，功能种类与延伸更加多元化。因此室内设计的传统认知需要改变，避免“同质化”设计。如果将对于使用者需求的重要程度，作为衡量功能取舍与顺序的标准，不同类型的功能中最为重要的功能进行优先的实现，包括位置选择与尺度的浮动。例如重要的功能得到保障从而避免常规形态的变化（通常最佳的形态应保持在一个水平面），以及在基本行为尺度之上的空间占用。以此类推，处于序列“末端”的功能通过独立的形态或尺度变化节约空间，或与其它末端功能进行组合，实现对剩余可用空间的占用，最终达成空间各项功能的实现。

2.3.2 功能尺度

在功能取舍之后，人的需求也可基于人体尺度，开始向功能实现方式的转化。功能的实现取决于行为尺度与其承接物的尺度。首先人体行为尺度的通过佩戴传感器（或可穿戴设备）进行采集是可行的。在对已有的功能承接物的使用过程中，使用者肢体的摆动幅度通常暗示了行为的必要尺度。那么以躯干移动距离与肢体末端的摆动范围（以躯干为轴），确定功能承接物的尺度范围是合理的。因此以人体尺度为基础，能够确定行为尺度与功能承接物尺度，三者构成了空间中功能实现形式的基本单位。功能分区也应以功能实现的“三要素”作为基本的“单位功能”，结合功能种类的选择与排序确定其优先级，以此规划室内空间。而结合以上建筑“框架”存在的种种限制因素，基本可以确定出“单位功能”可行的大致方位。例如下水道预留位置随延长距离而削弱排水功能，以此为轴将洗手台等功能限制于一定距离之内。多个功能皆以此方式确立空间中的位置，则会产生丰富可能。每一个细小限制因素对于“单位功能”的改变，都将关联整个功能系统——这是参数化对于室内设计的核心价值所在。

2.3.3 功能形式

在依据人体尺度与行为尺度确定功能尺度之后，功能承接物的形式不可避免的与之产生了关联。在采集行为尺度的过程中，原空间中的功能承接物对于行为有一定的影响，需要通过分析甚至建模建立明确的认知。通常功能的最佳实现形式，大多数应当是以人躯体为轴，上肢伸展而产生最大行为距离，从而形成的平面。以此为基础在保持躯体行为较为舒适的前提下横向或纵向延伸产生衰减。在功能承接物的展现上例如橱柜设计，台面承接最为丰富的即时行为，上下则多用于设备安置或储物空间。在近几年兴起的小户型设计或改造设计中，功能形式在实践中展现出丰富的类型。例如通过抽拉或折叠实现餐桌灵活的空间占用；可移动中台提供厨房备餐台的丰富变化；榻榻米设计提供了可升降的“床”与储物空间。功能与功能之间展现出个体折叠、两相重叠，模块化组合等不同形式，这也是设计师在室内设计中负担的主要任务之一。在数据信息化的过程中，依然要维持对“单位功能”的单人最小使用面积的明确认知，通过“最小使用面积”的组合变化丰富功能的形式。在参数化设计中，可以通过上传数据库提供储备，以相同的限制条件作为前提，为其它遇到相同问题的设计方案提供参考甚至直接的代入。

2.3.4 功能联系

除了人体对于功能的提供，以及建筑对于功能的限制之外，功能之间的联系也是确定功能在空间中处于何种位置的因素之一，是人的行为内在连续性的外在表现。如同设备预留接口对于功能的位置限制一样，功能之间的位置也决定了功能的使用效率。在住宅空间中，小范围独立空间内的关联，通常展现为近距离的功能承接物的组合，例如沙发与茶几、边几等。而在大范围内，因为相互关联而以功能分区层级的基本划分中体现出来的，例如卧室与卫生间，餐厅与厨房等。在进行室内设计时必须考虑其间的通达性。包括：夜间卫生间的使用，如何在保持基本照明的同时减少对他人的影响；在使用厨房时，既隔绝油烟对餐厅的影响，又能保证传菜的效率——保持新鲜的同时兼顾安全性。相关空间的链接还要避免与其它空间的影响，例如利用空间或时间上的错位进行处理。如果将相互关联的功能区域进行“连线”的话，这条“线”必须尽量满足两个条件——相互间距离尽量缩短；同时减少交叉。

在完成对建筑、人体与功能的数据化，以及建立关联关系的同时，如何反观现有的室内设计存在成为了必须面对的问题。因为无论室内设计理论发展到何种程度，除了建筑技术水平限制之外，室内设计实践还受制于相关产品的发展程度。室内设计的相关产品还受限于材料、工艺、成本等要素，是室内设计师必须考虑的问题。产品往往带有一定的风格倾向，所以室内设计参数化也涉及到室内风格的选择与实现。经过整个人类历史的积淀，“经典”与“创新”并存，如何将其代入参数化设计之中也是一个重要问题。

3.相关概念的参数化建模与应用

3.1 相关产品的参数化

现今市场的发展提供了繁复的产品种类。无论是满足设计师要求的定制服务，还是经营者自行组织、提供的设计服务，都展现出设计者、消费者与经营者三者迫切弥合差距与分歧的意愿。相关产品可以通过标定限制条件从而进行参数化建模，直接介入设计案例的建模过程。也可以结合大数据与云计算，由设计师上传针对某一问题而创造出新的解决方案，由经营者与产品设计师随时提供产品线上针对不同方案而研发的产品数据，形成限制条件相同或近似的参数化模型。稍作调整从而介入正在进行的设计之中，帮助设计师解决当下问题。在不具相对应的现有产品的情况下，产品设计者能够根据限制条件判断可否提供定制服务，由生产经营者提供参考价格。以上能够提高设计师与材料商、家具商与电器商等的沟通效率，加快可行性论证的进程。

3.2 风格的参数化

在室内设计实践中，设计师对于风格的把握多借助于自身对外在形式的理解。风格的形成基于一个区域的地理条件与其间人们的生活习惯，也有历史文化的积淀。因此对于风格的理解首先要明确其中所展现出的特征，即对待内外环境的态度。例如日本建筑中所采取的挑檐表达了一种人与自然统一的愿望，但在既成建筑中并不能够轻易实现。即使有条件可以实现，也要充分考虑其间的气候差异等因素。其次是坐具等基本功能承接物的形式与尺度。以榻榻米为例，其与常规意义上的床的差异，在于几乎布满整个空间，以“地板”的形式而存在——从空间的立方体“占用”变为对于层高的“切割”。可以作为参数化对于某种风格特征的理解与借鉴，在平面布置时遇到空间不足的问题可以采用。同样的，当设计要求对此没有明确限制的情况下，也可以作为室内设计空间（平面）不足状况下的解决方案之一。随着产品线的丰富，不同形式的坐具与卧具都能保证基本的舒适，这为特定风格的实现提供了助益。但是对于风格的参数化设计应持谨慎态度，以免产生僵化，束缚室内设计的发展。

“传统的设计系统是对古老工作方式的简单效仿。参数化建模（也称为约束建模）引发了根本的改变：‘标记’，也就是一个设计的几个部分，以一种协同的方式相互关联和共同改变。”[5]参数化与BIM的根本差异，并非简单的设计效率的提高，而是其明确约束条件，通过明确设计因素组合形式的多种可能，建立了一个开放性的结构。设计师能够通过完善限制条件而缩减设计结果的范围，从繁杂的反复修改过程中解脱出来，能够有更多精力去发现问题与解决问题。在具体实践中，设计师可以据此将明确限制条件的解决方案上传，制造者据此寻求实现的技术手段，多方参与使新的解决方式成熟化，最终应用于实践。整个过程形成一个完整的链条。这为今后室内设计通过人体取样与云计算的结合，从而提高设计精度与深度提供了可能。两者将进一步推进个性化需求的实现。与室内设计相关的，建筑设计与产品设计同样在尝试变更人体本身之外的所有条件，例如“互动建筑”与“智能家居”的出现。对于设计手段的探索，最终目的是更好的实现人的需求。

注释：

[1]孙晓峰,魏力恺,季宏.从CAAD沿革看BIM与参数化设计[J].建筑学报,2014

[2]楚琦,杨茂川.浅谈参数化设计在室内空间中的运用趋势[J].艺术与设计（理论）,2013

[3]徐卫国.参数化设计与算法生形[J].世界建筑,2011

[4]XWG建筑工作室合伙人.参数化主义——帕特里克·舒马赫访谈[J].世界建筑,2003

[5][美]罗伯特·伍德伯里.参数化设计元素[M].孙澄等译.北京：中国建筑工业出版社,2013