参数化控制复杂地形创建——以吉林北大壶滑雪度假村设计为例

王超

沈阳建筑大学 辽宁沈阳 110168

摘要：进入新的时代以来，人们对美好生活提出了更高的要求，在风景秀丽的自然环境中的工程层出不穷，但是风景虽好，在自然环境中设计大体量的建筑势必会带来竖向设计上的难度，也对新时代的建筑设计工作提出了更高的要求，设计人员必须与时俱进，积极学习新软件，增加设计效率和设计精准度、设计多样性，这样才能赢得更好的设计市场，做出好的设计作品，在吉林北大壶滑雪度假村的设计中，笔者运用了搭载在犀牛软件中的grasshopper插件来设计复杂的地形模型，极大的缩短了工期，提高了设计的精准度，是对参数化、数字化这种新技术的一次有力探索。

关键词：参数化、复杂地形、建筑设计

一．参数化技术的总体发展趋势

参数化设计是将工程本身编写为函数与过程，通过修改初始条件并经计算机计算得到工程结果的设计过程，实现设计过程的自动化。Grasshopper（简称GH）是一款可视化编程语言，它基于Rhino平台运行，是数据化设计方向的主流软件之一，同时与交互设计也有重叠的区域。与传统设计方法相比，GH的最大的特点有两个：一是可以通过输入指令，使计算机根据拟定的算法自动生成结果，算法结果不限于模型，视频流媒体以及可视化方案。二是通过编写算法程序，机械性的重复操作及大量具有逻辑的演化过程可被计算机的循环运算取代，方案调整也可通过参数的修改直接得到修改结果，这些方式可以有效的提升设计人员的工作效率。

如今随着经济高速发展，城市内平坦的地块开发已经得比较充分，人们对生活提出了更高的需求，许多地产开发将自然环境较好的旅游度假村作为主要的投资对象，所以在实际工作中，不再仅仅是简单的场地设计，而是十分复杂的竖向设计，有时一栋楼的竖向高差可能有两层的高度，这就需要考察建筑师的基本功，极大的增加设计的难度。

作为建筑师，不仅要满足适用和经济，还要考虑设计的美观性，首当其冲的就是项目的还原度，即效果图与实际建成的效果对比，地产开发的旅游度假村更是把美观放在非常主要的位置，由于场地竖向有时高达两层的高度，由于高度的限制是从主入口室外设计地面到女儿墙墙顶开始计算，所以高差较大的场地地形有时候极大的影响最终的建成效果，而且土方平衡与土方量最小是控制造价的重要手段，在方案阶段不考虑到这一点会对后期施工图带来很大程度的困扰，以及影响实际的建成效果，达不到甲方的需求，从而对设计院工作的市场带来负面影响。

二．参数化技术应用的案例

作者单位所承接的吉林北大壶滑雪度假村的设计就有难度非常高的竖向问题，能巧妙的利用坡地，结合山形地势并且在形式上与周围大片的山区相呼应是建筑师亟待解决的问题。当笔者来到设计院时，发现是通过将每一个高程点用sketch up软件升到空间中的高度，再通过沙盒工具一步一步拉伸而成，费工又费力，后期如果竖向设计发生调整还极为不好修改，为设计工作带来难题。

我们这次的设计项目在吉林北大壶，吉林北大壶滑雪度假区位于吉林市体育旅游经济开发区。距吉林市市区53公里，距长春龙嘉国际机场126公里。度假区拥有北大壶滑雪场、桥山北大壶度假酒店（5星级标准）、北大壶亚运村酒店（4星级标准）、北美时光度假公寓（在建）等。是集旅游观光、休闲度假、竞赛训练、会议服务于一体的国际级滑雪度假区。

北大壶滑雪场有着得天独厚的自然优势。山坡平缓，少陡崖峭壁，主峰海拔1408.8米，海拔高度超过1200。

从几何的角度看,在直母线连续运动形成的曲面上,任意相邻两直线彼此相交或平行,这种曲面称为单曲面,因符合形成平面的条件,故也称为可展曲面。工程上常见的有锥面、柱面等。双曲面则是不可展曲面,典型的是双曲抛物面,又称为马鞍面，地形是一种极为复杂且不规律的曲面形式，其难度不亚于一个曲面建筑的难度，所以用专业曲面建模工具设计曲面坡地不为过。传统创建地形的方式为Sketch Up的沙盒工具，需要每个点逐一的去调整地形高度，运用参数化创建地形，将高程点与高程信息输入到Grasshopper中，能极大的节省时间，下面我来介绍一下运用参数化设计软件来创建地形的方法。

首先，将地形图导入到犀牛软件中，Sellayer只选择高程点与高程信息，其他通过invert反选删除，如果高程点是CAD图块，需要SelBlockInstance并且炸开，grasshopper不识别CAD图块。然后分别用selcrv和seltext分别选择高程点与高程信息，输入到grasshopper中。

由于文字信息在grasshopper中无法提取，所以用到了human插件来提取文字，分别求出文字和高程点的点位，由于他们在CAD上离得最近表示一个完整的高程信息，所以用到closest point这个运算电池将求出代表文字和高程点的节点联系到一起，再通过List Item运算器将所有高程文字按照高程点的顺序排列出来，即得到了每个高程点高度信息，再用移动工具，将他们沿着Z轴移动到相应的高度，这样每个高程点就有了竖向高度，为下一部将它们联系成面提供了可能性。

求出高程点在竖向的位置后，将他们由点生成面，由于这个面直接由点与点之间通过三角形联系起来，略显生硬，所以用到了Weaverbird插件，加强面的细分程度，使地形的坡面变得更圆滑、效果更好，求出这个面的在Z轴方向的最低点，以一定的间距建立等高线，

在地形建立以后，因为项目周边自然环境优越，有较多绿植，手工一个一个放置植物模型也会带来比较大的工作量，所以我们同样在参数化里解决植物随机“播种”在地形中的问题，首先我们导入一个植物的模型，将它的不同材质区分开（如叶子、树干等）分别导入参数化软件，因为grasshopper软件到最后会发生材质丢失，将两种材质区分开来导入grasshopper方便在设计后期赋予材质。将两种材质的物体组成一个组，将以树的模型为基础建立一个六面体方框，将框的每个面提取出来，找到面的中心点，将Z轴方向为0的点提取出来，即为树模型的最低点，同时在地形的面上，随机插入一些点，将地形上随机的点与树的最低点连线，运用移动工具，将树移动到所在的地形上，这样，随机播种的树就成功绘制完成。

最后是通过颜色来区分地形的高度关系，这里我们设置的是由蓝色向红色渐变，即地形最低处为蓝色最高处为红色，这样更方便我们观察地形，同时也使得运算出的地形更具有美观效果，不仅仅是编程的一个计算结果。

三．总结

综上所述，grasshopper这款软件极大的提升了工作效率并且增加了设计的精准度，是设计单位急需学习的一款软件。在参数化设计系统中，设计人员根据工程关系和几何关系来指定设计要求。要满足这些设计要求，不仅需要考虑尺寸或工程参数的初值，而且要在每次改变这些设计参数时来维护这些基本关系，即将参数分为两类：其一为各种尺寸值，称为可变参数；其二为几何元素间的各种连续几何信息，称为不变参数。参数化设计的本质是在可变参数的作用下，系统能够自动维护所有的不变参数。因此，参数化模型中建立的各种约束关系，正是体现了设计人员的设计意图。

参考文献：

【1】潘望 基于建筑适应性的参数化设计方法研究[D ] 华南理工大学 2012

【2】马志良 建筑参数化设计发展及应用的趋向性研究[D ] 浙江大学 2014

【3】任振华 建筑复杂形体参数化设计初探[D ] 华南理工大学 2010

【4】瞿晓军 城市建筑综合体的可持续性设计研究[D ] 湖南大学 2012

作者简介：

王超 （1991-），男， 沈阳建筑大学建筑与规划学院，建筑学硕士研究生。