原来建筑设计还可以这么智能?

2019年4月16日 1,660

和以往一样,分享一段真实的技术探索心得,与君共勉:


上周,C+Z Studio迎来了一次大胆的尝试 — 建筑设计投标工作流全参测试:

Grasshopper(GH)智能化平面设计

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 自动三维建模 

成果图纸自动导出排版

这原本在几年前还是一个梦,这周我们的设计团队在考虑把它化为现实。

注意:接下来这些是实战项目,欲知详情,我们要从方案的理念说起:

1、构思篇:

大家还记得C#上线时的这场雨吧?其实它也是我们这次方案的设计理念。

因为这次遇到的设计任务:场地之大,建筑单体之多,功能要求之复杂,项目时间之短已经不再是人类可以完成的了……但仍是人类的建筑师们必须要想办法完成……怎么办?不想抄袭,不想调库,我们花了整整一天的时间去想办法,最终做了个大胆的决定:全参出图!而且要做一系列大大小小的“环”。

为什么在项目时间根本完不成的前提下,还要选择更难表达的环形建筑形式?

请大家注意,接下来要讲干货了:

1.1、环形建筑的空间布局只有一个主要维度,更容易实现智能化平面设计。

环形平面在传统设计思维体系中并不陌生,但因为其曲线的制图会比较麻烦,所以大家很少会在日常项目里用到。但在计算机逻辑的思维里,其实环形空间有一个非常大的优势,就是再复杂的功能布局,都可以通过变量自由的组织在一条环形序列上。用Grasshopper的话说,我们只需要控制一条曲线上的t值序列变化,就可以得到完全不同的平面功能。在这里我们做了一个大胆的假设:所有这几十栋建筑的功能平面,我们能否总结出一套环形逻辑,只用一个参数模型描述所有建筑?

1.2、母线为闭合的圆周循环曲线,有效减少开发过程中会遇到的BUG

这点用多了GH的老手应该有体会,模型主结构的母线越少,区间函数越完整,就越容易实现总体控制,尤其是还可以收尾闭合、无缝对接的时候。Circle具备了以上所有的条件,是最理想的母线。

1.3、环形体量只有内外两层表皮,可以轻松嫁接所有肌理算法。

NCFZ积累了这么多唱片逻辑,很多都是可以用于项目局部的,包括表皮,圆柱面是理想的平面算法与立面算法对接的桥梁。在时间紧任务重的前提下,自然也是不二的首选。

综上,这次开发我们选择了环形布局,但除了环形以外,直线形和折线形的单廊或双廊式建筑逻辑上都十分类似,大家看懂一个,其他的应该就能体会它的生成过程了……

插曲:环形空间的布局框架

2、实践篇:

接下来我们继续今天的主题:环形建筑智能化平面布局的开发思路

2.1、外环布局思路:相似大房间的模数化计量

既然我们要做平面设计,那前提必须是满足功能要求的,面积和分区都是最基础的前提。让我们先从外环(即中央廊道以外的建筑空间)开始聊起。和大多数的方形平面相同,建筑中很多的房间都是由标准柱跨和上下对位的逻辑约束形成的标准单元,所以外环空间我们选择用等分算法来优先批量解决面积较大的模数空间。

这部分工作在确定了任务书之后,甚至可以快速地做到自动计算,其GH工作流是:

Excel数据拾取

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标准层平面面积判断

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绘制外圆和内圆边缘

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相似大房间面积及数量判断

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确定外环房间数量

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计算外环房间宽距、等分形式

–>

得到外环布局图

这套算法下来,我们至少可以得到一个面积没有问题,主要房间数量满足要求的外环布局平面图

2.2、垂直交通思路:依据环形通道的防火疏散规范推算

因为只有一条主要走廊,我们很简单的可以通过规范要求计算得出需要几部疏散梯,这种思路也比较符合国情的需求,所以只要根据长度求出必要的楼梯数量就好,这些垂直交通布局于内环,可以将内环空间分割成若干功能组团,不要小看这些组团,接下来的设计重点就是它们了。

2.3、内环布局思路:灵活自由小空间划分,满足多样的功能需求

之前大家一定会觉得智能化平面是一件不可思议的事情,那主要原因是因为我们没有把平面设计的标准逻辑和个性逻辑拆分出来看。其实我们的日常设计之中,有相当一部分的工作都是流程化设计,类似刚刚提到的前两步,而现在说的第三步就是如何来解决建筑功能的个性化差异问题。

被楼梯划开的小空间可以通过角度变量实现自由切割,其切割角度可以根据外环房间的等分角度做一些参照优化,在满足小空间面积需求的同时保证柱子网格的理想模数。所以理想的GH工作流是:

Excel数据拾取

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调整内环跨距微调建筑面积

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统计未布置房间的数量及面积

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初步划分内环房间

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优化柱跨角度得到最终内环房间。

2.4、创建门窗思路:统一创建、优化筛选

当大家具备一定GH基础之后,会发现统一为房间创建门窗并不复杂,麻烦的其实是优化筛选工作,要根据房间的面积大小和功能的特殊性来确定单开、双开、单门、双门。虽然这些判断逻辑说起来都很简单,但要想在一栋建筑中用数据流分类提取这些房间,判断开门墙和分户墙,需要一定的树形数据操作能力。仅仅是对Grasshopper基础体系一知半解的话,还是很难完成的。

2.5、家具布置思路:家具布局分组成库,根据面积判断自行布置

常规的方形房间,家具的布置方式很自由,两个维度,旋转、镜像可能性比较多,但扇形房间其实在这方面显现出了明确的向心性。所以我们可以更简单地确定家具的摆布方向,接下来只要根据房间的属性和大小从家具布置库里面往房间里匹配合适的家具组合即可。

综上,我们用算法得到了深度可观的平面设计图纸,通过参数变量的调节,直接算出了近百张建筑平面图纸……当然,到这里,真正的设计工作还没有结束。


插曲:平面到全参模型的瞬间

3、完善篇:

为什么要尝试智能化的平面设计工作?我给出的原因是因为“快”。

千万别说“这类技术会取代人类设计师”,技术是一种力量,它本身没有初衷,决定其应用方向的其实是我们。而我想说,设计师人肉制图的时代很快要过去,接下来我们会迎来一个设计师比拼脑力的时代。创作的流程和方法都将会升级。算法的“快”也将是未来设计竞争市场的必要条件。设计事务所的成长主线将会由原来的工程经验积累,逐步转化成工作流及打包技术块的积累。

当计算机把一套初步的方案平面图纸完成之后,主要的流程化制图工作已经准确无误的完成。我们并不想把方案的决定权直接交给计算机逻辑算法,所以真正的设计优化工作可以开始了,算法制图节约了大量时间,留给我们去做更有价值的思考。当然,算法的开发本身其实也是一套设计思维经验的总结过程,我们可以把一些好的思路封装在GH电池了,以备未来不时之用:)

插曲:全程Rhino,对CAD说BYEBYE

4、出图篇:

GH平面都有了,全参模型还会远吗?前文提到了大部分NCFZ的唱片算法都可以直接套用到圆柱形曲面上,做一个方案参考意向,这次我们仅选择一种最简单的立面样式为例。GH全参,烘培到Rhino里一键输出图纸,其完整工作流是:

GH分层bake于Rhino

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Rhino一键导出Ai

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Ai依据图层自动修改线型

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Ai联动导入ID

–>

ID自动排版

Adobe ExtendScript ToolKit 这款强大的命令编辑器可以把所有图元的制作过程写成脚本一键运行。我们一边在Rhino里画,文本一边在自动生成。其实自动排版的事情早不是新鲜事了,我们最常见的一些照片拼贴的算法,Office也很早推出了自动版式的功能,但当我们了解了Adobe ESTK之后才意识到:我们可以通过指令代码自由的编写心怡的理想版面。一旦工作的方式和思路不同了,有些基础却有价值的工作就可以一劳永逸了。

插曲:Rhino to PDF 一波出图

如果有些工作一年要做100回,我愿付出10倍努力去做一个算法,接下来工作让它去执行。这样,剩下的90回重复工作,不用加班、不用上火、不用感慨人生、不用埋怨命运。可以静下来思考你想要的,要么在技术的领域里越走越宽,要么在设计的世界里越玩越广。

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