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数字时代的生成设计
俞泳

作者单位：同济大学建筑与城市规划学院（上海，200092）
Generative Design in Digital Times
——Considerations of an Exercise of Joint Teaching on Basic Architecture Design
数字时代的生成设计
—— 一次建筑设计基础联合教学及其思考
俞泳
Yu Yong
摘　要　生成设计是数字时代的一种设计方法。从一个关于形态设计训练的中德联合教学出发，结合当代建筑及艺术领域的数个实例，探讨生成设计的概念、背景及其对当前建筑设计的影响。
关键词　生成设计　语言的转译　程序　设计方法论
ABSTRACT 　Generative design is a design approach in digital times. With an exercise of form study and several examples of architecture and art work, this paper expatiates on the concept and background of generative design and its influence to contemporary architectural design.
KEY WORDS　generative design，language interpretation，program，design approach theory
中图分类号　TU201.4　　　文献标识码　B　　　文章编号　1000-3959（2008）03-0004-06

　　一　“网格渐变”
　　2003年，德国伍伯塔尔大学（University of Wuppertal）工业设计系诺伯特·托马斯（Norbert Thomas）教授给同济大学建筑设计基础教学团队带来一个名为“网格渐变”的作业。这个作业曾被带到多个国家，借以比较不同文化背景下思维方式的差异。
　　托马斯教授长期从事网格和线条的形态生成研究。例如有一份作业显示的正方形线条构图，是通过设定画面分割和线条位置的控制方式而生成（图1a）。另一份作业是同一思路下的另两个平面构成作品：画面中隐含着正方形网格，通过设定每个正方形网格中左右或上下两条色带的参数（红=1、黑=2、无=3），并选择不同的参数编码方法，产生无数结果，从中选择出最优图案（图1b）。
　　网格渐变的设计过程分两阶段：第一阶段在两张互为图底关系的网格图案中，插入10～15张过渡图案，使首尾两张图案之间形成均匀连续的渐变。要求每张过渡图案本身不得存在对称轴；第二阶段截取其中一张过渡图案的整体或局部作平立转换，制作立体构成模型。由于均匀过渡和自身非对称的要求，学生需要计算出每张过渡图案的黑白比例，再设定一套渐变规则来控制图案中每个局部变化的位置和数量。在作业的过程中，需要决定两件事情，一是变化的规则，二是结果的优选。最终，在一种近乎游戏的设计过程中，两张十分简单的网格图案，借助不同的演变规则，获得了千变万化的结果（图2）。
　　如此丰富的结果，源于这个作业所运用的设计方法——生成设计。它与传统设计方法的区别在于：不直接设计最终结果，而是通过设计一系列演变规则，生成大量可能的答案，最后从中选择最优结果。其优势在于，它找到了一条打破头脑中固有的“形式霸权”、探索未知形式、获得最优设计的道路。这个简单题目中所包含的思路，成为解读当今“非线性设计”、“动态建筑”、“观念艺术”等词汇的一把钥匙。
　　二　语言的转译
　　著名小说家余华曾经在一篇短文——《音乐影响了我的写作》中，记录了他中学时代的一段有趣的经历：“我不知道是出于什么原因（对简谱发生了兴趣），可能是我对它们一无所知。不像我翻开那些语文、数学的课本，我有能力去读懂里面正在说些什么。可是那些简谱，我根本不知道它们在干什么，我只知道我所熟悉的那些歌一旦印刷下来就是这副模样，稀奇古怪地躺在纸上，暗暗讲述着声音的故事。无知构成了神秘，然后成为了召唤，我确实被深深地吸引了，而且勾引出了我创作的欲望。我丝毫没有去学习这些简谱的想法，直接就是利用它们的形状开始了我的音乐写作，这肯定是我一生里唯一的一次音乐写作。我记得我曾经将鲁迅的《狂人日记》谱写成音乐，我的做法是先将鲁迅的作品抄写在一本新的作业簿上，然后将简谱里的各种音符胡乱写在上面，我差不多写下了这个世界上最长的一首歌，而且是一首无人能够演奏，也无人有幸聆听的歌。这项工程消耗了我几天的热情，接下去我又将语文课本里其他的一些内容也打发进了音乐的简谱，我在那个时期的巅峰之作是将数学方程式和化学反应也都谱写成了歌曲。然后，那本作业簿写满了，我也写累了。这时候我对音乐的简谱仍然是一无所知，虽然我已经暗暗拥有了整整一本作业簿的音乐作品，而且为此自豪，可是我对着音乐的方向没有跨出半步，我不知道自己胡乱写上去的乐谱会出现什么样的声音，只是觉得看上去很像是一首歌，我就完全心满意足了。”
　　另一个有趣的例子是艺术家徐冰创作的“方块英文书法”。徐冰，这个曾经在北京图书馆善本书库消磨了4年时光研究文字构成方法并因其大型装置《天书》而闻名的艺术家，旅居美国四年后，延续《天书》中造字的方法，于1994年再次创作了著名的“方块英文书法”。早年《天书》出现在西方艺术世界时，正值西方语言学和解构学兴起，徐冰的“天书”被视为从新的角度对语言学进行的探讨。为此，徐冰还被专门安排与语言学大师德里达开了个研讨会。“方块英文书法”与“天书”是同父异母的兄弟，都徒有中国文字的外壳，但它是一种真正的文字，可以识别，可以学习。作品在纽约现代博物馆展出时，徐冰甚至开设了“英文书法教室”，有课本，有字帖，有人用他的新文字给他写信，也有中学向他订购书法课本……对懂得英文的人们来说，方块英文的阅读、书写都极具游戏性。“新英文书法”将博物馆变为教室，使西方观众不必学习中文便可学习书法，传统的高级文人艺术变为普及文化的实用工具。徐冰于2001年用“新英文书法”为“美术同盟”题写了网名：“ART UNION”（图3）。
　　在2005年日本爱知世博会中，大部分展览关注的重点已经由实物转向“影像”，标新立异的影像表现手段把原本静态的展览变成了一场互动娱乐。捷克馆展示了一系列观众互动生成图案的装置。其中一架经过改造的钢琴能够将观众弹奏的过程转换为水池波纹的变化，并将波纹图案投射到巨大的天花板上（图4）。不同的旋律，不同的演奏者，获得的图案千差万别，实现了行为、音乐向图形的转译。
　　在建筑领域，建筑师伯纳德·屈米（Bernard Tschumi）较早便开始关注“事件”向“空间”转译的可能性。《演员鲍里斯卡尔洛夫的家》（1978）是屈米“仪式（Ritual）”系列的第一个作品，这个系列探讨的是把“行为运动”转化为“空间”的可能性。在与导演埃里克洛梅尔（Eric Rohmer）和演员鲍里斯卡尔洛夫（Boris Karloff）的一次夜谈中，屈米尝试了一种将电影场景中人的行为直接转化为建筑空间的创作手法。屈米选择了三个场景进行转换：①舞蹈：将演员A的脚步动作的范围记录下来，沿着这个轨迹立起墙体，墙体所围合出来的空间即建筑师所设计的第一个空间。②追逐：电影记录了A和B两个人的追逐情景，根据演员的跑步路线设计出一个带有侧门的狭长空间。③搏斗：A、B、C三人之间的搏斗。建筑师记录下三人由分开、挥拳到紧抱在一起的过程，以之为基础形成一个由弧线（抡拳方向）和直线（人的冲击方向）交错在一起的复杂空间。这样就形成了三个性格迥异的空间，彼此加以连接，便形成最终的作品（图5）。尽管这个作品不是一个实际项目，所有设计只停留在纸上，但其思维方式是地道的生成设计。
　　1992年落成的柏林犹太人博物馆，其立面窗体的设计，通过一些看似杂乱无章的线形拼合，传递出与大屠杀有关的动荡不安的气氛。丹尼尔·里布斯金（Daniel Libeskind）的做法是：从波恩取得两厚本“纪念录”，其实是两本犹太死亡者的名单，上面密密麻麻地记录着死亡者的姓名、生日、送往集中营的日期以及可能的死地。他选出死亡者的名字和死地，将他们进行连接，编制出一种图形肌理，再将这些肌理图形复制到建筑的立面上去（图6）。在这里，“事件”通过设定的规则转译为建筑形态。
　　与以往那些只可意会不可言传的创作方法不同，生成设计的转译方法强调的是“直译”而非“意译”。广义来说，语言作为一种交流工具，必定有其构成逻辑。转译，则是同一构成逻辑在不同语言形式——文字与文字、文学与音乐、行为与空间等等——之间进行转化。“转译生成”寻找的是一套简单直接的编码方法，它打通了艺术与科学、建筑与非建筑之间的专业壁垒，苦思冥想的设计变成了轻松愉快的游戏。
　　三　打破形式的“霸权”
　　生成设计提供了一条通往未知形态的道路。它有别于传统设计方法的最大优势是，能够打破头脑中固有“形式霸权”而获得超越想象的结果。
　　2002年，位于伦敦海德公园的蛇形画廊邀请伊东丰雄（Toyo Ito）设计一座临时展厅。该画廊受英国政府的资助，每年委托一个实验性建筑项目，旨在展示那些尚未在英国建造一个完整建筑作品的当代国际知名建筑师。这类建筑主要关注于设计的构思以及材料和建造技术的水准，其作为“建造实验”的意义远远大于其作为展厅的实际功能，建成3个月之后即加以拆除。可以说是对当前建筑专业技术水准的检阅。伊东丰雄设计的展馆是一个17.5 m见方的方盒子，盒子的6面均由交错的白色钢板焊结成结构构架，嵌以单独切割的玻璃以及白色铝板。立面、顶面、地面的线条完全连续。仔细分析这个看似杂乱的网格状构图，可以找到一系列中心相同、不断旋转和放大的正方形，它们旋转的角度和放大的倍率实际上非常严谨地生成于一个数学公式——“互除法”（图7）。起初，伊东丰雄只是在纸上画了一些随意的线条，但该项目的结构师——ARUP公司副总裁贝尔蒙德（Cecil Balmond）却建议采用数学的方法来生成构图：“随机画线的方法并不能导致新空间的产生，相反却容易陷入常规的空间中去……人类对于随机形式的思考总是很有限的，而通过‘算法’的理论，却可能产生出人们意想不到的结果”[1]。
　　四　生成设计的开放性
　　生成设计的另一优势在于转译规则的开放性，设计过程中允许各种事件、人员甚至设计工具参与进来，获得与以往不同的设计结果。
　　2003年落成的澳大利亚联邦广场，以其富于变化而统一的设计，将一组功能各异的公共建筑整合成墨尔本的城市新中心（图8）。英国建筑实验室（Lab Architecture Studio）的建筑师彼得·戴维森（Peter Davidson）借用“分形几何”的数学方法来构建这个庞大而复杂的建筑群体：“整个联邦广场看起来很复杂的外立面都是由一种尺寸固定的小三角形，5个一组构成比例相同的大三角形，然后这些大三角形再五个一组构成比例更大的三角形，如此反复，就可以得到想要的东西。这有些像我们所熟悉的‘一生二、二生三，三生万物’的道理一样。自然界是充满多样性的，我们所处的环境又瞬息万变。在这样的环境中，建筑应该与之协调，具有更多的可能性。”[2]当立面的基本网格确定以后，联邦广场的设计者们组织墨尔本当地儿童进行了一次填色游戏，从中挑选最佳方案使用到建筑立面上。这是一个生成设计如何融合“公众参与”事件来影响设计结果的例子，同时也说明了开放性设计的社会价值。由于创作过程变成了可分步进行的程序，各种事件或人员参与到设计中来就成为一种可以控制的过程，这种记录社会性事件的功能，使建筑的社会价值在建筑落成之前就开始得以显现。
　　如果说澳大利亚联邦广场说明了开放性设计在方案形成阶段的作用，那么多米尼克·佩罗（Dominique Perrault）设计的巴黎国家图书馆则说明了生成设计的开放性在建筑使用阶段的表现。佩罗在整个主体建筑的外侧包裹了一层可垂直转动的大型木质百叶，打开时可以使直射光线转为漫射光线进入阅览室的室内。尽管设计完成时建筑立面是完全单一而均质的，但是一旦建筑开始使用，那些打开程度不同的百叶就使建筑立面呈现出变化不定的效果，而从这种立面效果一眼就可以看出各个阅览室的使用频率。可以说，这种不断变化的立面正是由建筑内部的使用情况转译生成。这样的设计在建造完成之时仍然处于一种未完成状态，而真正的完成则贯穿了建筑存在的整个漫长的生命周期。同样的例子我们也可以在索布鲁赫·胡顿（Sauerbruch Hutton）设计的柏林GSW总部办公楼的彩色卷帘中看到。在这类设计中，使用者的行为被直观转译为建筑的形态。
　　总之，生成设计构建的开放性程序，增强了设计的参与性，使建筑的存在成为一种能够随时对社会的变化做出响应的动态过程。
　　五　数字时代
　　在今天，生成设计已经越来越多地被运用于建筑设计的过程之中，由于它的开放性和包容力，能够将千变万化的设计目标融合到建筑之中，因此，这类建筑往往也像自然界一样显示出复杂多变的形态。如果不是因为身处数字时代，这类复杂建筑的形态将意味着巨大的成本和技术难度。除了手工时代，人们似乎从来没有像今天一样乐于并且能够设计和建造如此复杂的建筑。
　　“首先是因为科学的进步，我们现在有条件考虑怎样用工业化的技术，通过建筑的形式来表现自然的丰富性。”[3]——Lab建筑工作室的彼得·戴维森所提到的科学的进步和工业化技术的核心就是“数字技术”。
　　自20世纪90年代以来，建筑设计和研究上广泛出现了一种追求动态性空间和形式的运动。它挑战我们现有的静态、惰性和自闭的建筑观念。上个世纪最后10年，建筑师在探索当代建筑的发展上相当活跃。当一些先锋派建筑师，如库哈斯（Rem Koolhaas）、威尼·马思（Winy Mass）和斯蒂芬诺·波埃利（Stefano Boeri）将注意力“大部分集中在空间的社会学因素和晚期资本主义之间的相互关系的时候”，另外一批人，如彼得·艾森曼（Peter Eisenman）、格雷戈·林（Greg Lynn）和 FOA则醉心于在计算机技术主导的设计过程中实验非线性和动态的建筑空间与形式。当代建筑师已经不再认为建筑是一个纯粹的、自治的、仅仅为人类提供栖息的物体，相反，它变成了一个“活生生的有机结构”，来促进交流、提倡互动和激发创造[4]。
　　数字时代的技术特点——数字技术的介入导致非标准的大规模生产成为现实，已经改变了建筑的分析、设计到建造的方式。
　　澳大利亚联邦广场的另一位建筑师唐纳德·贝茨（Donald L. Bates）这样解释他们的工作过程：“我们相信数码工具的一个重要优势就是这些技术固有的‘可视性’……在我们对现代计算机图形技术的起源发生兴趣之前，在 Lab建筑工作室的早期工作中，我们已经有意识地利用了一些非CAD软件来突破建筑设计。通常的工作流程也许是这样的：用Adobe illustrator游戏式地形成一些重叠线条和肌理块面，再用Photoshop滤镜使之模糊，然后在Quark Press或PageMaker中加以重组。根据这些生成的图表和肌理块面，我们接下来可能会徒手绘制一些更为精确的或提炼过的特定图形效果，并且对结构、构造和材料的可能性作比较详细的探讨。然后，将草图导入Form-Z、Microstation（包括现在出现的Rhino，Maya或其他软件）使之具备更准确的尺寸或更好的可变性。只有在进行了上述程序之后，建筑的平面、剖面、立面或整体才开始浮现出来。”[5]另外，像Catia这类原本用于飞机设计的软件，也已经进入建筑设计事务所，用于轻松产生自由形态。
　　在“网格渐变”练习中，一些作品借助了Photoshop、illustrator等软件的滤镜工具，不仅使变化更容易实现，而且变化的梯度可以精确控制。借助计算机强大的运算能力，在更短的时间内产生更多的结果以供选择。今天的电脑已经远不只是绘图工具，而是一种能够带来新设计思路的数字技术，可以轻松实现非标准的设计和生产。因此，与数字技术相对应的自由建筑形态，成为这个时代最具特征的记忆。扭曲、错位、折叠、不等距、非线性、连续界面、不规则晶体等均成为数字时代的高频词汇。
　　六　数字时代的设计教学
　　数字时代的设计世界从手段到内涵都比以往更为宽泛，让我们回到开头的那个网格渐变作业，看看这个数字时代的“微缩模型”对数字时代的建筑设计基础教学有什么启发。
　　1　知识与方法
　　生成设计的价值在于设计方法的创新。在“网格渐变”作业中，教师提供的是方法而不是知识本身。正如2007年瑞士三所建筑院校巡回展中来自苏黎世高工（ETH）的迪尔克·黑贝尔（Dirk Hebel）和约尔格·施拖尔曼（Jorg Stollmann）在谈到一项基础教学课题时所言：“我们把设计工作理解为研究工作，因此，我们放弃了传统的师生关系。在传统的师生关系中，授课者知道什么是建筑设计，什么不是建筑设计，并将这种预先准备好的知识传授给学习者。我们摈弃了这种传统的师生关系，与学生们一道探索社会和文化上的变迁如何能够带来新的居住空间模式。”[6]
　　2　限制与创造
　　生成设计能够很好地应对复杂的条件。“网格渐变”没有采取自由创作的方式，而是在限定条件下的创作。它体现了建筑设计与纯艺术的区别，即建筑设计不是纯粹的自我表达，而是在基地、功能、行为、材料、文脉等限定条件下寻求最大可能性的过程。这种差别导致建筑设计专业基础训练中的艺术训练与美术专业的艺术训练的差异。
　　3　建筑与非建筑
　　生成设计需要“消耗”大量的“非专业知识”。“网格渐变”的设计思维暗示了建筑与非建筑学科之间的密切关系。建筑师的开创性成果除了来自于本领域的经验，也得益于非建筑领域的深刻影响。里布斯金在建筑之外，极为爱好数学知识，也是精通音乐理论的钢琴家和大学的音乐研究员；库哈斯，24岁以前曾是电影编剧及阿姆斯特丹“Haagse Post”记者；赫尔佐格（Jacques Herzog）的母亲是一个裁缝，身边总是围绕着纺织品原料，“这种‘人造表皮’已经变成人体密不可分的一部分，我们对它们所呈现的样子很感兴趣”[7]。即使是设计上一贯中规中矩的安藤忠雄，也常常提到他20多岁时与一群艺术家交往的深刻记忆。艾伯斯（Josef Albers）的绘画《向方形致敬》、皮兰内西（Peranesi）的绘画《黑暗的监狱》，以及艾舍尔（Escher）的矛盾空间绘画都曾影响了他对空间的理解。尽管像达·芬奇那样的全才现在由于专业的分工已很难再见，但是，跨专业的知识背景在专业创作中仍然有着显著的作用。因此，艺术等相关领域的教育也是建筑设计基础教学中不可或缺的一部分。
　　未来也许不会像安迪·沃霍尔（Andy Warhol）所做的那样完全取消艺术创作中的手工操作因素，但至少我们可以借用当年安亭新镇的一句广告词，来总结“生成设计”的合理内核——“理性大于想象！”□

　　图片来源：图3引自《徐冰先生用他著名的“新英文书法”为美术同盟题写网名》，美术同盟网站http：//；图5引自Bernard Tschumi，Event-cities2，2001；图6引自GA Document [43] ；图7a、7c引自Toyo Ito：Serpentine Gallery Pavilion 2002，GA Document [71] ；图7b引自Serpentine Gallery Pavilion 2002：Toyo Ito with ARUP，GA Document [70] ；图8引自Lab Architecture Studio in Association with Bates Smart：Federation Square，A+U 2005 [1]。

参考文献
[1] [作者不详]. 对谈：塞希尔贝尔蒙德与伊东丰雄/关于流动的空间. A+U（中文版），2005（1）：44-53.
[2] 戴维森 P. 以“上帝”的图形表现建筑. http：//www.L
[3] 蔡卓飞. 出位的理念前卫的设计. 中国之翼，2006（1）：131-135.
[4] 施国平. 动态建筑——多元时代的一种新型设计方向. 时代建筑，2005（6）：126-131.
[5] Donald. Surface strategies. Architectural Review，2004 （10） ：106-110.
[6] Faculty of Architecture of ETH Zurich. Inventioneering Architecture Exhibition Catalogue. Zurich：Gta Verlag，2007.
[7] Kipnis J. A Conversation with Jacques Herzog. EL Croquis，2000 （60+84） ：27-37.

收稿日期　2007-12-02