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形式·空間·算法：一年級形態(tài)構(gòu)成課程教學(xué)實驗

2024.01-25

2023年秋季學(xué)期后8周的構(gòu)成設(shè)計課程，是一年級本科生第一個以個人設(shè)計訓(xùn)練為目的的設(shè)計課程。本教學(xué)實驗首次引入了參數(shù)化設(shè)計方法，以引導(dǎo)學(xué)生更好地理解由實體元素和虛體空間所構(gòu)成的形式背后所存在著的明確、清晰的邏輯關(guān)系，輔導(dǎo)學(xué)生以設(shè)計概念、邏輯為底層核心去發(fā)展自己的構(gòu)成設(shè)計。參數(shù)化教學(xué)實驗小組（后文簡稱參數(shù)化小組）包含8名一年級建筑學(xué)本科同學(xué)，由韓孟臻、冬木千枝兩位教師，楊有有、芶靜怡兩位助教指導(dǎo)教學(xué)。

1教學(xué)目標(biāo)及課程結(jié)構(gòu)

經(jīng)多年教學(xué)實踐，清華大學(xué)建筑系的形態(tài)構(gòu)成教學(xué)已形成鮮明的教學(xué)目標(biāo)與方法，即：通過設(shè)計輔導(dǎo)，讓學(xué)生掌握對抽象實體要素與虛體空間的形式操作方法，并理解有意味的形式背后蘊含著明晰的秩序法則。實驗教學(xué)遵循同樣的教學(xué)目標(biāo)，絕非以最終炫酷的曲面形式為目的，而是希望通過grasshopper的程序化方式，更加透徹地提煉形式、空間背后的秩序法則（在此亦即算法邏輯）。

基于上述思考，參數(shù)化小組衍生出以下兩個特色目標(biāo)：

① 算法思維，是希望學(xué)生通過自定義的算法，強調(diào)學(xué)生對于控制著最終形態(tài)的設(shè)計邏輯的建立與闡釋。將原本頭腦中的設(shè)計邏輯，以程序的方式梳理表達。

② 跨學(xué)科性，則體現(xiàn)在設(shè)計過程中所涉及到的，來自不同系統(tǒng)的知識，如幾何學(xué)、仿生學(xué)等。借此理解美的形式的來源，及其背后的控制規(guī)則。

教學(xué)共分為三個教學(xué)階段：首先是軟件入門與基礎(chǔ)參數(shù)化技能培養(yǎng)；其次是相關(guān)的理論知識講解與實際案例的應(yīng)用練習(xí)；最終是設(shè)計階段，學(xué)生通過探索不同系統(tǒng)的組合，創(chuàng)造出新穎的實體要素和虛體空間形態(tài)。

2 各階段教學(xué)內(nèi)容

2.1 技能培養(yǎng)——參數(shù)化設(shè)計工具訓(xùn)練

本階段教學(xué)重點是參數(shù)化設(shè)計技能的培養(yǎng)。同學(xué)們通過課前預(yù)講解、課堂輔導(dǎo)及課后練習(xí)，熟悉并掌握Rhino和Grasshopper建模的基本操作。其中的重點是幫助學(xué)生理解 Grasshopper參數(shù)化建模的基本原理，為后續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

Rhinoceros模型作業(yè)

Grasshopper算法模型作業(yè)

2.2 理論與應(yīng)用——“系統(tǒng)”工具的引入

本階段教學(xué)聚焦于“系統(tǒng)”（system）這一設(shè)計工具。同學(xué)們學(xué)習(xí)如何以Grasshopper為媒介，將來自不同學(xué)科的各種系統(tǒng)運用在概念構(gòu)思與設(shè)計深化中。課程共帶領(lǐng)同學(xué)們探索了三個系統(tǒng)：場（field）、聚合（aggregation）和泰森多邊形（Voronoi）。教學(xué)方式均由教師講解引入，隨后通過若干小案例建模練習(xí)加以鞏固，最后讓學(xué)生自由運用所學(xué)系統(tǒng)完成一個設(shè)計小作業(yè)。該階段學(xué)習(xí)也有利于學(xué)生理解系統(tǒng)是如何影響實際建筑形式設(shè)計的。

學(xué)習(xí)“系統(tǒng)”的模型作業(yè)

2.3 方案設(shè)計——形態(tài)構(gòu)成設(shè)計

作為課程的核心階段，同學(xué)們將所學(xué)系統(tǒng)應(yīng)用到各自的設(shè)計之中，探索實體要素和虛體空間的構(gòu)成關(guān)系。學(xué)生首先須清晰地定義其設(shè)計目標(biāo)，隨后尋找合適的算法邏輯，將目標(biāo)充分表達，形成最終設(shè)計方案。

設(shè)計過程并非是線性的；而是在教師與助教的指導(dǎo)下，通過討論設(shè)計概念、構(gòu)思原型、檢驗算法可行性、評估結(jié)果、優(yōu)化調(diào)整等一系列步驟達成設(shè)計目標(biāo)，最終形成兼具算法與形式美感的設(shè)計作品。在這一反復(fù)迭代的動態(tài)設(shè)計教學(xué)過程中，培養(yǎng)訓(xùn)練了學(xué)生將設(shè)計意圖、操作手法和設(shè)計結(jié)果等要素關(guān)聯(lián)起來的能力。

3 課程設(shè)計成果

3.1 打破邊界

BREAKING BOUNDARIES

作者：金思源

本構(gòu)成作品的設(shè)計概念是“打破邊界”。作者意圖塑造一個貫通邊界的、聯(lián)通的空間，從立方體中破繭而出，以表現(xiàn)”打破“所具有的力量感。在具體形式操作上，作者針對基礎(chǔ)三維方格網(wǎng)的頂點進行了基于力場系統(tǒng)的操作，利用泰森多面體創(chuàng)造出一個聯(lián)通的變異形態(tài)空間，進而通過材質(zhì)對比（半透明的基礎(chǔ)網(wǎng)格vs金屬反射的泰森多面體表面），強化虛實與形態(tài)的差異性，表現(xiàn)空間對于基本網(wǎng)格邊界的突破。

3.2 扭曲與拓撲學(xué)

TWISTING & TOPOLOGY

作者：劉璇

作者對于扭曲、旋轉(zhuǎn)、有動感的內(nèi)部空間感興趣。Twisting描述了空間的特質(zhì)，Topology則意味著對空間關(guān)系的關(guān)注。作者首先通過單元聚合，將由立方體變形而成的基本單元旋轉(zhuǎn)、組合，圍合出不斷變化方向的空間。之后再利用算法“化方成圓”，將原先由矩形拼接而成的外表面變換為連續(xù)曲面，以獲得內(nèi)部空間的扭曲感和流動感。最終作品在要素與空間兩個方面都呈現(xiàn)出蜿蜒、流動的形式。

3.3 連貫與整體

CONTINUITY & WHOLENESS

作者：林子琪

作者意圖使用連續(xù)曲面創(chuàng)造兼具連貫性與整體性的空間。連貫性（Continuity）描述了空間的形態(tài)關(guān)系；整體性（Wholeness）則描述了空間內(nèi)部的體驗感。在具體操作上，作者通過Rhino建模的方式先創(chuàng)造出平面，再利用同一平面擠出不同部分形成層與層之間的空間穿插，之后使用SubD塑造出最終的連續(xù)的曲面實體，同時該曲面也圍合、包裹出具有流動性的、相互穿插的空間形態(tài)。

3.4 律動穿插

RHYTHMS OF INTERSECTING,

作者：高郭點

本構(gòu)成設(shè)計希望表現(xiàn)“音樂的律動”。設(shè)計出發(fā)于三維曲線上所分布的7個點，根據(jù)它們距離中心點的距離遠近，定義生成7個大小、高度、角度各異的長方體，穿插組合在一起。在去除長方體相互疊合部分，形成內(nèi)部連續(xù)的空間之后；進一步基于流線與視線的連續(xù)性，對整體進行了切割與賦材，達成了最終表現(xiàn)律動、穿插的設(shè)計作品。

3.5 內(nèi)外貫通

IN & OUT,

作者：賀磊

作者意圖通過塑造一個內(nèi)外貫通的空間，讓原本被體量表皮隔絕的內(nèi)外空間建立聯(lián)系。在形式操作上，作者利用泰森多面體與布爾運算在立方體的表面上創(chuàng)造出一個個如同風(fēng)化形成的凹陷與坑洞。體量表面因而從有厚度的平面，轉(zhuǎn)變?yōu)榫邆淞诉M深的空間。內(nèi)部空間中具有流動感的結(jié)構(gòu)，進一步強化出內(nèi)外空間的聯(lián)通關(guān)系。

3.6 跨層連接

CROSS-LAYER LINKAGE

作者：崔佳瀅

本構(gòu)成作品的設(shè)計概念是“跨層連接”。作者意圖塑造實體與空間兩個層面的連續(xù)，具有“層”的限定但超越“層”的桎梏，表達自由與動感。作者采用了帶有拱圈形態(tài)的基本單元，以重復(fù)的手法組合構(gòu)造出在豎直維度的連續(xù)性。進而，通過不同尺度大小的基本單元組合，形成密度變化的層次，借助疏密、虛實的對比，強調(diào)跨層連接的空間。

3.7 流動曲面

FLOWING SURFACE

作者：李秀成

設(shè)計者想要用流動曲面來構(gòu)造空間，創(chuàng)造具有連續(xù)性的動態(tài)之美。設(shè)計靈感來源于少女翩翩起舞的長裙，靈動而有活力。作者先構(gòu)造六邊形基底，向上用nurbs曲線形成框架，sweept形成裙面。每個裙擺之間并非簡單復(fù)制，而是彼此通過光滑的曲面相連，構(gòu)成一個有機的整體。裙擺上部的微微扭轉(zhuǎn)，仿佛是少女扭動的腰部，綻放活力。

3.8 小徑分岔

PATH BIFURCATION

作者：王江東

設(shè)計名稱源于博爾赫斯的小說，“小徑分岔”意味著一種對空間的選擇。作為基礎(chǔ)，實體體塊之間的間隙形成了諸多分岔的巷道形空間；進而通過人為切削，塑造更具三維體驗感的半開放管道型空間；最后以鏤空網(wǎng)格表皮標(biāo)識人為切削而出的空間，與原本的縫隙空間加以區(qū)分，形成主次關(guān)系。

經(jīng)過8周高強度的教學(xué)與練習(xí)，我們欣喜地發(fā)現(xiàn)，除了軟件技術(shù)，同學(xué)們均在一定程度上理解了運算思維和參數(shù)化方法在設(shè)計中的應(yīng)用，理解了形式生成背后所須的秩序法則，這都將成為同學(xué)們未來設(shè)計思維發(fā)展的種子。除了感謝冬木千枝老師，楊有有、芶靜怡助教的辛勤付出，還須感謝8位同學(xué)的熱情投入和程曉喜副院長的大力支持。

供稿：冬木千枝、韓孟臻、楊有有、芶靜怡

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