初探参数化设计在复杂形体建筑工程中的应用

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步入21世纪后,随着计算机处理能力的大幅度提升,建筑领域中对数字技术的运用得到了飞速发展,从策划到设计到施工再到运营维护,各个阶段都有数字化技术的影响。参数化设计带着鲜明的数字烙印逐渐被设计者和生产者接受,正在成为应对复杂形体建筑项目的主要设计方式。复杂形体建筑的产生基于复杂科学理论,由于其形体具有非线性变化特征、造型不规则、突破了传统欧式几何学的基本形式,导致传统设计方法无法满足复杂建筑形体的设计和生产需求,参数化设计能将各类复杂条件转译为参数,通过预定规则控制参数化模型,正是应对复杂形体建筑设计的良好对策。国内的参数化设计理论推广和技术普及工作已初见成效,因此有必要通过设计实际项目来检验理论成果,从中总结和归纳出有价值的使用经验,为更广泛科学的使用参数化技术打好基础。论文以作者设计的一个具有复杂形体特征的实施项目为依托,首先选取国内外建成的复杂形体建筑案例,整理归纳出这些案例中成功使用参数化设计方法的经验,作为实施项目的理论准备。接下来着重介绍了在该项目的不同设计阶段中,运用参数化工具设计复杂形体建筑的过程,通过实践过程,对参数化设计方法和复杂形体建筑之间的适应性进行了探讨和分析,总结参数化设计在实际工程中应用的问题和优缺点。基于行业内参数化设计的应用现状,论文分析了国内建筑设计行业中对参数化设计理解的一些误区和普及参数化设计困难的原因,并对建筑设计从业人员及社会大众进行参数化设计成果的接受度调查分析,发现推广应用中存在的问题。论文的结尾,作者基于实践参数化设计的应用经验,呼吁理性的看待参数化设计,科学合理的用好这个有利的技术手段,以期待更广泛层面的应用与诉求。
摘要第3-4页
Abstract第4-5页
第1章 绪论第10-15页
    1.1 问题的提出第10页
    1.2 论文选题的背景和意义第10-11页
    1.3 研究对象和研究范围的确立第11-13页
        1.3.1 参数化设计在复杂形体建筑设计中的优势第11-12页
        1.3.2 复杂形体建筑对参数化设计应用的推动第12-13页
    1.4 论文的研究方法第13-14页
        1.4.1 研究重点第13页
        1.4.2 研究难点第13页
        1.4.3 研究方法第13-14页
    1.5 论文主要内容和章节安排第14-15页
第2章 参数化设计平台使用现状及设计策略第15-24页
    2.1 参数化设计软件第15-16页
    2.2 参数化设计平台的使用现状第16页
    2.3 脚本技术及其优势第16-18页
    2.4 建筑信息模型及其延展使用第18页
    2.5 参数化设计的技术使用策略第18-23页
        2.5.1 方案设计阶段的创意策略第19-20页
        2.5.2 初步设计阶段的技术整合策略第20-21页
        2.5.3 施工图设计阶段的精细控制策略第21-22页
        2.5.4 建造阶段的数字制造手段第22-23页
    2.6 本章小结第23-24页
第3章 参数化设计在复杂形体建筑中的设计应用分析第24-39页
    3.1 复杂形体建筑的设计特点和难点第24-27页
        3.1.1 产生复杂形体建筑的原因第24-26页
        3.1.2 复杂形体建筑的特点和设计难点第26-27页
    3.2 参数化设计在复杂形体建筑项目设计中的解决思路第27-30页
        3.2.1 前期策划阶段的“转译”思路第27-28页
        3.2.2 方案设计阶段的“生成”思路第28页
        3.2.3 初步设计阶段的“计算”思路第28-29页
        3.2.4 施工图设计阶段的“建造”思路第29-30页
    3.3 参数化设计在国外建成项目中的应用分析第30-32页
        3.3.1 大英博物馆(Norman Foster 事务所)第30-31页
        3.3.2 科威特 Al Hamra Firdous 塔(SOM 事务所)第31-32页
    3.4 参数化设计在国内建成项目中的应用分析第32-37页
        3.4.1 国家体育场“鸟巢”(CAG)第32-34页
        3.4.2 北京凤凰卫视媒体中心(BIAD)第34-36页
        3.4.3 杭州奥体中心游泳馆(BIAD)第36-37页
    3.5 本章小结第37-39页
第4章 参数化设计在承德鼎盛王朝文化产业园主场馆项目中的实践应用第39-65页
    4.1 承德鼎盛王朝文化产业园主场馆项目简介第39-41页
    4.2 鼎盛王朝文化产业园主场馆的建筑复杂形体特征第41-43页
    4.3 鼎盛王朝文化产业园主场馆建筑参数化软件平台的选择第43-45页
        4.3.1 创作构思及搭建方案草模的软件平台第43-44页
        4.3.2 施工图设计阶段的软件平台第44页
        4.3.3 其他辅助软件的选用第44-45页
    4.4 方案设计阶段的参数化设计应用第45-50页
        4.4.1 使用参数化软件分析地形第45-46页
        4.4.2 使用参数化软件搭建方案草模第46-48页
        4.4.3 使用脚本技术搭建大跨度复杂空间主体结构模型第48-50页
    4.5 初步设计和施工图设计阶段的参数化设计应用第50-56页
        4.5.1 使用脚本编程技术进行主体结构深化设计第50-53页
        4.5.2 使用参数化软件进行立面深化设计第53-54页
        4.5.3 使用参数化软件进行外露节点的设计第54-55页
        4.5.4 使用脚本编程加 GH 插件进行节能设计第55-56页
    4.6 幕墙系统的参数化设计应用第56-64页
        4.6.1 幕墙系统的设计指导原则第56页
        4.6.2 幕墙系统相关数据第56页
        4.6.3 幕墙整体外观利用参数化建模进行分格第56-57页
        4.6.4 利用脚本程序生成有规律变化的幕墙外观材料表皮第57-58页
        4.6.5 通过参数化软件实现幕墙单元体的节点设计第58-60页
        4.6.6 利用 3D 打印机制作幕墙模型验证效果第60-61页
        4.6.7 幕墙参数化模型与厂家加工软件的准确对接第61-63页
        4.6.8 幕墙参数化模型对经济专业的精确数据库转换第63-64页
        4.6.9 幕墙系统参数化设计的优点第64页
    4.7 本章小结第64-65页
第5章 承德鼎盛王朝文化产业园建筑设计实践中的问题归纳和思考第65-80页
    5.1 承德鼎盛王朝文化产业园建筑设计实践中的问题第65-68页
        5.1.1 完整的自下而上的设计方式实施有难度第65-66页
        5.1.2 行业标准和建造成本限制了数控加工的实施第66-67页
        5.1.3 参数化设计软件功能和设计思路均有待完善第67-68页
    5.2 参数化设计在复杂形体建筑设计中的应用经验第68-73页
        5.2.1 参数化设计有利于设计创新第68页
        5.2.2 参数化设计适合设计符合数学逻辑的复杂形体建筑第68-69页
        5.2.3 参数化设计是实现复杂形体建筑“创意—结构”的有力工具第69-71页
        5.2.4 参数化设计是解决复杂形体建筑表皮设计难题的有力工具第71-72页
        5.2.5 参数化设计是符合 BIM 设计模式的强大工具第72-73页
    5.3 设计者与参数化设计结果之间的互动性行为探讨第73页
    5.4 行业内对参数化设计的误解和普及困难的原因第73-76页
        5.4.1 误解 1:参数化设计只是制造奇特形体和表皮的工具第73-74页
        5.4.2 误解 2:参数化设计是今后建筑设计的主要发展方向第74-75页
        5.4.3 误解 3:参数化设计由程序员执行,与建筑师没有关系第75页
        5.4.4 目前参数化设计在设计行业内普及困难的原因第75-76页
    5.5 “参数化风格”的项目成果和社会接受度之间的联系第76-79页
        5.5.1 对建筑设计从业人员的采访调查第76-78页
        5.5.2 对普通民众的采访调查第78-79页
    5.6 本章小结第79-80页
第6章 结论和展望第80-82页
    6.1 研究总结第80页
    6.2 展望第80-82页
参考文献第82-84页
致谢第84-86页
附录 A 承德鼎盛王朝文化产业园主场馆设计任务书第86-89页
附录 B 承德鼎盛王朝文化产业园主场馆部分设计图纸第89-91页
附录 C 关于“参数化设计”的社会接受度调查问卷第91-93页
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果第93页
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