在路上 | 建築博士教你中國古建用參數化怎麼做

在路上 | 建築博士教你中國古建用參數化怎麼做

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本期在路上主人公、就讀於英國利物浦大學建築學博士的王宇揚,帶你刷新認知,原來參數化編譯不只意味著先鋒的造型,其演算法思想也可以在古建築重建和保護中得以利用。

王宇揚

University of Liverpool, Architecture, PhD

University of Liverpool, MA Architecture, Master

凱諾優秀講師

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可以聊一聊你碩士、博士的母校利物浦大學嗎?

我讀了一年的碩士之後,畢業在英國待了一段時間、準備博士的申請。隨後回國申請了一個叫CSC的國家獎學金,在中國待了一年做設計實踐,再回到利物浦繼續讀博士。

現在申請公派留學的人越來越多,像我申請的CSC國家獎學金會把學生的學費、生活費cover掉,也會cover部分科研經費。雖然CSC獎學金允許你再申請學校層面的獎學金,但會有額度限制,舉個例子,比如說今年學校的學費是1萬英鎊,CSC就會自動支付給你1萬的funding,但如果你向校方申請了五千鎊的獎學金,那麼CSC這邊就會自動扣除給你的五千英鎊。

和AA或者UCL相比,利物浦大學是一個更為傳統的學校,和國內建築的教學思路有點接近,本科生教育還是會按布扎式的一草、二草、三草模式,但有趣的是,不一定是交圖紙,可能是model或者writing report。本科生做空間練習的時候,學校還是會很強調平面、剖面這些最本質的建築學表達。

為什麼我當時選擇利物浦?一方面是申請的結果,還有一個原因是我們學校以前,大概在七八十年前,有一個來自中國的建築規劃大師叫陳占祥,他以前在利物浦讀書的時候,做了一個關於中國古代城市和中國古代建築空間比例的研究,從他之後學校斷斷續續一直都有相關的科研團隊在從事跟中國傳統建築相關的研究。正好我對這方面比較感興趣,當時就選擇了來利物浦。其實這個課題包含的內容蠻大的,陳占祥是比較早期在這邊學建築的中國學生之一。

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你的碩士論文題目是《四合院的參數化建模》。這方面在國內其實也有很多討論,你和他們的研究方向有什麼不同?

大概在幾年前,我的兩個教授他們帶學生研究兩本中國古代的建造手冊,《工程做法則例》和《營造法式》。在國內也有很多相關的科研團隊在研究這兩本書。我們這邊的科研者提出了一種新的思路,試圖用參數化手段去翻譯中國古代的建造法則,把建造規則翻譯成一種系統化的計算機演算法,然後以此系統為基礎,去重新建造古書裡面記載的這些建築。

舉一個簡單的例子,《營造法式》裡面說材分八等,實際上是一種模數制的思維。像某個單體建築當中,我們比較熟悉的廳堂、殿堂,在實際的建造中都是用模數化的規則來設計的。在古代營造中,通常有幾個重要的構建參數來確定單體建築的體量,我們如果以這些參數為基礎,依據古書中記載的一系列的尺度規則,可以推算出整個單體建築大木作結構的整體尺度,然後用這種方法我們就可以做出古建築的參數化模型。

為什麼需要這麼做呢?之前在國內我去參與一些實地調研的工作,比如去參與古建築測繪,重新畫圖,把某個單體建築重新建模出來。但是這個過程當中我們發現,去研究某一個建築是有局限性的,而且代表的類型只是古建築史中的九牛一毛。《營造法式》里提到的唐宋以來的建築,現存的本來就較少,清工部的《工程做法則例》相對多一些,但是也以官式建築為主,集中在北京這一代。

我們的研究希望把這種對古建築的重建做得更寬泛一些,包含的類別也再多一些。特別是像一些廣泛存在的民居類型的古建築,像福建的土樓、北京的四合院或者雲南的「一顆印」。雖然這些民居在實際建造中很多時候是因地制宜,沒有太明確的具體規則,而且古書里對於民居的記載也很少,但是仍然可以通過大數據去總結歸納分析得出演算法規則。在這方面,我的導師,以及導師的導師,對英格蘭地區的民居建築做了大量的類似研究,他們的經驗給予了我很大的幫助。

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在操作過程中,如果遇到了數據缺失的問題,會怎樣去解決呢?其中涉及到什麼樣的推測方法?

有很多方法,其中一種我把它叫留白回溯法。舉個例子,之前有一個學生的課題是用參數化去構建《營造法式》中所提到的「材分八等」,再通過材分八等的思路去建構廳堂和殿堂。他就是遇到了這種數據缺乏的限制。他把《營造法式》里首先提到的一些官式建築某些部分的尺度以及對應的參數規則進行編譯,然後會發現裡面有很多缺少的部分導致無法構建完整的建築模型。但是參數化有一個優勢,我們可以先把缺少部分的演算法規則空在那裡,把這一部分的參數和規則留白,然後把已有的部分建構,建構之後我們再回去利用大量的實際的建築案例數據對比分析推斷出缺失的部分。

用這種實際的建築數據補充方法(比如說去測繪同類型建築)來推斷規則,雖然可能會不太準確,但會存在所推測的可能性,這種方法可以去總結、概括一些已經存在的建築,分析他們的生成法則是否跟《營造法式》中提到的內容是否相同、類似或存在著區別,以及它們不同的地方在於哪裡。

我前段時間看了一篇文章,一位天津大學的PhD研究的是怎樣建構古建築的屋頂,也是嚴格遵守《營造法式》裡面的參數規則,發現最後做出來的屋頂在轉角的形式意外地出現了散點放射形,和實際的傳統建築屋頂轉角不一樣,所以這其實是這方面研究的一個難點。

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你博士現階段所選擇的研究方向是?

目前的研究其實是基於剛才聊到的古建築參數化建模的一個2.0版本。我現在更傾向於把參數化作為一種工具手段,而不是一種思想,去研究古建築的生成邏輯規則,不僅限於參數化的參數控制和規則關聯,還可以用shapegrammar, space syntax等等。

我舉一個例子,比如說要建造一座四合院,我們有一塊地,我們是怎麼樣一步一步把它設計出來,它實際上背後有一個很強烈的邏輯原則在裡面,我們需要把這種邏輯原則用演算法語言把它描述出來:它可能會跟古代的這種風水學有關係,可能跟《工程做法則例》裡面的模數化生成房間規則有關係;它可能還與實際建造過程當中的基地條件(比如衚衕空間的形態規則)有關係。它是一種可以描述的語言,跟文字裡面的語法一樣,它是有一個結構規則的,而且它是一個從無到有,一步一步的過程,所以我們就希望用這種方法去描述它的過程,在中國古建築領域這算是比較新穎的課題思路。

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你認為你的研究對實際建築有什麼指導意義?

一方面是激發對新形式的探討,一方面是對古建築的保護與重建。

其實國內對這方面的研究還不是很多,或者說起步還比較晚。但是在國外我們可以看到,有些人用類似的演算法思想去研究不同文化的typology,比如伊斯蘭的合院民居,美式別墅的屋頂,或「文藝復興」的帕拉迪奧別墅,這會對現在的設計提供靈感。

還是以中國建築舉例。我們知道《營造法式》裡面材分八等,一般官式建築做廳堂、殿堂的分布在第三到第六等。一個傳統的廳堂建築設計步驟是,首先確定是第幾等級的,然後就能確定具體的材分尺度,進而推算出整個建築的尺度以及它的形式。但是我們有一個學生作品,他用第三到六等不同尺度的材分生成不同尺度的剖面,然後再在一個維度上連接到一起,這樣就形成了一個有曲面的屋頂和牆體的造型。

這是在遵守古代營造規則的前提下作出的設計創新,最後的作品效果也很棒。通過他的設計,傳統建築的形態,包括屋頂、平立剖立刻就擁有了新的形式,它的新形式實際上是調整了古書中記載的設計法則,這與王澍教授對古建築的研究以及設計思維是很像,還蠻有意思的。因此,我覺得對古建築的生成邏輯研究可以給我們設計新的形式一些靈感。

另外一方面就是幫助古建築的保護和修復工作。建國以來,有很多古建築特別是民居受到了很大的破壞。以四合院為例,現在有很多政策在提倡修繕和保護四合院,而且國外也有很多建築師對它們特別感興趣,但遺憾的是我們自己的建築師尚且還不能夠很系統地掌握這方面的知識,特別是跟這種設計原理,生成規則相關的知識。所以很多時候我們的修復工作只能片面地還原四合院的「形」(元素符號,建造材料,具體構件尺度),但是它們內在的邏輯,或者說四合院的「神」,我們不太能夠說得明白,以至於修復後的建築可能缺乏原本的韻味。

演算法思維在這方面就比較有優勢。比如說像參數化,在GH裡面可以依據四合院的生成規則一個做script,然后里面所有的參數和運算關聯都可以很清晰的列出來之後,它到底在哪個電池在指導哪個規則和生成結果,就可以很清晰的看到,可以幫大家去理清古建築的生成規則,更容易在造型上抓住建築的類型特徵。


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