什么是数字化建筑

一直想对这个宏大问题写一篇文章，一则帮助自己整理大学本科对数字化设计的思考与认知，二则有同学问我什么是数字化建筑我却一时语噎答不上来；所以我坐下来写这样一篇文字，把我所知道的都慢慢说出来。
由于我接触到的也只是片面的信息，以下都是自己的了解和理解。
从大背景说起
建筑是文明的组成部分，所以它是随着社会文明的发展而变化的。而文明的发展无外乎是科技，工具以及文化的交替演化共同作用的结果。我们从石器时代到工业时代一路走来，总是伴随着工具与科技的革新。比如蒸汽机的发明，掀起了工业革命，以至于我们现在的生活发生了巨大的变化；可以说在几百年前，我们是不可能想到我们会有汽车，火车，各种机械设备等等。也不可能想到建筑不仅只是石头堆起来，木头搭起来的房子，而是会有带电梯的skyscraper。时到如今，这一切对于我们来说已经理所当然。而计算机的发明，不过短短半个多世纪，我们正在经历着新的变革；换句话说，我们的世界，当然包括建筑，也正在朝着一个我们未曾想象过的样子在变化。
                
                
                
                
数字化建筑的必然性
从21世纪开始，我们的生活，工作充斥着计算机的影子；你只需简单想象一下你现在的生活如果离开的计算机将会变得多么困难。计算机技术在各个行业中蔓延，试图展开新的一轮革新。我们现在就像蒸汽机刚发明时的那些人们，对于未来是怎样我们并没有明确的概念；也许我们可以像去一趟厦门一样去火星，也许我们戴个竹蜻蜓就可以到处飞，也许我们的房子可以飘在空中。未来的一切都是未知和不确定的，唯一确定的就是，未来必然是变化的。
 
上面说这么多，就是为了让大家看清“数字化”三个字。因为计算机的发明，“数字化”成为世界文明下一步必然的发展方向，那么理所当然，作为建筑也是不可避免会受到影响的(我想这也是为什么要谈论数字化建筑的原因)。而我们正处于一个关键的时期，计算机作为新型工具已经在建造方面介入了，那么它在我们的设计方法以及设计思维上产生的影响我们应该怎样对待。首先，这种影响应是不可避免的，所以我们有两个选择，正视它或者无视它。当下便是这样的状态：一部分建筑师认为建筑设计更在创造，在经验，在人文；这与冷冰冰的计算机与数字是毫无瓜葛的，它不关注使用者，不关注空间，不能理解建筑的广度和深度，需知一个建筑是有多么的复杂。稍微谨慎的建筑师会说，它只是众多设计方法中的一种，它拥有的新技术确实会带来审美的影响，但无论如何它只是一个工具，它不会在根本上对设计本身产生动摇。
诚然，数字化技术首先是工具，但它不同于以往所有的工具的是，它本身具有判断，思考和运算的能力，即使这个能力是我们需要赋予给它的；所以它不仅仅是工具，而是辅助我们思考，作为人类大脑的延伸而存在的。它能进行大量人脑无法进行的运算，这是人类发明的第一个进阶工具，所以我们对其的审视及使用应该重新判断。
数字化建筑定义
理解了“数字化”这个特殊的工具以后，我们再回头看看“数字化建筑”。看字面意思，我一拍脑袋就会想出这样一个定义，数字化建筑(Digital Architecture)，是指以计算机技术为辅助的建筑设计与建造过程所产生的建筑物。这么看来好像现在所有的建筑都是数字化建筑。广义上讲应该是的，只要是将建筑信息转化为数字进入了计算机，都可以称之为数字化建筑，CAD的全称便是Computer Aided Design(计算机辅助设计)；只是现在更多沦为画图的工具而非我们所理解的设计工具了。由于CAD变成了常态，所以我们得挖掘更前沿的一些东西来满足我们嘴边经常挂的那种“数字化”。从刚才对数字化建筑的定义来看，数字化建筑可以拆分为数字化设计(Digital design)和数字化建造(Digital Fabrication)两部分；而这两部分想必大家也非常耳熟了。
前面我提到，数字化建造是大家好理解也更容易接受的东西，因为我们能切实看到它所带来的好处。一个房子，因为有了更好的建造方法和工艺，使得它建造速度快了，省钱了，精度高了，浪费少了，这是共赢的事情；二则建筑的建造部分与其它行业交叉面更广，在其它行业都有数字化技术的前提下(不得不说建筑业总是一个滞后的行业)，我们的建造会被动地接收一些新鲜的东西。所以几乎对数字化建造我们没有什么质疑(当然也有传统建构理论的坚实支持者们不同的声音，我不太清楚:(。
                
                
关于数字化建造我会另写一些东西来做补充，其发展的势头是非常凶猛的。自从我看过ETH的那根柱子，还有后来ETH的直升机摆砖头的视频就对数字化建造产生了深深的崇拜。现在的数字化建造在材料和工艺方面都有各自的发展，像直升机摆砖头技术(在中国是手工摆，但也属于数字化建造的范畴，如“绸墙”)，像BIM技术(连接设计与建造的桥梁)，3D混凝土打印技术(新型工艺加传统材料)，3D打印技术(新型工艺加新型材料)等等。在新的工艺及材料的冲击下，我们对于建构的认识是不是也会发生改变(瞎猜猜)？
                
                
                
                
回到最有争议的“数字化设计”上来。如“数字化建筑”，“数字化设计”也有一个正确但是过时的概念，泛指将建筑设计信息用数字的方式表现出来(其它表现方式有草图，模型，口述等等)。这样看来你在电脑上给老师看的Sketch up便是一个数字化设计产物了。为了追寻我们平常所认为的数字化设计，我们得先摒弃这个古老的概念，否则我们无法区别屏幕上的那个Sketch模型是传统设计方法还是数字化设计方法。
在给出新的定义之前我先凭印象罗列一下大家平常对数字化设计的理解：
   1.一切带曲线的或者异形的方案都叫数字化设计。
   2.有参数，可以调节形态的设计叫数字化设计。或：grasshopper就是数字化设计。
   3.用代码写出来的设计叫数字化设计。
   4.用计算机生成(传说中的“形态生成”，滥用词汇)的设计叫数字化设计。
其实这些说法都不对或者过于片面，原因在于它们都停留在表面，是根据数字化设计过程或得到结果的特点进行的反向推理。其实关于数字化设计有很重要的一点我已经提出过了，计算机是辅助人思考的工具；
那么建筑的数字化设计(Digital Design)，就是利用计算机优于人类的计算和数据处理功能(Computation)，针对建筑中某一或某些问题提出解决方案的设计方法。
这个定义看起来很空洞，但这是我能想到比较普适的一个解释了。首先应该有很多人会问怎么利用计算机的运算功能？这得从计算机发明之初开始讲起了(这很重要)。
混沌理论
有很多人可能想过，我们生活的地球，其实是那些微观的原子组成的；它们在没头脑的状态下怎么能演变出自然界的各种奇怪的生命，纹理和形态呢？于是在上个世纪，图灵(Turing)，一位野心勃勃的数学家，他致力于希望用数学公式演算出整个复杂的自然背后的某种规律，尝试破解自然的密码。他顺便发明了计算机，以帮助他的运算；他发现生物的进化(主要在细胞层面的研究)虽然很复杂，但是可以用简单的数学描述，这种神奇的过程叫做形态发生(Morphogenesis)。一开始，胚胎的各个细胞如出一辙，然后细胞们开始聚集，彼此之间也开始出现差异，没有思想（Thought），也没有中央调控(Central co-ordination)，但是原本相同的细胞，有的形成皮肤，而有的形成了眼睛。其实这是自然界常见的现象，只不过他首次在生物领域也发现了同样的道理。
如沙漠中的波纹和沙丘，为什么沙子都是一样的，它们却能形成特定的肌理呢？同理，云彩为何为云彩，山为何为山。
                
                
                
                
图灵认为万物都有简单的数学机制从而产生复杂性这个想法可谓非常宏伟而大胆；可惜在他完善这个理论之前便挂了。(因为他的男朋友偷他东西，他报警反而被指控是自己带坏了别人，于是他在坐监狱和荷尔蒙疗法中选择了后者；然后患上了抑郁症，咬了一口沾满氰化物的苹果自杀了。有人说这是苹果logo的来源，但也有人说是牛顿的那个，但是牛顿是被砸了好像没有吃吧= =,这个扯的有点远了)。
在这之后，美国气象学家爱德华提出了混沌理论(Chaos Theory)。后来发现图灵是混沌理论的先驱。在还是牛顿经典力学当道的时候，所有人都认为我们既然掌握了宇宙运行的规律，那么所有的一切变化都是可控可测量的，于是气象学家打算通过计算来做个万年气象预报，结果有一次他在录入数据的时候一个数字他省略了小数点后六位的一个数，喝了一杯咖啡回来发现模拟的天气变化和以前有很大偏差，再往后便完全不一样了！这种现象称作对初始条件的敏感性，正是混沌理论的一个特点。也是我们后来经常听说的“蝴蝶效应”(Butterfly Effect)，即某地上空一只小小的蝴蝶扇动翅膀而扰动了空气，长时间后可能导致遥远的彼地发生一场暴风雨，以此比喻长时期大范围天气预报往往因一点点微小的因素造成难以预测的严重后果。微小的偏差是难以避免的，从而使长期天气预报具有不可预测性或不准确性(Wiki摘录)。经整理他提出了混沌理论，关于什么是混沌理论你们可以去Wiki，混沌理论有两个基本概念，一是未来是不确定的(我觉得这可以上升到哲学层面了同学们，未来什么都是不确定的哦)，二是事物的发展是靠自我相似的秩序来实现的。比如山为什么是山，云为什么是云，树为什么是树，因为它们具有自我相似的内在秩序与随机性在里面。(这部分后来又延展出分形几何(Fractal Geometry)，分形几何也是大自然几何的代名词)
                
                
                
                
那么混沌理论认为，一个由数学方程式描述的系统，即使没有外界干扰，也是不可预测的！在这之前，普遍认为一个复杂的东西，其内在必定是复杂的，现在看来几个简单的规则，在没有干预的情况下也能创造出复杂性。混沌理论继续往下发展出现了复杂系统(Complex System)，复杂系统的结构其实只是简单结合，本身并不复杂。所以复杂系统是一个复合的系统，而不是纷繁的系统（It's complex system, not complicated.）写到这里我发现我提出了太多的新概念，可能会让大家晕头转向。况且这个东西我有些词不达意，所以对此有兴趣的话还是自己去了解吧。到目前只需要大家理解一个，我们所认为的复杂性都是由简单规则组成的，这也正是我们利用计算机的突破点。(想想你的grasshopper或者code，绝大多数情况是不是在制定规则然后让其涌现出有秩序或无秩序的复杂)
所以，我们在计算机中设定一些简单规则，利用这些规则去解决建筑设计中遇到的一个或一些问题(仅对当下设计师的编码水平一般仅能解决一个问题，且经常这个问题解决下来还不如有经验的人瞄一眼就做出的方案好，所以数字化设计方法还仅仅在最初的实验性阶段)。打个比方，如果我们想做一个像树一样的住宅群，树上的每片叶子相当于一个小房子(当然没有那么密)，那么我想保证每个房子都有太阳直射光的照射(假定太阳处于一定位置)，那么怎么办呢？这个很简单，只要保证每个房子不要到别人房子的投影里面就行了；那与此同时我想每个房子几乎都占用一样大的空间，也就是均布在树干周围，那又怎么办呢？我们并不是宏观地去控制让他们均布，而是给每个房子下指令，在房子一定的视野范围内，对每个其它房子有一个和距离有正相关的推斥力，这样他们是不是最后会达到平均分布的效果呢？当然这个栗子举的很不成功，它并没有完全体现利用简单规则处理复杂性的特点，但我们仍会发现我们的处理对象是单个的小房子，而非整个系统。
我在SYL老师那边学习的时候，他比较注重用数字化技术去解决一些实际的物理问题。比方去解决建筑的采光，通风，流线等等。在美国也有研究人的行为，或者研究仿生，生态与建筑的关系。当然，只要是用计算机帮助我们解决问题的都是数字化建筑的方向。
比如kokkugia提出的“集群智慧”(swarm intelligence)，认为城市是一个动态自适应系统，如蚁穴，鸟群一样是大量小规模离散元素构成的群体，表现出自下而上的集体智慧。那么他们所认为的城市设计，不是一个自上而下，层级(hierarchy)分明,从大规模逐渐缩小的设计方式；而是直接研究城市元素的基本单元，使他们能够拥有智慧来自组织，自决策并涌现出最终的城市形态。
                
                
                
                
                
                
我们可以隐隐约约感觉到，数字化设计更多关注的是建筑的内在表现，或者说性能(Performace)，而并非大家所认为的形式形态。这个性能包括建筑的结构，节能，环境，经济等方面。换句话说，数字化是处理其内在表现的问题，而不是怎样让建筑变得更好看的问题。
那么，在搞明白数字化设计大概是什么意思了以后，我们再看看什么是参数化设计吧;事实上“数字化设计”已经脱离之前的本意了，所以我们可以用一个新鲜词汇来替代它——“运算化设计”(Computational Design)，意指计算机参与运算的设计，事实上叫什么名字真的无所谓，这只是一个临时代号而已，当数字化技术发展到相当成熟的时候，我们才会有全面的认知。在现有的舆论中运算化设计是可以分为以下两类的：“参数化设计”(Parametric Design)和“算法设计”(Algorithmic Design)。关于这部分，我下回再写。