形式·空間·算法：一年級形态構成課程教學實驗
2024.01-25
2023年秋季學期後8周的構成設計課程，是一年級本科生第一個以個人設計訓練為目的的設計課程。本教學實驗首次引入了參數化設計方法，以引導學生更好地理解由實體元素和虛體空間所構成的形式背後所存在着的明确、清晰的邏輯關系，輔導學生以設計概念、邏輯為底層核心去發展自己的構成設計。參數化教學實驗小組（後文簡稱參數化小組）包含8名一年級建築學本科同學，由韓孟臻、冬木千枝兩位教師，楊有有、芶靜怡兩位助教指導教學。1教學目标及課程結構
經多年教學實踐，beat365建築系的形态構成教學已形成鮮明的教學目标與方法，即：通過設計輔導，讓學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後蘊含着明晰的秩序法則。實驗教學遵循同樣的教學目标，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、空間背後的秩序法則（在此亦即算法邏輯）。① 算法思維，是希望學生通過自定義的算法，強調學生對于控制着最終形态的設計邏輯的建立與闡釋。将原本頭腦中的設計邏輯，以程序的方式梳理表達。② 跨學科性，則體現在設計過程中所涉及到的，來自不同系統的知識，如幾何學、仿生學等。借此理解美的形式的來源，及其背後的控制規則。教學共分為三個教學階段：首先是軟件入門與基礎參數化技能培養；其次是相關的理論知識講解與實際案例的應用練習；最終是設計階段，學生通過探索不同系統的組合，創造出新穎的實體要素和虛體空間形态。2 各階段教學内容
2.1 技能培養——參數化設計工具訓練
本階段教學重點是參數化設計技能的培養。同學們通過課前預講解、課堂輔導及課後練習，熟悉并掌握Rhino和Grasshopper建模的基本操作。其中的重點是幫助學生理解 Grasshopper參數化建模的基本原理，為後續學習打下基礎。2.2 理論與應用——“系統”工具的引入
本階段教學聚焦于“系統”（system）這一設計工具。同學們學習如何以Grasshopper為媒介，将來自不同學科的各種系統運用在概念構思與設計深化中。課程共帶領同學們探索了三個系統：場（field）、聚合（aggregation）和泰森多邊形（Voronoi）。教學方式均由教師講解引入，随後通過若幹小案例建模練習加以鞏固，最後讓學生自由運用所學系統完成一個設計小作業。該階段學習也有利于學生理解系統是如何影響實際建築形式設計的。2.3 方案設計——形态構成設計
作為課程的核心階段，同學們将所學系統應用到各自的設計之中，探索實體要素和虛體空間的構成關系。學生首先須清晰地定義其設計目标，随後尋找合适的算法邏輯，将目标充分表達，形成最終設計方案。設計過程并非是線性的；而是在教師與助教的指導下，通過讨論設計概念、構思原型、檢驗算法可行性、評估結果、優化調整等一系列步驟達成設計目标，最終形成兼具算法與形式美感的設計作品。在這一反複疊代的動态設計教學過程中，培養訓練了學生将設計意圖、操作手法和設計結果等要素關聯起來的能力。3 課程設計成果
3.1 打破邊界
BREAKING BOUNDARIES
作者：金思源
本構成作品的設計概念是“打破邊界”。作者意圖塑造一個貫通邊界的、聯通的空間，從立方體中破繭而出，以表現”打破“所具有的力量感。在具體形式操作上，作者針對基礎三維方格網的頂點進行了基于力場系統的操作，利用泰森多面體創造出一個聯通的變異形态空間，進而通過材質對比（半透明的基礎網格vs金屬反射的泰森多面體表面），強化虛實與形态的差異性，表現空間對于基本網格邊界的突破。
3.2 扭曲與拓撲學
TWISTING & TOPOLOGY
作者：劉璇
作者對于扭曲、旋轉、有動感的内部空間感興趣。Twisting描述了空間的特質，Topology則意味着對空間關系的關注。作者首先通過單元聚合，将由立方體變形而成的基本單元旋轉、組合，圍合出不斷變化方向的空間。之後再利用算法“化方成圓”，将原先由矩形拼接而成的外表面變換為連續曲面，以獲得内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
作者意圖使用連續曲面創造兼具連貫性與整體性的空間。連貫性（Continuity）描述了空間的形态關系；整體性（Wholeness）則描述了空間内部的體驗感。在具體操作上，作者通過Rhino建模的方式先創造出平面，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，之後使用SubD塑造出最終的連續的曲面實體，同時該曲面也圍合、包裹出具有流動性的、相互穿插的空間形态。
3.4 律動穿插
RHYTHMS OF INTERSECTING,
作者：高郭點
本構成設計希望表現“音樂的律動”。設計出發于三維曲線上所分布的7個點，根據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，形成内部連續的空間之後；進一步基于流線與視線的連續性，對整體進行了切割與賦材，達成了最終表現律動、穿插的設計作品。
3.5 内外貫通
IN & OUT,
作者：賀磊
作者意圖通過塑造一個内外貫通的空間，讓原本被體量表皮隔絕的内外空間建立聯系。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造出一個個如同風化形成的凹陷與坑洞。體量表面因而從有厚度的平面，轉變為具備了進深的空間。内部空間中具有流動感的結構，進一步強化出内外空間的聯通關系。
3.6 跨層連接
CROSS-LAYER LINKAGE
作者：崔佳滢
本構成作品的設計概念是“跨層連接”。作者意圖塑造實體與空間兩個層面的連續，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态的基本單元，以重複的手法組合構造出在豎直維度的連續性。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，強調跨層連接的空間。3.7 流動曲面
FLOWING SURFACE
作者：李秀成
設計者想要用流動曲面來構造空間，創造具有連續性的動态之美。設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複制，而是彼此通過光滑的曲面相連，構成一個有機的整體。裙擺上部的微微扭轉，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
設計名稱源于博爾赫斯的小說，“小徑分岔”意味着一種對空間的選擇。作為基礎，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；最後以镂空網格表皮标識人為切削而出的空間，與原本的縫隙空間加以區分，形成主次關系。經過8周高強度的教學與練習，我們欣喜地發現，除了軟件技術，同學們均在一定程度上理解了運算思維和參數化方法在設計中的應用，理解了形式生成背後所須的秩序法則，這都将成為同學們未來設計思維發展的種子。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位同學的熱情投入和程曉喜副院長的大力支持。
