计算机如何辅助设计？来看看未来的香港新世界

Original 崔 SMILE建筑空间实验室 2023-03-13

城市解构机

Deconstruction Machine

这次给大家带来一个概念项目，一个算法在建筑设计中的应用案例，通过人为设计逻辑，计算机辅助计算，来为香港低收入群体设计的别样的廉租房方案。

项目名称 : 城市解构机 Deconstruction Machine项目地址：香港设计作者：钟喜明林劲许鹏辉特别感谢：Mazzola Marena教授

先来几张精彩图纸开开胃！

https://v.qq.com/txp/iframe/player.html?width=500&height=375&auto=0&vid=k0681r7gvkg

高清YouTube:

https://www.youtube.com/watch?v=bHbdT8D8U3Q

永远拥挤的香港

香港住房面积可以有多小？据统计，全港超21万人租住房，人均居住面积不足48平方英尺，即不到4.45平方米。这个人均居住面就和香港惩教署监狱囚仓的人均标准基本一致，如果一个牢房住着一家人，那人均居住面积都比不上囚犯。

香港是个寸土寸金的地方，很多人因为无法支付高额的房费，只能无限制的压缩自己的生活空间。沙丁鱼罐头一样的笼屋里，几十个人挤在一处，苦中做乐。很难想象人们在狭小的床上就可以完成吃饭，睡觉，工作，学习，娱乐等等项目。

热闹的广告牌，可以想象这个楼上同时存在多少商家

香港现状，各种功能被压缩在很小的空间里

（图片来源：看客）

卫生间跟厨房同时共存在一个小房间里

（图片来源：看客）

在香港会发现一个有趣的现象，人们为了提高空间的利用率会自发的对居住环境进行改造。如下图左侧是一个原有居住空间的平面，现在这个空间被改造出十多个床位，其中同时住着十多个人。这种自发性改造十分有趣，当我们撤掉房子里的所有人，这所房子经改造留下的物理空间上的墙会帮助我们还原当时的一个状态，包括形成这种状态背后的社会家庭关系等等。

Space Syntax 空间关系拓扑图

年轻人的自我救赎

香港的这种现状让我们清楚的认识到，当一个年轻人身在香港，想要站住脚就需要通过不断的压缩空间来减少需要支付的租金。香港像一个分裂空间的机器，它使得每一个空间尽可能多的容纳更多的人，服务更多的人。但正是由于这种无限制的压缩，使得人们的生活条件肉眼可见的不断下降。

为了缓解人们的压力，在这里我们提出了“共享”的概念。将平面中的厨房，卫生间，书房这样的功能空间拿出来公用，把每个“床位”的空间打散，变得不要这么拥挤，从而提供给每个人一个小且负担得起的睡眠空间。

也许跟很多人共用厨房，卫生间并不是如此的令人舒适，但根据香港政府的报告表明，很多年轻人无法负担一个宽敞舒适的房子，如果他们只需要付一小部分钱来购买床位，同时又能获得卫生间，厨房等空间的使用权，这是非常减负的。

参考欧洲一个共享空间的案例20rooms

（项目的设计者曾亲自在这里居住过一段时间进行考察，体验其中的居住环境）

共享的书房，厨房，休闲娱乐的空间都被设计的宽敞且精致，而私人的居住空间就仅仅是一个面积很小的房间，没有太多复杂的功能。但对比北欧普遍高昂的房租，这里的房价经济实惠，但生活条件并不打折。

那么怎么可以使得这种共享效率达到最大化呢？

空间与它的拓扑关系

我们常见的楼房结构（上图左）都是一个先有一个核心筒，周围布置住宅，结构是一层一层的，这样一来它的自由度主要被限制在平面上：一个中央空间，最多可以被其紧邻的东南西北四个空间所共享。而如果我们打开一个空间Z轴方向的自由度，一个中央空间可以至少同时被紧邻的八个空间所共享。

因此，我们的研究方向从2D变成了3D。

而对于空间与空间的关系，我们需要借助空间关系拓扑图来分析。

（来源：设计者手稿）

平时我们所用的space syntax通常是指2D平面上的一个关系，这里将其拓展到了3D，（类似于我们大一经常做的气泡图的立体版），它可以测算每个房间的面积位置以及合理性。

类似3D版的气泡图

如果我们将其包裹起来，它就是一个建筑的初始生成物。这里我们确定的是它的骨架，初始功能架构可以被代理成任意的形态。

包裹形成建筑类似物，可以像一个软体组织

当我们用3D space syntax去研究空间的时候，需要用Excel表格输入这些所需空间的面积，尺寸，进深以及体积，以及理清他们之间的联系方式，这样我们可以得到一个充满信息的表格。有了表格，就可以马上得到一套独一无二的骨架体系。至于其建筑外形怎么样，空间形式怎么样就是后边需要进一步设计的工作了。

由excel表格信息生成的3D骨架

Space Syntax 中每一套物理空间背后对应的是唯一一个固定的绑定的空间。然后当一个点连接到另外的点越多，它的空间可达性就越大，能到达他的这种趋势就越大。

如果把这种关系比喻成一棵树的话，连接越多的点可以长出更多枝杈。

颜色通常用红色来表示，往往这种空间机遇越多

另外，如下图不同的户型，因为某个墙体和某个通过关系稍微的不同，就对人的流线以及这种相互关系造成影响，形成了完全不同的生活逻辑。在2D上的space syntax就是这样的，如果我们把这种技术扩展到三维空间，这个东西更像一个三维空间的功能气泡图。

不同的户型

上一行是空间和组合体，下一行是空间拓扑图

Space Syntax 可以提取空间与空间的关系，那么反过来，它同样可以决定一个空间在3D里应该是什么，能长成什么样，会支配空间。生活秩序或一个人的生活规则决定了他的这种生活，邻里之间的联系，还有这种去各种地方的联系。而这种关系，决定了其背后的空间拓扑图。空间拓扑图，又决定了唯一的一个物理空间，即这个楼的这个结构，哪里有窗哪里有门。这种环环相扣的逻辑可以帮助我们把控一个空间的形成。

因此，我们不断讨论空间在Z轴方向的可能性。我们把人们居住的基本单元在竖直方向上呈螺旋状排列，中间空出的空间则具有被围绕单元共享的多重可能性。

城市解构机

我们已经决定通过共享缓解香港居民的居住压力，但实际上一个居住环境中可能有各种各样的群体：老年人，新婚的夫妇，刚有孩子的三口之家，独居者等等。如何保证这些群体被和谐的安排在一起？

与此同时，这些人排列组合形成邻居会出现很多或密切或矛盾的关系：两家的关系是否亲密良好，年轻人与老年人之间是否需要被隔离······

这些庞大复杂数据代表了人与人之间的关系

另外，除了人与人，邻居与邻居之间的关系，一些人人都需要使用的功能性空间（超市，图书馆，健身房，俱乐部等等）又该以怎样的逻辑有机的穿插在这个建筑之中呢？

我们要做一个庞大的社区系统，那么在一个复杂的社区中，我们需要考虑的数据是难以估量的，当我们的基本逻辑已经成型，怎样去把自己的逻辑与计算机的数据转化成物理空间上的形态呢？

OK，那让我们一起来看一下设计者的解决方案

1. 选择组成建筑物空间的基本功能

核心筒，连廊，基本功能单元等等。

2. 将建筑功能与人的相关行为连接以确定空间关系

我们首先把功能空间（餐厅，读书室，商店），均匀布置在场地内。那么怎么将这些空间建立关系并整合到一起？

黄色的线代表两空间会产生关联，两者的关系越强烈，黄线上的“引力”就会越强，那么意味着着两个空间会更近。

通过电脑测算，信息量逐渐庞大

3. 通过3D空间句法，利用吸引力来查找功能空间的位置

在引力（关系）的作用下，这些代表不同空间的小方块会逐渐靠近，最后聚集成一个建筑类似物。

4. 使用galapagos建立功能之间所需要的距离，找到最佳和最短的方式，这是一个建筑空间的反馈机制

开始计算最优解

找到最佳路径后，根据这个最佳路径生成连廊或天桥

5. 我们将社会关系转化为三个类型的生活单元，并进行深度学习去计算最人性化的交通方式

我们根据两个对象之间的关系好坏来判断是否需要建立墙体，在电脑运算中，我们把“0”代表没有墙体，可以相互连通；把“1”代表可以建立墙体，彼此有屏障阻挡。比如“00001”就可能代表一个长走廊末端是一堵墙。

红色表示走的人多，蓝色表示通过的人

根据人际关系的不同情况做出模拟，并呈现在建筑空间上

最终呈现出建筑的基本框架

户型的产生

一个单人户型

一个双人居住的户型

一个组合户型

如图可以看到床位跟公共空间的分布，中间基本都是餐厅，厨房，卫生间等可达性非常高的空间，住户的床位被安排在功能空间的上下左右。加强竖直方向的可达性。

将居住单体跟公共空间组合的结果

一个被组合起来的Stanard Floor

单元分析（开放式建筑）：

分析过的的尺寸跟家具尺寸，为住宅建筑中的HK人员计算最常见和最小的模块，具有更强的灵活性和不同的功能空间。

组织：

各个单元垂直组织，因此对于某些部件，它们不需要物理区分。水平之间的距离可用于目的（结构作为设备）。

最终成果

最后，根据用算法计算出的建筑框架与人为设计的基本户型单元相结合，建筑形态逐渐明朗起来。

建筑形体生成过程

最后的最后

这个项目详细阐述了一个方案从问题的发现到如何产生concept，再到如何利用算法进行计算机辅助建筑设计。在参数化设计中，最核心的永远都是设计者的逻辑，设计者通过这套逻辑编写自己所需要的计算规则，指挥计算机运行数据并推算最佳结果。最通过计算机反馈给我们的结果还要进行人为的调整与完善。所谓参数化，从来不是计算机设计，而是计算机辅助设计。

一个项目从一堆数据信息逐渐变成物理空间的过程

设计作品合集

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