SPACE10：数字化建筑领域，当下实况与未来狂想（上）

© Anne-Sophie Rosenvinge

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“到2050年，全世界70％的人口将居住在城市。1950年，这个数字还是30％。在未来15年内，世界将需要多50％的能源，40％的清洁水和35％的食物。到2050年，世界人口预计将增加25亿，达到近100亿人口。越来越多的这些人将摆脱贫困，进入新的全球城市消费阶层。直接或间接连接到互联网的人数很快将接近100％。” 

-- Simon（SPACE10联合创始人）

作为宜家的创新实验室，SPACE10又被称作未来生活实验室。其独立于宜家市场属性之外进行研究和设计，任务是为人类和地球创造更好的日常生活。在其中，学者Mollie Claypool的研究报告The Digital in Architecture: Then, Now and in the Future 与《建筑实践》2020年第9期《特辑：数字响应》的思考不谋而合，阿编于是邀请原作者将文章授权进行翻译与组稿，与《建筑实践》的读者一起了解学习。

目录

· 摘要

· 发展过程

·· 参数化的大爆炸

·· 增强现实 & 互动体验

·· 数字化制造

·· 机器人

· 激进的反思

· 离散论的出现

· 数字化的透明性

· 下一步：建造走向数字化

· 摘要

#Introduction

在当下社会的建筑领域中——从机器学习到制造技术，从人工智能到大数据(Big Data)，数字化工具的存在感愈发彰显。人们对于这些科技可能会在日常生活中产生的影响产生了极大兴趣，且尝试在建筑学校、小型独立事务所和国际建筑企业的实践中进行拓展应用。从使用增强现实(augmented reality) 来帮助建造，到使用三维技术打印建筑模型，再到在设计过程中使用人工智能技术，它们无处不在，触手可及。

Frank Gehry, "GuggenheimBilbao"

© Naotake Murayama

在一个项目的设计或施工过程中，数字工具的运用变得习以为常，这在我们“使用”建筑时也是一样。可以说，从交通到交流，数字化无所不在。建筑师兼设计师Soomeen Hahm表示：“在未来，数字工具将更贴合人体，我们能够在日常生活中更方便地访问和利用数字信息，与虚拟数据和数字信息的交互性和连接性将比过去任何时刻都更紧密。”

在数字化技术的日益普及的情况下，人们对建筑的观察也从崭新的角度展开：

· 数字化如何帮助我们创造更公平或更包容的新空间模型？

· 数字化设计和数字制造如何做到不仅在设计和制作上，还能在建筑环境的体验中持续创新？

· 数字工具只是解决技术问题的手段，还是足以在未来改变我们的设计，构建和居住的方式，从而实现更可持续的未来？

Mamou-Mani, Galaxia- BurningMan Temple", 2018.

© Jamen Percy

本文旨在描述在建筑领域中，用于设计和制造的数字化工具的创新，会如何给当下人们体验建筑环境的方式带来变化。

虽说数字化的历史源远流长，一些建筑历史学家甚至认为这在文艺复兴时期就已经开始^[1]。但这些发展其实与今日的设计师使用数字化工具（包括软件和生产技术）来设计和生产建筑的方式存在着强烈的内在联系。

需要重点说明的是，建筑和设计的历史，以及从中演化而来的建筑学科，都是在不断发展更新的。这些历史、设计技术和过程，通过数字化平台，给建筑师和设计师带来了交流的机会，并进一步被广泛的人群所了解。相比以往仅仅在个别学术场合及实践中才能被触及使用，现在，各种各样讨论的声音此起彼伏。可以说，通过数字化工具的运用，设计师和建筑师可以从世界各地了解、参与并书写历史。

[1] Carpo, Mario. The Alphabet and the Algorithm. MIT Press, 2011.

 Buckminster Fuller, "TheDymaxion House".

 (imagecourtesy of The Estate of R.Buckminster Fuller)

· 发展过程

# Progressing

·· 参数化的大爆炸

   The Parametric Explosion

参数化的进步，伴随着围绕“数字化”和“参数化设计工具”的辩论赛。

在过去十年中，围绕着“数字化和参数化设计工具是否仅仅是达到目的的一种手段”进行的辩论是设计界的热门议题。例如，“如何”进行设计，变成了试图挖掘数字工具技术潜力的建筑师争论不休的话题之一。^[1]

这些工具自身是否能够体现社会或政治语境？他们是象征性地，抑或是可操作“为何”设计及“为谁”设计？如今，鉴于围绕人工智能，数据隐私，社交媒体的使用以及媒体自动化的未来发展的讨论日益深入，这些思考已不可避免。

2000年代后期的数字化工具：草蜢（Grasshopper）的发行，或许是一个能标志数字化设计工具发展的重要时刻。由大卫·鲁滕（David Rutten）在2007年9月设计完成，这是给Rhino，一个通用设计软件的衍生插件。

草蜢使用可视的，基于节点的组件界面来创建生成算法，该算法可用于创建三维几何图形和其他功能。与其他可用的编程语言相比，其界面的简便性和具有拖放式，开关式，输入/输出式的系统很快吸引了许多数字化设计人员。草蜢引发了衍生式设计工具的爆炸式增长。如今，大部分建筑师都能轻而易举认出用这些工具做出的作品。

犀牛和草蜢 © Treddi.com

即使这些工具对于建筑形态的生成、结构、环境分析以及形态的模拟和优化效果极佳，但它们无法作为一个建筑项目的主要驱动因素，而仅仅是一个房屋设计过程的一部分而已。再者，建筑并不仅体现了技术，结构和机械问题，还体现了一系列社会，政治和经济逻辑。按此来说，就连建筑师使用的工具本身（例如Revit，草蜢，犀牛和其他软件）也对建筑项目的“为何而造”和“为谁而建”带来了特殊的社会政治影响。

事实证明，参数设计为探索和理论化该问题提供了充足的基础。第一代数字化建筑师们对数字化设计促进新型建筑形式的产生有浓厚兴趣，但随着技术的普遍应用，越来越多的建筑师开始探索数字化设计会如何体现意识形态的参数化设计概念。

扎哈·哈迪德建筑师事务所（Zaha Hadid Architects ）的帕特里克·舒马赫（Patrik Schumacher ）是“参数主义”（他于2008命名）讨论中最响亮的声音之一。他认为，参数主义是“现代主义之后的伟大新样式”，是“源于对日益复杂的社会过程和制度的明确表达，对参数设计系统的创造性利用”^[2]，并会在未来成为一种规范。

“参数主义”与社会，风格和数字化工具的结合在建筑学领域引起了轰动，并且在过去十年中一直引起着激烈的讨论。对参数化作为一种风格较为突出的批判之一是，“数字化建筑”在被实现时，是否对场地问题所敏感，例如建筑物如何处理当地文化。^[3] 扎哈·哈迪德建筑师事务所建筑师郑蕾（音译）认为：“在地方文化成为参量系统的一部分之前，参数主义对当地文化没有同情心。它是全球经济的产物，而协调特定的边界参数将会带来新的机会和改革。”

从这个概念出发，第二种批判从“参数化建筑如何设计并实现”中产生：参数化或“数字化”建筑师设计的复杂建筑形式要求使用过于昂贵或者低效的生产方式，或许导致了时间和预算上的浪费，从而浪费大量资源。^[4]《卫报》建筑评论家写道：“参数化缺乏证据证明它确实有效。”这取决于一种未经证实的信念，即建筑师相信可以完美地将建筑形式塑造成它们将包含的复杂和不可预测的用途。它应该是适应性强、流动性强、反应灵敏且与周围环境相连的，但迄今为止大多数参数化建筑却往往相反。^[5]

确实，这些“参数化”建筑无法使用现有的预制建造方法：它们需要完全定制的生产链，这使得它们极其昂贵，并且很可能是一次性的。许多这些建筑由富裕的客户委托，他们希望建造标志性的建筑来代表他们的公司，甚至他们的国家。^[6]这造成了一个矛盾：尽管参数主义的精神植根于民主化和协作，但它所创造出的建筑对于多数普通人而言遥不可及。近年来，随着新的建筑数字化建筑层出不穷，这些问题受到了更多的批判。

[1]Claypool, M, Jimenez Garcia, M, Retsin, G and Soler, V. Robotic Building: Architecture in the Age of Automation. Detail; verlag, 2019.

[2]Schumacher, Patrik. “Parametricism as Style - Parametricist Manifesto.” Patrik Schumacher, 2008. s10.io/prmtrsmman.

[3]Moore, Rowan. “Zaha Hadid's Successor: My Blueprint for the Future.” The Guardian. Guardian News and Media, September 11, 2016. s10.io/schumacherblprnt.

[4]Blahut, Chelsea. “Zaha Hadid Architects Releases Statement on Budget Increase and Cancellation for Tokyo’s New National Stadium.” Architect Magazine. July 28, 2015. s10.io/hadidbudget.

[5]Moore. “Zaha Hadid's Successor: My Blueprint for the Future.”

[6]Moore, Rowan. “Zaha Hadid: A Visionary Whose Ideas Don't Always Make Sense | Rowan Moore.” The Guardian. Guardian News and Media, September 26, 2015. s10.io/hadidvisionary.

·· 增强现实&互动体验 

   Augmenting Reality

当你凝视建筑，建筑也在凝视你。

互联网和其他通信科技彻底改变了现代文化。2000年初期，随着技术，特别是硬件和传感器技术的普及，人们开始认为建筑的物理性质可以像建筑师在设计过程中使用的算法和场景模拟一样具有高性能和活力。数字化工具能够体现建筑的流动性、临时性、移动性和变化性，从而又改变了人们在建筑环境中移动并与之交互的方式。^[1]所有这些可能性成为对空间获得新认知的一种机制。建筑师开始研究物理建筑元素可以在多大程度上响应并适应人们的行为与不断变化的文化、程序或环境条件需求。作为研究的一部分，建筑师开始尝试实时地增强观众在建筑环境中的体验。

最早开发的交互式墙之一是dECOi建筑师设计的Aegis Hyposurface，它由参与改造圣家族大教堂而闻名的建筑师马克·伯瑞（Mark Burry）于2001年合作制造。该项目使用了将近900个气动活塞，根据不断变化的环境条件，例如运动或光线，来控制实时移动的墙中的金属组件。

尽管当环境条件改变，活塞被激活时，人们仍能听到它们运转的声音，从观看者的角度来看，该项目的机械部分隐藏在起伏不定，移动的三角表面后面。正如伯瑞所写，Aegis Hyposurface代表了对空间理解的转移——从定量和定时、到不定量与变换。^[2]

Aegis Hyposurface © mcburry.net/aegis-hyposurface/

Aegis Hyposurface © mcburry.net/aegis-hyposurface/

但是，如何让能够对环境条件作出响应的机械系统与建筑物相结合呢？让·努维尔（Jean Nouvel）于2001年在巴黎建造了世界阿拉伯研究所（Institut du Monde Arabe），该建筑物的外立面由机械的金属遮阳帘制成，可根据环境条件进行开合。^[3]这种动态性使建筑物内的人们能够理解其行为（无论个体行为还是集体行为）将会如何触发周围建筑的反应。

Hyposurface的造价极其昂贵，技术需求很高，并且其气动系统仅工作几分钟就会关闭。但在过去十年中，由于随着科技的发展，空间可以更轻巧和高效地与人类感应技术相融合，这些技术可通过触摸，移动或声音激活。

Institut du Monde Arabe © Bruno Levesque / IP3

加拿大建筑师兼学者菲利普·比斯利（Philip Beesley）的作品：2010年威尼斯建筑双年展加拿大馆的“有灵领域”（Hylozoic Ground ）项目，采用了由轻质塑料激光切割而成的组件，并悬挂在装置在天花板上的网格中。这些组件是由形状记忆合金，光线，触摸传感器以及响应人类互动和行为的微处理器组成的大型网络的一部分。当人们在空间中移动时，装置将“产生共鸣情绪的运动波”，使装置“颤抖”，从而将访客带入一种几乎类似于与人产生互动反应的空间体验。^[4]由于该技术完全镶嵌在装置中，几乎隐形，使得参观者对它可能产生的回应感到更加好奇。

Hylozoic Ground © iaacblog

Hylozoic Ground © bruynzeel-storage

[1] Carpo, Mario. Digital Turn in Architecture 1992-2012: AD Reader. Somerset: Wiley, 2013.

[2] Burry, Mark. “Aegis Hyposurface.” MARK BURRY, April 30, 2013. s10.io/burryaegis.

[3] “Institut Du Monde Arabe (IMA).” Ateliers Jean Nouvel. Accessed October 2, 2019. s10.io/nouvelinstitut.

[4] Philip Beesley Architect Inc. “Hylozoic Ground.” Philip Beesley Architect Inc. | Sculptures & Projects. Accessed October 2, 2019. s10.io/beesleyholozoic.

·· 数字化制造 

   Digital Fabrication

理论上说，我已经可以打印出一栋供我自己居住的房子了。

让我们想象一个世界：在其中，能生产出数百万个物件的大型整体工厂，以及将这些物件运送到世界各地的庞大的运输网络，都因为再也不被需要而不复存在。取而代之的是：小型数字制造机器。例如，可以放入房屋或办公室的三维立体打印机，制作所想或需要的任何物品——从家居用品到家具到自己的家。

从消费主义到产消主义（消费者也是生产者）的转变，使我们在制造身边日常物体的方式上发生了巨大的转变。由于数字化制造技术的革命，这种转变正在变得可能实现。

第一台开源台式三维立体打印机达尔文（Darwin）（名字并非巧合）于2008年发布。^[1]它代表了产消者的数字化制造理念。尽管3D打印不是一个新想法：自1980年代中期以来就一直是立体光刻技术（stereolithography）研究的主题，但达尔文背后的概念却是革命性的。^[2]

达尔文的售价为200美元，对许多人来说是力所能及的。组装完成后，由于它也能够制造自己的绝大部分零件，所以理论上，它可以复制自己，它的复制体可以复制自己，并且其复制体的复制体也可以复制自己，以及制作其他物件。这就是所谓的无限自我复制机。“达尔文”的设计概念起源于如前所述的冯·诺伊曼（von Neumann）的控制论（cybernetics），以及更现代的开源社区。他们主张获得信息的自由，并坚称与资本主义市场中常见的数据和工具私有化相比，技术工具必须站在我们社会焦点的最前端。^[3]

实际上，诸如计算机数控铣削机床（CNC-milling machines），激光切割机和三维立体打印机之类的数字化制造技术正在挑战基于消费者市场的各个原定机制。这些技术使人们可以快速复制物件的零件或整个物件本身，而价格比定制或手工制作的物件要便宜得多。

此外，它们可以相对轻松地使用参数化设计原理来定制零件。这些机器的可负担能力通常遵循摩尔定律，或者说随着计算能力呈指数级增长，人们可以为这样的机器买单。

全新计算机数控铣削机床 © ebay

哥伦比亚大学教授霍德·利普森（Hod Lipson）讲述了数字化制造技术的可能未来，并描述了一个其遍及人们日常生活各个方面的世界：

地点：你的生活

时间：从现在起几十年后

…即使在未来，早上起床也十分艰难。

厨房里食物打印机散发出新鲜出炉的全麦蓝莓松饼的气味。制造这些有机低糖松饼的墨盒以豪华系列的形式出售。食谱是从与著名餐厅和度假村合作的不同特色手工面包师那里下载的。

当你第一次将食品打印机展示给祖父时，他还以为这是一台新型号的自动烤面包机（存在于1980年代的一种席卷吃货们厨房的设备）。直到庆祝他生日那一天，你在豪华的食品墨盒上尽情打印，然后给他和祖母打印了庆祝晚宴：新鲜的金枪鱼排，蒸粗麦粉和巧克力-摩卡-覆盆子奶油三旋蛋糕，而且每片蛋糕上都有不同的图片。^[4]他才理解了什么是打印加工食品。

目前，这些数字化工具在制造和设计行业中造成的影响力在持续增长。制造实验室（Fablab）是这一转变背后的推动力之一。

制造实验室是一个让公众可以使用计算机控制技术以及接触到相关专家的场所。麻省理工学院教授、位于原子研究中心的主任尼尔·格申菲尔德（Neil Gershenfeld）将制造实验室带到了设计界的最前沿。他在2012年《外交事务》（Foreign Affairs）中的文章“如何制作几乎所有东西”中表示，“又一次数字化革命即将来临，而这次是在‘制造’中”。^[5] 如今，全球大约有1500个注册在目的“制造实验室”，如果包含那些未在制造基金会（Fab Foundation）网站上注册的非正式“创客”空间，这个数字可能会更高。^[6]

Fablab EDP © fablabs.io

维基房屋（WikiHouse）是用数字化制造技术来分布生产的著名的建筑项目之一。^[7]维基房屋由英国的建筑00事务所（Architecture 00）的三位建筑师在2011年发起，旨在将“低成本，低碳的建筑物交到每个公民，社区和企业的手中。” ^[8]建筑00事务所提出：与典型的生产方法相比，数字化制造可以使房屋的制造和装配效率更高，成本更低。

为此，他们引入了维基房屋建筑系统。使用知识共享（Creative Commons）（非营利组织）的许可和一台计算机数控铣削机床，它们不要求人们了解如何设计，制造和组装小型房屋的知识。所需的只是联网访问并下载用户手册文件，以及对于使用机床的简单培训。那些铣削出来的建筑部件只要使用钉子就可以被简单地装配在一起。

维基房屋得到了媒体的广泛好评。但是，作为一个设计系统，它的局限性引发了许多建筑师和设计师进行思考：从如何处理材料，资源和环境，到设计复杂性，尺度可伸缩性，知识转移和劳动力的问题上。

Open System © WikiHouse Foundation

非洲流浪者项目（African Fabbers Project）也是数控技术的实践作品之一。^[9]在意大利建筑师保罗·卡斯科内（Paolo Cascone）的倡导下，非洲流浪者项目将当地的建筑实践与技术性系统和数字化思维融为一体。该项目直接响应维基房屋之类的项目并对其提问：

如果人们需要系统里没有的新材料，该怎么办？如果建造要求使用本地可寻资源怎么办？如果希望能够为人们提供更多赚钱的机会，该怎么办？

通过“边做边学”的方法，卡斯科内的工作室将开源硬件技术，数字化制造工具和自建房屋的实践结合在一起，企划了一个教育网络。该网络可以为存在失业的非洲大陆人民创造就业机会。非洲流浪者项目提出了一种将数字化思维与重要的社会问题和传统知识相结合的解决方案。

African Fabbers Project © Paolo Cascone

在建筑师兼研究员娜迪亚·皮克（Nadya Peek）的工作中，也可以找到对于数字化制造设计未来具革命性的想法之一。皮克撰写了有关制造实验室模型和数字化制造机器能够成为有潜力、能够为人而设计的工具，能够为生产实现可持续及包容基础设施等文章。^[10]

她认为，用于“制造机器的机器”因通常位于工厂中而难以被大众触及。但是要补充的是，它们对使用者工种的限制也很严格。

皮克认为，如果要实现“人人实现制造数字化”的未来，首先需要重新思考数字化制造工具的价值，并将它们作为“以更低的成本制造几乎任何其他机器的机器”。秉承这种思维方式，需要确保这些机器能够制造出能反映环境（社会，材料和技术）的事物。这将从各方面促使数字化工具的多样性生成，并能让更多的人接触使用。^[12]量产工具的分发一旦变成日常进入了人们的日常生活，“人人实现数字化”这一未来才具备了巨大可能性。

[1] “The Official History of the RepRap Project.” All3DP, April 8, 2016. s10.io/reprap.

[2] “Rapid Prototyping, Tooling and Manufacturing State of the Industry”, Wohlers Report 2005. Wohler Associates. Accessed October 2, 2019. s10.io/protoolman.

[3] Swartz, Aaron. “Guerilla Open Access Manifesto.”archive.org,July2008. s10.io/swartzmanif.

[4] Kurman, Melba, and Hod Lipson. Fabricated: The New World of 3D Printing. Wiley, 2013.

[5] Gershenfeld, Neil. “How to Make Almost Anything: The Digital Fabrication Revolution.” Foreign Affairs, 2012. s10.io/digfabrev.

[6] “The Fab Foundation.” The Fab Foundation. Accessed October 2, 2019. s10.io/fabfound.

[7] “WikiHouse.” WikiHouse. Accessed October 2, 2019. s10.io/wikihouse.

[8] Ibid.

[9] Cascone, Paolo. “African Fabbers Project.” CODESIGNLAB. Accessed October 2, 2019. s10.io/africanfabbers.

[10] Peek, Nadya Meile. "Making machines that make : object-oriented hardware meets object-oriented software." MIT, 2016. 17. s10.io/peekmachines.

[11] Ibid.

[12] Ibid,2.

作者信息

#Writer

Mollie Claypool

Co-Director, Design Computation Lab (designcomputationlab.org)

Theory Coordinator, MArch Architectural Design

Managing Editor, Prospectives (journal.b-pro.org)

The Bartlett School of Architecture, UCL

下篇将于明日进行发布。

本文图片除特别标注外，均由原作者提供

原文地址：https://space10.com/project/digital-in-architecture/

撰文 / Mollie Claypool

翻译 / Daedalus，Sai

新媒体编辑 / Sai

视觉 / Sai

© 建筑实践    

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