1.数字建筑设计

数字建筑设计是数字技术与建筑设计的结合，当数字技术渗透到现行建筑设计的各个方面，大大提高了建筑设计的效率和质量，比如对于几何形体的设计及控制变得更容易，设计的精确度得到不断提高；数字渗透还实现了建筑师过去的许多建筑理想，比如生态建筑措施性能模拟、环境响应等在数字技术支持下可以得到更高程度的实现，再如“建构理论”推崇建筑形式忠实表现建筑的结构及构造逻辑，而算法生形及数控加工可以最高程度地实现形式与结构系统及材料构造逻辑之间的对应。

另一方面，数字技术催生了新的建筑设计趋势。首先，数字技术改变了建筑师的设计思考方式，比如将寻找“关系”及“规则”作为设计的出发点，将算法作为设计的核心内容，这与传统的设计思维有着极大的不同；其次，数字技术还改变了设计过程，它不再是建筑师通过灵感的形式创造过程，而变成了基于设计需求、通过构筑参数模型反复求解的形式搜寻及形式优化过程；再者，数字技术将彻底改变设计、加工、施工的组织方式，在设计的过程中，建筑师需要与跨专业的专家如结构工程师、软件工程师、材料工程师、加工厂商、施工技术员等通力合作来完成设计，而设计与加工、施工之间的联系方式将以数据及软件参数模型为媒介进行传递，建筑师对加工及施工的控制程度将极大地提高。数字技术促使建筑设计向着更科学化的方向发展，作为专业型的硕士研究生有必要了解和掌握新的理论和方法。

2.数字建筑产业链

随着智能工业的蓬勃兴起，建筑工业也将在这场信息工业革命中脱胎换骨，数字建筑产业链正是未来建筑工业发展的目标，它包含数字建筑设计、建筑构件产品的数控加工、自动化施工、智能物业管理等方面。在这一产业链中，数字建筑设计是起点和先端，它首先决定建筑的空间形式以及各专业的设计，并进而决定建材构件及产品的加工方式，同时影响或决定施工方法。建筑建成后，设计文件的好坏还将影响建筑全寿命周期的运维管理，它将作为联系纽带贯穿产业链的始终。因而，数字建筑设计对未来建筑工业的发展

至关重要，这也将是建筑师执业的基本要求。

数字建筑产业链的出现标志着建筑业将从传统的人工劳动密集型的产业向着技术集成型的新型产业蜕变升级, 它将有效解决劳动力成本上升、建筑加工及施工污染、从设计到施工各环节之间衔接不当而带来的浪费等种种问题，进一步提高人类建造居所的生产能力。因此，数字建筑设计实际上关系到社会、经济、环保等人类发展大问题。

3.创造建筑学新知识

从建筑教育的角度来看，传统的教育方式已不能满足新的要求，经典的建筑教育范式逐渐褪色无效，时代正在呼唤建筑教育创新。

建筑学科具有宽泛性及包容性，这种特性是在开放性的基础上不断与其他学科交融，以及与新的需求结合的前提下自然形成的。站在当今的角度上观察，新的科学与技术、新的人文与艺术，在这个时代已经蓬勃生变，其发生速度如此之快，迫切要求建筑学科及建筑教育有所反应、有所作为，但问题是建筑学科交融及结合的速率不可能如此之快，也就是说许多不成熟的东西是否可以成为今天建筑及教育的内容？

为了回答这个问题，让人想起了屈米提倡的建筑设计教学方法，他认为在当今“建筑设计课程是最好的实验室”，可以探索未知的新设计；同时也让我们想到西方许多建筑学校在全世界布点的举动，他们一方面想要把他们的建筑观念及特色传播到各地，另一方面也试图通过这些据点吸取各地，特别是热点地区的新信息，以激发本身的教育活力（当然从表面上看，有些学校是为了招生的需要）。这种建筑教育的战略似乎对我们具有较强的启发，我们应该在建筑教育的同时，试图创造建筑学新知识。也就是说，将那些新的可能性放进建筑教育之中，师生共同探索建筑学新领域。事实上这也就是研究型教育，师生的关系发生了变化，师生共同面对问题，教师的作用在于引导和启发，学生进行寻路性学习及研究；当然这种方式要求教师自身要有对相关问题的深入研究或实践经验，能够使学生掌握正确的学习和研究方法。事实上，我们把“清华研究生数字建筑设计课程”定位在这种研究型教育方式，试图让它适合于当今的教育需要，同时也成为面向未来的建筑教育途径。

4.直面新生活需求及城市问题

建筑学科很明显是围绕着人的生活需求而展开的，随着时代和社会的发展，特别是近几十年来由于自然科学和社会科学的发展，给人类生活带来了巨变，产生了一系列新的生活方式及新的生活要求。如互联网技术的发展改变了多数人的交往方式及购物方式，如高速铁路的建设和汽车的激增，改变了人们的生活半径，这些变化应该反映在建筑设计之中，事实上，当把新的生活内容及方式作为设计条件的时候，建筑设计也具备了创新的基础。

本集收录的设计题目涉及中国和日本的7个城市，中国城市与日本城市处于不同的发展阶段，前者为开发新建及急速扩张，后者则为建成环境再建改造或灾后重建，建筑设计所面临的城市问题因而有所不同，设计的策略也应不一样，在两种城市的对比设计研究中，深深体会到两种不同的设计态度，一种是“创造性地设计新形象”，另一种是“小心谨慎地追求精致”。其实，这两种态度似乎对于城市的未来都缺少一点预期。在设计课程教学中，把对我们生活的城市的未来期许当作教学目标，因而探索了一条“数字生态”的设计途径，即通过数字技术实现更自然有机的连续性设计，这可以从收录的设计作品中看见。在这样的设计思想下，无论中国还是日本城市地段的设计题目，仍需要考虑某些共同的问题，如城市的历史文化、人文传统、场地条件、环境影响、社会问题等，并且把这些因素当作创造数字生态设计的基础。

5.历史文化研究及场地体验发现

尽管我们把课程设计定位在数字技术及有机生态的方向上，但是，不同题目所处地区的历史文化以及风土人情仍然是设计研究的重要内容，因为这些传统因素经过计算代码的转译以及有机形态的融合，将使最终的设计具有识别性，它可以标注设计成果的文化特征，使设计具有特定的归属性，最终又体现在建筑形象及空间的专属特性上，从而导致使用者具有认同感。比如“海上富士”的设计从日本传统绘画中的波纹及富士山体的形态出发，通过程序生成三维空间构筑了未来海上城市的有机形象，饱含日本精神和日本品味。

数字建筑设计更具有复合及包容的形态生成能力，通过参数模型及程序语言，设计结果可展现出更多的原型因素的影响。对设计地段的调研及体验，往往会发现意想不到的原型基因，它可直接地影响生成逻辑，进而产生特有的场地形态，比如在“大阪梅田站前项目”的设计中，学生对场地的观察中，体会到现状人流流向是一个重要的设计因素，它将决定站前项目的入口设置、交通组织、开放空间，乃至建筑群形体组合，而进一步观察发现，人流不仅从地面上经过，而且来自于地下空间及天桥，并且穿行于楼宇之间，新项目

的设计把这一复杂的动态流线作为基本图解，再运用软件工具生成设计，结果展现出了属于场地的新建筑。这是一种现象学的设计思想，即通过亲身体验和直觉捕捉，找到直观现象因子，通过数字技术转译成建筑设计。

6.未来生活使用模式的研究

当我们把教学目标定位在研究未来人居形态，我们并没有空洞地构筑未来空间形象，而是从人类自然科学及人文科学最新发展的成果，去研究未来人们可能的新生活模式以及生活需求，从而预测或设想某种新的活动方式，并基于此展开建筑设计的形式及空间创造。如日本茨城快速机场的设计中，基于快速机场应提供小型城市那样的多功能综合性服务特点，要求首先研究一种新的机场登机及多种服务模式，并以此为基础进行建筑设计。目前机场中的功能流线是如此的刻板，乘客必须按照规定的顺序完成停车，换登机牌，托运行李，进行安检、候机、登机等一系列规定动作。这完全限制了乘客在机场进行会议、商务、展示、住宿、娱乐等多功能使用，不能实现快速机场的高效性服务要求，因而也就谈不上“快速”。

“游牧机场”的设计研究提出了一种新型的机场登机模式，即根据未来概念车和未来车联网的原理，设计了适用于本机场个人使用的移动单元体，它的内部安置了电子操控屏， 可帮助完成身份识别、办理登机手续和托运行李，同时移动单元体可在机场空间内自由驾驶，登机前可通过程序联系其他移动单元体或机场服务设施进行各种形式的活动，当登机时间到的时候移动单元体可直接移动到机前进行登机。这种机场服务模式的更新，为乘客登机以及登机前的各种活动提供了极大的灵活性，从而真正实现快速机场的目标。从机场空间设计的角度来看，由于这一模式给人们提供的活动方式是一种自由而非固定流线式的，因而移动单元体形成了一种游牧状的活动形式，最重要的在于建筑的形式以及空间数字软件可以从这一游牧形状中生成。“游牧机场”的设计成果是别致而新颖的，但是，它并非空穴来风，而是研究了新型的服务模式及人与人的关系，并借助于新的技术可能而创造出的未来建筑形态。

7.丰富的动态性及连续性

动态性包含了运动及延时两个概念，即在空间上从一点到另一点，及在时间上从一个时点到另一个时点；连续性则指运动及延时不断进行；这种不断进行的运动及延时产生了极大的丰富性。建筑作为人类的居住场所，自然以人为中心，并且是联系人与周边自然环境的媒介；人类具有天生的动态性，而自然更是时刻都在千变万化，那么，建筑如何反映这种动态及变化呢？数字技术给我们提供了有力的工具，用它可以捕捉、分析人类活动行为以及环境变化信息，进而把结果写成代码，通过计算机图形学转换成形态，从而获得建筑雏形，并进一步发展成建筑设计进行建造。这一数字建筑设计的方法及过程可以真正实现“人、建筑、环境"之间的水乳交融及整体合一，创造更加宜居的生活环境。

因此，运用数字方法，使建筑设计充分表现人类及环境所具有的丰富的动态性及连续性，是我们这一设计课程的目标，也是我们基本的建筑观。其实，这是一种非线性的世界观，即认为世界是运动、自由、不规则、自组织、远离平衡状的；建筑在表现了这种连续变化的时候，也应该呈现出一种非线性的存在状态。

8. 算法的形态生成

数字建筑设计的核心内容是通过软件程序自动生成形体，而形体生成需要算法。算法是一系列按顺序组织在一起的逻辑判断和操作，即指令，它们共同完成形体生成的任务。算法生形可通过不同的途径完成，比如，使用已有软件菜单，如Rhino软件里的放样操作，也可使用已有的参数化设计软件，如DP、GC、Grasshopper 等建立形态参数模型来生形，这是因为在软件菜单的背后也是算法在起作用；或利用已有软件的脚本语言描述算法进行计算生形，如MAYA里的MEL语言或Rhino里的RhinoScript等；当然，我们也可在操作系统平台上编写程序描述算法，通过计算生成形体或建立参数模型进而生形，从而得到设计雏形，并进一步将其发展成设计方案。

算法生形是本设计课程的基本要求之一，在对各种来自人的行为活动要求及外部环境条件因素综合分析的基础上，针对分析结果选择或创造算法，利用软件技术进行设计形体计算生成。比如“分形城市”使用DLA算法在特定地形上生成枝杈形态，作为道路系统及建筑雏形发展出最终设计；“聚集—自然—生长”使用元胞自动机算法单胞相互作用形成的集群形态作为建筑群落，形成了设计；“成纤维细胞”则是研究了人体缝合伤口的成纤维细胞弥合伤口的生物形态变化过程，利用TSpline、Millipede、Grasshopper、Weavebird等软件组合来模拟形态发生过程，并用于规划景观的设计；“准晶空间”以准晶体结构关系为基础构筑算法生成适合于码头使用要求的形态空间发展出码头的复杂体量。算法生形的优势在于可面对复杂的使用及环境要求，并有的放矢地通过计算生成满足要求的复杂建筑形

体和空间。

9.可建造性潜力

算法生成的数字建筑设计虽然形体看上去复杂，但它具有基本的内在逻辑。当计算机执行程序算法的指令，把输入信息转换成图形时，从计算机图形学的角度来说，需要借助于几何关系、通过计算构筑机内形体，这一形体的构筑过程正是计算机内部的虚拟建造施工过程；其所依赖的几何关系可以完全超出经典的欧几里得几何体系，包含有计算几何、微分几何、分形几何、拓扑几何、凸几何、组合几何、 排列几何、直观几何等，因而，复杂形体的内在逻辑，实际上就是算法生形时所用的几何关系，它是形体及空间构筑的基础，使生成的形体具有可以实际建造的潜力。

当然，生成的形体在计算机内并没有尺度，只有确定了它的尺寸，才能成为建筑的设计形体；对于建造来说，这一设计形体还必须放在地球引力及其他环境外力的作用下，经过结构的受力计算，才能最终成为可建造的建筑。但是，算法生形所固有的几何逻辑可以提取出来作为建筑结构系统的基础，这奠定了它可发展成实际可建造的建筑的可能性。

由此我们也能清楚地看到，用算法生成设计可更大限度地使建筑设计满足使用及环境的要求，其生成结果具有复杂的优美性，形体及空间与生俱来就有可建造性潜力，这便是数字建筑设计的特点。