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摘要：智慧城市的發(fā)展使數(shù)字化概念滲透到建筑學(xué)本科高年級(jí)教學(xué)中，如何幫助學(xué)生適應(yīng)將建筑學(xué)繪畫空間理念與數(shù)字設(shè)計(jì)有效融合，使學(xué)生“表達(dá)”設(shè)計(jì)而非簡單機(jī)械地輔助建模，是當(dāng)今城市設(shè)計(jì)教學(xué)改革的新思路。以立體主義繪畫空間思維與數(shù)字化設(shè)計(jì)的融合為切入點(diǎn)，搭建設(shè)計(jì)教學(xué)框架，從問題探索、空間整合、場景塑造和規(guī)則構(gòu)建四個(gè)階段進(jìn)行優(yōu)化，使學(xué)生在方案設(shè)計(jì)中形成一套完整的數(shù)字融合設(shè)計(jì)模式。教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，學(xué)生開始以更多元的方式展開設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了繪畫空間與數(shù)字化設(shè)計(jì)的有機(jī)結(jié)合。
隨著數(shù)字信息技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)字化設(shè)計(jì)已滲透到城市設(shè)計(jì)課程等教學(xué)領(lǐng)域。哲學(xué)家安迪·克拉克認(rèn)為，人類在適應(yīng)新技術(shù)的過程中，會(huì)不斷受到技術(shù)的反饋?zhàn)饔茫淖冎晕遗c工具的關(guān)系[1]，這種后人文主義的觀念表明，建筑設(shè)計(jì)在與技術(shù)相適應(yīng)時(shí)，應(yīng)隨著技術(shù)的不斷更新而改變相應(yīng)的思維方式。吉迪恩曾在《空間·時(shí)間·建筑》中指出，透視畫法和科學(xué)技術(shù)的協(xié)同發(fā)展得以促進(jìn)文藝復(fù)興時(shí)期拱廊在建筑中的頻繁應(yīng)用[2]。拉斯金提出“思考的雙手”，認(rèn)為機(jī)器不僅是建造的工具，同樣是思考的工具。哈迪德事務(wù)所設(shè)計(jì)的上海凌空SOHO是基于繪畫空間理論的參數(shù)化生成之作。麻省理工人文系為學(xué)生設(shè)置了非線性敘事理論與實(shí)踐課程，在數(shù)字化設(shè)計(jì)和人文藝術(shù)之間搭建了一座橋梁[3]。數(shù)字技術(shù)拓展了建筑設(shè)計(jì)與教學(xué)的方式，在這個(gè)信息與文化碰撞的當(dāng)下，重新思考并構(gòu)想建筑學(xué)教育的未來已變得非常迫切。文章以建筑學(xué)空間理念中的傳統(tǒng)繪畫空間理論為指導(dǎo)思想，引導(dǎo)學(xué)生在設(shè)計(jì)初期形成一定的空間概念，并構(gòu)建具有藝術(shù)思想與數(shù)學(xué)邏輯的模型，從而將傳統(tǒng)理論觀念滲透于實(shí)踐中，拓展設(shè)計(jì)思維，從而更具有創(chuàng)新性地表達(dá)設(shè)計(jì)作品。
1城市設(shè)計(jì)課程教學(xué)發(fā)展與現(xiàn)存問題
區(qū)別于傳統(tǒng)城市設(shè)計(jì)中對(duì)物質(zhì)形態(tài)與視覺審美的注重，如今的城市設(shè)計(jì)更趨向于地域化、理性化和經(jīng)濟(jì)化，設(shè)計(jì)思潮與成果的表現(xiàn)方式更加多元。隨著“智慧城市”“新城建”等國家戰(zhàn)略的提出，以及“智能新工科”等教育范式的改革，城市設(shè)計(jì)需要培養(yǎng)多角度思考問題的能力。我們也應(yīng)客觀地認(rèn)識(shí)到，數(shù)字技術(shù)僅僅是一種設(shè)計(jì)教學(xué)與應(yīng)用的方法，并不能完全替代其他領(lǐng)域的努力，也不能完全否定傳統(tǒng)教學(xué)的意義[4]。因此，現(xiàn)代城市設(shè)計(jì)課程教學(xué)應(yīng)做到數(shù)字化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)空間思維的有效融合，使兩者在設(shè)計(jì)過程中互動(dòng)延伸，實(shí)現(xiàn)城市空間的傳統(tǒng)延續(xù)和現(xiàn)代轉(zhuǎn)型的過渡。Rhino、BIM、ArcGis等數(shù)字軟件的廣泛應(yīng)用，使城市設(shè)計(jì)課程教學(xué)擁有了更多選擇形式。課程中不再拘泥于“空間與形式”，而是以數(shù)字技術(shù)為出發(fā)點(diǎn)，不斷拓展教學(xué)模式的邊界。雖然數(shù)字化設(shè)計(jì)加速演進(jìn)了新的建筑表現(xiàn)與生成形式，提高了設(shè)計(jì)課程教學(xué)效果，但由于國內(nèi)現(xiàn)行教育體系受“布扎”和“包豪斯建筑教育”等歐洲學(xué)院派思想的影響[5]，“建筑即藝術(shù)”的觀念根深蒂固。在一些學(xué)校的課程設(shè)置中強(qiáng)調(diào)傳統(tǒng)技法表現(xiàn)，對(duì)數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用持排斥態(tài)度。與此同時(shí)，許多學(xué)校由于缺少從空間到技術(shù)的系統(tǒng)性思維以及相關(guān)數(shù)字技術(shù)理論支持，理論與實(shí)踐脫節(jié)，難以形成適合當(dāng)今數(shù)字時(shí)代的設(shè)計(jì)教學(xué)體系。因此，在城市設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革中，如何使學(xué)生在構(gòu)建清晰的知識(shí)脈絡(luò)基礎(chǔ)上，靈活運(yùn)用數(shù)字算法，將空間思維與數(shù)字化表達(dá)的手段有機(jī)融合，成為當(dāng)前城市設(shè)計(jì)課程教學(xué)改革中亟待解決的問題。
2城市設(shè)計(jì)課程主要改革內(nèi)容
本質(zhì)上看，空間是城市設(shè)計(jì)的第一要素。凱文·林奇曾說：“一座城市，無論景象多么普通，都會(huì)給人帶來快樂。”[6]建筑不同的圍合方式、縱橫的路網(wǎng)以及動(dòng)感的光影，使城市空間富有畫作般的表現(xiàn)力。人們透過玻璃幕墻眺望時(shí)，光影、街景和道路被限定在清晰的框架里，就像畫境里延綿的景深。柯林·羅在總結(jié)吉迪恩對(duì)透明性理解的基礎(chǔ)上做了進(jìn)一步的闡述——不同圖形共享同一底面，彼此滲透交疊，卻又不在視覺上產(chǎn)生破壞[7]。城市空間的生成同樣運(yùn)用了互滲、分割、穿插、圖底交疊、“空間-時(shí)間”等幾何手法。如“光與水花園”、諾巴里斯公園、威尼斯城市開發(fā)項(xiàng)目方案、代官山集合住宅街區(qū)、拉維萊特公園（表1）。2020年下半學(xué)期，河北工程大學(xué)建筑四年級(jí)城市設(shè)計(jì)課，以邯鄲市高校周邊城中村為設(shè)計(jì)對(duì)象，展開以“傳承、科技、創(chuàng)新、智慧、生態(tài)、共享”為主題的城鄉(xiāng)人居設(shè)計(jì)。關(guān)注以空間為媒介，引導(dǎo)學(xué)生探索設(shè)計(jì)方法，跳出單一空間思維模式，試圖找尋空間思維與數(shù)字化表達(dá)的整合方式。設(shè)計(jì)用地位于邯鄲市區(qū)東部，毗鄰新校區(qū)、市體育中心和市高鐵站，然而基于邯鄲市東部規(guī)劃的文娛區(qū)內(nèi)，用地現(xiàn)狀為城中村，已不能滿足城市現(xiàn)有需求，需要引入新元素，從而帶動(dòng)原有城市的更新與發(fā)展。本次教學(xué)重點(diǎn)圍繞三方面基本問題展開設(shè)計(jì)：（1）空間思維整合：重視前期調(diào)研與文獻(xiàn)的收集，扎實(shí)基礎(chǔ)理論知識(shí)研究，學(xué)習(xí)以立體繪畫空間為切入點(diǎn)展開方案設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)繪畫空間指導(dǎo)下的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，充分利用場地空間及周邊環(huán)境的現(xiàn)有資源。（2）場景表達(dá)塑造：融和現(xiàn)有城市結(jié)構(gòu)，充分考慮土地使用、建筑形態(tài)及其組合、開放空間和人的活動(dòng)方式、交通停車、城市環(huán)境設(shè)施與基礎(chǔ)設(shè)施等問題，承接城市規(guī)劃遠(yuǎn)期目標(biāo)。（3）設(shè)計(jì)理念與方法的創(chuàng)新：分析市民需求，運(yùn)用創(chuàng)新數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，結(jié)合周邊的城市功能提出富有創(chuàng)意的策劃與設(shè)計(jì)概念。
3城市設(shè)計(jì)課程內(nèi)容設(shè)置與組織過程
本專題教學(xué)以高校城中村為實(shí)踐載體，以立體主義繪畫空間思維的形成為構(gòu)思媒介，以數(shù)字化設(shè)計(jì)方法為優(yōu)化工具，進(jìn)行城市空間的轉(zhuǎn)譯，引導(dǎo)學(xué)生探索傳統(tǒng)空間思維和數(shù)字化設(shè)計(jì)深度結(jié)合的教學(xué)模式，優(yōu)化問題探索、空間整合、場景塑造、規(guī)則構(gòu)建四個(gè)階段，進(jìn)而形成系統(tǒng)的空間思維與設(shè)計(jì)表達(dá)邏輯（圖1）。
3.1問題探索
我們?cè)谇捌趩栴}探索階段，分別進(jìn)行了城市功能、現(xiàn)有居民問卷調(diào)查與基地單體建筑的分析，并指出所需要解決的問題，明確研究結(jié)論，安排學(xué)生提出自己的前期構(gòu)思和設(shè)計(jì)理念（圖2）。城市功能：存在服務(wù)半徑與需求半徑不匹配的基本矛盾。由于不同人群的活動(dòng)半徑不同，因此城市需要根據(jù)不同群體對(duì)空間的相應(yīng)需求進(jìn)行更新完善。基地現(xiàn)有居民問卷調(diào)查與抽樣訪談：收集當(dāng)前居住環(huán)境對(duì)其日常活動(dòng)的滿意度和未滿足的活動(dòng)需求空間，得到受訪者對(duì)住宅建筑和街道尺度的感性評(píng)價(jià)。存在居民對(duì)于部分建筑活動(dòng)需求滿意度較低，以及基礎(chǔ)公共設(shè)施匱乏的問題。建筑物分析：用地中是兩個(gè)自然村落，主要為近些年建成的一二層自建磚混住宅與尚未發(fā)現(xiàn)的值得保留的歷史建筑。
3.2空間整合
以問題探索階段的調(diào)查研究結(jié)論為依據(jù)，以城市空間形態(tài)的宏觀把控和多元系統(tǒng)整合為主要內(nèi)容，根據(jù)前一階段提出的目標(biāo)和理念進(jìn)行概念性設(shè)計(jì)，重點(diǎn)培養(yǎng)學(xué)生的整體觀和全局觀，是四個(gè)教學(xué)階段里最為重要的一環(huán)。將此階段分成兩個(gè)環(huán)節(jié)，分別為理論研究與設(shè)計(jì)實(shí)踐，并在實(shí)踐中將立體主義繪畫空間融入算法，從幾何數(shù)字化、性能數(shù)字化到建造數(shù)字化依次推進(jìn)。本次教學(xué)結(jié)合相關(guān)理論與經(jīng)典案例對(duì)城市空間模式及發(fā)展動(dòng)因進(jìn)行解析。立體主義繪畫作為透明性理論的基礎(chǔ)，受塞尚結(jié)構(gòu)觀念的啟發(fā)，追求以幾何形狀解構(gòu)事物，并將分離的畫面重新組合，使三維空間的畫面歸結(jié)成平面、兩維空間的畫面。學(xué)生在進(jìn)行概念設(shè)計(jì)時(shí)，通過立體繪畫空間思維對(duì)城市進(jìn)行拼貼。透明性是從立體主義繪畫中提煉出來并逐漸演化為建筑學(xué)中的一種觀點(diǎn)。柯林·羅認(rèn)為透明性分為物理透明與現(xiàn)象透明，在現(xiàn)代主義建筑中分為以包豪斯校舍為代表的物理透明和以加歇?jiǎng)e墅為代表的現(xiàn)象透明。包豪斯校舍強(qiáng)調(diào)玻璃的透明性，與之相對(duì)應(yīng)的是立體主義繪畫《共時(shí)的窗子》，加歇?jiǎng)e墅則展現(xiàn)出多層次的空間效果，空間相互穿插滲透，措置有方，與萊熱的《三副面孔》具有異曲同工之處。將平面不同方向的網(wǎng)格或底圖交疊穿插，使之相互交合、滲透，已經(jīng)成為當(dāng)代設(shè)計(jì)教學(xué)普遍使用的方式[8]。在教學(xué)階段，學(xué)生通過對(duì)城市系統(tǒng)的磨合與設(shè)計(jì)深度進(jìn)行推進(jìn)，數(shù)字化的概念性設(shè)計(jì)隨著教學(xué)進(jìn)程的推動(dòng)而加深與具體化。數(shù)字化設(shè)計(jì)包含狹義與廣義兩層釋義，狹義數(shù)字化建筑設(shè)計(jì)包括參數(shù)化建模技術(shù)、建筑生成設(shè)計(jì)、算法等內(nèi)容；廣義的數(shù)字化建筑設(shè)計(jì)包括三維建模技術(shù)、建筑信息模型技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)、數(shù)控加工技術(shù)等[9]。建筑聯(lián)盟學(xué)校的奧斯托斯所指導(dǎo)的課程運(yùn)用非線性的形態(tài)空間、光影聲像等手法塑造建筑與城市。這種空間與數(shù)字化融合的設(shè)計(jì)方法已作為空間認(rèn)知、生成、整合和表達(dá)的一種結(jié)構(gòu)、語義策略，是一種有效的設(shè)計(jì)邏輯過程[4]。學(xué)生在設(shè)計(jì)初期需建立空間幾何關(guān)系，用來約束和維持對(duì)象間的幾何關(guān)聯(lián)。運(yùn)用拼貼（Attachment）、疊加（Top）、穿插合并（Combination）的手法，形成無限趨于復(fù)雜的空間形態(tài)（圖3）。并且在進(jìn)行地塊選擇前的動(dòng)態(tài)行人仿真模擬中，引入PEDSIM算法（圖4），針對(duì)研究基地的人群活動(dòng)習(xí)慣進(jìn)行調(diào)研，獲得主要活動(dòng)場合，再對(duì)一定范圍內(nèi)的標(biāo)志性建筑進(jìn)行標(biāo)記，最終對(duì)出發(fā)點(diǎn)和輻射范圍進(jìn)行了設(shè)定（圖5）。
3.3場景塑造與規(guī)則構(gòu)建
場景是對(duì)“空間+環(huán)境+行為”的綜合表達(dá)，強(qiáng)調(diào)在建立整體城市空間秩序的基礎(chǔ)上重視城市空間與人的關(guān)系。學(xué)生運(yùn)用蟻群算法，主要解決人流出發(fā)點(diǎn)和匯集點(diǎn)的問題，在找到合適的點(diǎn)位后，設(shè)定相關(guān)路徑的干擾因素。將蟻群路徑類比人類路徑，對(duì)路徑不斷地進(jìn)行優(yōu)化，包括主次出入口、景觀點(diǎn)、建筑形體、光照、院落的合理布置，提出對(duì)城市空間未來的思考（圖6）。并且引導(dǎo)學(xué)生從視線、人流、文脈、對(duì)未來的思考的角度出發(fā)，通過前期調(diào)研，提出斜線穿地設(shè)計(jì)思路，主體視線為南門口的人流視線，次要輔助斜線景觀視線通廊。其次，根據(jù)上位規(guī)劃，采用裝配式建造方式。通過對(duì)螞蟻路徑的研究發(fā)現(xiàn)，螞蟻總是會(huì)在一定時(shí)間內(nèi)獲得最優(yōu)路徑，而通過觀察校園的一些自發(fā)的小道，調(diào)查發(fā)現(xiàn)了類似的行為模式，將螞蟻的行為模式運(yùn)用于人的路徑尋找方面，于是提出“螞蟻搬家”理念，引入蟻群算法，發(fā)現(xiàn)蟻群行為路徑的結(jié)果與人類高度相似。將感性的創(chuàng)造性的成果轉(zhuǎn)化為明確的、可解讀的規(guī)則，通過城市設(shè)計(jì)導(dǎo)則的制定和表述使學(xué)生更加理性地對(duì)待城市設(shè)計(jì)，按照結(jié)構(gòu)、類型、要素，從不同層級(jí)歸納表述城市開發(fā)必須遵循的和建議性的系列規(guī)則，更深刻地理解城市空間發(fā)展的復(fù)雜性和動(dòng)態(tài)性，在優(yōu)化完善教學(xué)過程階段，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任和規(guī)則意識(shí)，也應(yīng)成為城市設(shè)計(jì)教學(xué)努力的方向。
4學(xué)生作業(yè)評(píng)價(jià)
在空間思維整合層面上，學(xué)生靈活運(yùn)用所學(xué)的立體主義繪畫空間知識(shí)，并容納裝配式單體建筑的特點(diǎn)，以繪畫的形式對(duì)建筑群體展開組合，以延伸，拼貼、疊加、穿插合并手法的應(yīng)用與道路系統(tǒng)的相連接，形成多樣化、多層級(jí)的城市網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。在場景表達(dá)塑造層面上，學(xué)生通過PEDSIM算法發(fā)現(xiàn)原有基地問題，以一種全新的城市布局對(duì)其進(jìn)行改造。在理念與技術(shù)創(chuàng)新層面上，學(xué)生在空間整合過程中數(shù)字概念的形成，看起來似乎是片面的技術(shù)游戲，但卻點(diǎn)出了數(shù)字化設(shè)計(jì)教學(xué)的一個(gè)可行的策略和方向：建筑表象并非恣意的想象而生，而是建筑本體生成的邏輯結(jié)果[10]。在全套設(shè)計(jì)流程中，學(xué)生不僅考慮到城市空間的組合、城市功能的劃分、新興技術(shù)的應(yīng)用等基礎(chǔ)問題，還通過算法探究蟻群類比人群的心理特征，獨(dú)辟蹊徑地利用裝配式建筑易于拆裝與組合的特點(diǎn)展開總體布局，進(jìn)而創(chuàng)造性地思考未來城市的發(fā)展。居住組團(tuán)更新中，為了在一個(gè)新的城市中營造出原有居民熟悉的氛圍，展開了新的建筑平面構(gòu)成，提取原有城市肌理，并通過蟻群算法解決相應(yīng)問題。城市更新中，將不同的居住組團(tuán)按照原有平面肌理構(gòu)成后，依照各類人群對(duì)環(huán)境和建筑空間的不同需求，將各個(gè)居住組團(tuán)合理分布在整個(gè)建筑骨架上，形成具有空間感的城市脈絡(luò)，從而創(chuàng)新性地完成場景的劃分（圖7）。
5教學(xué)總結(jié)與反思
以大學(xué)城人居環(huán)境更新設(shè)計(jì)的專題，組織建筑學(xué)本科四年級(jí)的城市設(shè)計(jì)教學(xué)，是對(duì)學(xué)生空間思維能力與實(shí)踐操作手段進(jìn)行整合與提升的有效機(jī)制。在數(shù)字化發(fā)展已經(jīng)成為大勢所趨的今天，在本科高年級(jí)設(shè)置數(shù)字化設(shè)計(jì)專題，能夠通過整合與優(yōu)化教學(xué)體系，培養(yǎng)學(xué)生形成更具有創(chuàng)新性與時(shí)代性的多元學(xué)術(shù)視野。經(jīng)過一個(gè)教學(xué)周期的實(shí)踐，上述大學(xué)城人居環(huán)境設(shè)計(jì)專題教學(xué)思維框架，基本能夠?qū)崿F(xiàn)前期擬定的重點(diǎn)待解決問題。根據(jù)課后問卷調(diào)查及個(gè)別學(xué)生訪談發(fā)現(xiàn)，空間與數(shù)字化設(shè)計(jì)的應(yīng)用激發(fā)了學(xué)生對(duì)建筑與城市設(shè)計(jì)的興趣，在未來的城市設(shè)計(jì)課程中，學(xué)生更多地關(guān)注空間與數(shù)字技術(shù)的結(jié)合，主動(dòng)了解并運(yùn)用數(shù)字化設(shè)計(jì)軟件，以表達(dá)和深化設(shè)計(jì)方案。通過課改總結(jié)出：在教學(xué)過程中，以繪畫空間為導(dǎo)向，使學(xué)生在新的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法基礎(chǔ)上形成空間邏輯，從而形成具有創(chuàng)新性、精確性的設(shè)計(jì)思維。這是幫助建筑學(xué)學(xué)生建立多元化設(shè)計(jì)思維的一次嘗試，同時(shí)也是對(duì)傳統(tǒng)建筑教育的薄弱環(huán)節(jié)——數(shù)字技術(shù)與空間融合的有力補(bǔ)充。
作者：王曉健 孫小葉 王子瑄 單位：河北工程大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院 河北工程大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院 河北工程大學(xué)建筑與藝術(shù)學(xué)院
