全过程算法建筑设计-广安文化艺术中心

01.

序  

“算法设计与逻辑生成”是面向未来“全过程数字化设计”的基础，亦是建筑与城市规划学科适应“数字时代”跨专业转型的必经之路。同时它也可以赋能现今提倡的“工业4.0”中最为核心的“智能生产”环节。BlueTeam携手 Refactoring 团队在“广安文化艺术中心”设计实践中全程贯彻这种前沿的思维模式，寄望于开拓一片崭新的学科新天地。  

02.

背景  

广安市是成渝双城经济圈的示范城市，广安经开区是川东北唯一的国家级经济技术开发区。广安文化艺术中心坐落于四川省广安市经开区奎阁街道。 他是经开区一个重要的组成部分。立足“国际视野、长远眼光、经开区特色”，将经开区文化艺术中心打造成集展览展示、产业招商、商务合作、科普教育等为一体的，多功能公服设施，是广安市人民政府拟定的目标定位。  

城市热点

03.

概念  

在设计之初, BlueTeam与 Refactoring 团队将项目的功能定义为三大部分：  

一.全公共区域（Abslutely Public)：一个提供给市民休憩，娱乐以及运动的开放空间（Open Space），它将作为公园的一部分，在保持其完整性的前提下，提供更多功能的可能性，弱化建筑体量感；  

二. 半公共空间(Exhibition Function): 我们将城市展厅与产业展示区合为一处，置于地下，共享了服务空间，且与“产城一体”的布展策略达成一致；  

三. 服务功能（Service Module）：服务区（商务洽谈、科普教育、档案管理、多功能会议厅等）属于目的性强及私密要求高的区域，它们均为小面积功能区间，因此可以将其化繁为简，制造成预制装配化的模块，放置在“全公共区域”上空（Hanging）。结构平台（Platform）为现场建造，在承载功能模块的同时，提供多元化绿植半室外空间。而功能模块（Function Module）为工厂预制，降低了工程成本，提高了施工效率。

概念及生态线索

用竖向叠加（Vertical Overlap）的方式将这三个功能区有机串联：由结构，交通及提供自然通风采光的复合功能构件加以链接，不仅使其相对独立，减少相互干预，并使来访者可以顺畅的浏览整个建筑：从入口进入  => 俯瞰整个“产城一体”展厅  =>  垂直交通载入功能服务模块。  

功能与流线

04.

生态线索

作为一栋适应未来“可持续发展”（Sustainable Soceity)社会的综合建筑，其生态特征是必备条件之一，因此，我们将设计定义成五个生态组成部分（ECO-TRACE)：  

一.生态树（Eco -Tree）  ：结构，交通，自然通风采光复合体；  

鸟瞰

三.生态屋面（Eco - Roof）：公共开放空间，为来访者提供休憩，娱乐，活动场所，并最终成为市民公园的一部分；  

屋面透视

四.生态预制单元（Eco - Assemble): 作为文化艺术中心的服务功能，其工业预制性大大提高了施工效率；  

大透视

五. 生态成本控制（Eco - Cost）：成本控制是可持续建设的目标之一，在整个建筑设计之初，就落脚于成本可控与完成度的双向考核；  

平台透视

六. 生态环境（Eco - Environment）：整个设计是围绕着建筑（Man - Made） 与自然（Nature）交融结合展开的，我们将者两项合并为统一的生态系统（CoEco - System）。  

总图

06.

五个概念  五个算法  五个目标     

在这次”全过程数字化设计“实践中，BlueTeam与 Refactoring 将整个“生成逻辑”（Generative Logic）归纳为五个主要算法，它们分别担负不同的功能部分以及实现目的，相互有机串联，形成体系，为建筑整体性与适应性提供“底层逻辑”（Underlying Logic）：  

算法一： 波函数模拟  /  Algorithm I  : Water Wave Simulation  

释意：“波”是自然界中最为常见的传播形式，而“水波”（Water Wave）更是极具特征的表现形态，其有横波与纵波两种形式，函数表达式为：  

Z = Amplitude * Rad[k] * Cos(r- t *Speed) / Wavelength / Rad[k] *2.0* Pi / (1.0 +r * Attenuation * (Rad[k]);  

应用部分：设计概念之初，我们将地下空间定义为“产城一体”展厅。这个开挖的地下空间形态犹如一个天然“池塘”（Pool）,而从三个不同方向进入的人流即为“水”灌满“池塘”，利用寻找五公里范围内热点及最佳路径定位三个不同功能的“入口”。运用“遗传算法”（Genetic Algorithm）计算干扰点（Interference Point）位置及半径，模拟重力下落，直至引起“水面”波动，以时间控制所需形态，形成起伏跌宕的展厅绿色生态屋面，为来访者提供极具吸引力的公共开放空间，成为市民公园的一部分。  

波函数模拟

算法二： 磁场线 模拟/  Algorithm II : Magnetic  Field Simulation  

释意：磁场线分为点状与旋转磁场， 因其非均匀与非闭合性在物理学中似乎Bug一样的存在，目前只能以实验的形式进行观测，还并不能完全推导其函数逻辑，我们的模拟运用以下近似公式： ΔS=lvΔt E=Blv*sinθ ；  

应用部分： 运用以上“磁场线模拟”函数，形成“产城一体”展厅 布展与流线 ： 点状磁场为吸引端（垂直交通出入口），疏导参观人流出入。 旋转磁场以结构柱干预，两者结合形成高度，功能不同的展台与隔墙，引导参观流线与空间划分。  

磁场线

算法三： 波函数坍塌 /  Algorithm III  : Wave Function Collapse  

释意：在量子力学中，波函数坍缩指的是某些量子力学体系与外界发生某些作用后波函数发生突变，变为其中一个本征态或有限个具有相同本征值的本征态的线性组合的物理过程现象。简单来说就是，具有多种（近乎无限）状态的量子在被观测（或与外界交互）后变为我们所看到的唯一现实状态。  

应用： 运用波函数坍塌原理，从几处结构交通复合体做为观测点出发，逐步根据已存在的平台在约束规则和初始条件下确定与其相连的其它平台形态。并最终计算出整个屋顶平台的一种可能状态，继而做为承载结构，为预制多功能模块以及户外绿化景观提供契机。  

波函数坍塌

算法四： “多目标”遗传算法  /  Algorithm I V : Multi- Objectives Genetic Algorithm  

释意：大自然有种神奇的力量，它能够将优良的基因保留下来，从而进化出更加强大、更加适合生存的基因。遗传算法便基于达尔文的进化论，模拟了自然选择，物竞天择、适者生存，通过N代的遗传、变异、交叉、复制，进化出问题的最优解。  

应用： 计算结构柱（主结构为结构+竖向交通 +自然通风；次结构柱为 支撑上平台） 的最佳位置； 结合气象数据给予上方模块单元最佳的定位，从而给予生态屋面的最佳日照与通风； “装配式服务单元”最佳自然采光开窗户位子以及方式。  

遗传算法

算法五： 高斯分布 /  Algorithm VI  : Gaussian Distribute  

释意：又称为"正态分布"： 若随机变量X服从一个数学期望为μ、方差为σ^2的正态分布，记为N(μ，σ^2)。其概率密度函数为正态分布的期望值μ决定了其位置，其标准差σ决定了分布的幅度。当μ = 0,σ = 1时的正态分布是标准正态分布。  

应用：以ECO—ROOF 屋面“曲率”为参数，运用“高斯分布”寻求适合各种功能（休憩阶梯，滑板坡道以及地下展厅采光天窗等）适合的位置。在结构与构造方面，在一定范围内，优化其构造方式，从而提高相似度，降低施工难度，控制项目成本。  

高斯分布

结构优化算法：“模拟退火”算法 /  Structural optimization algorithm  :  The Simulated Annealing  

模拟退火算法是一种启发式优化算法，用于在解空间中寻找最优解或接近最优解的解决方案。它的灵感来自于固体材料的退火过程，通过慢慢降低材料的温度来使其达到稳定的状态。在模拟退火算法中，解决方案被表示为一个状态，并且通过在状态空间中进行随机搜索和接受劣解的概率来逐步优化这些解。  

应用：以最优的受力及最省的成本作为目标，对建筑结构的承重构件的设置点及形式进行分析计算。诣找出结构效率最高的形式。  

结构优化

网格柱与楼层平台的构造处理