设计、分析、表达、建造,数字技术赋能下的景观设计
阅读:3449 2022-10-26

纬图数字化研发团队在数年的实践中,致力于研究数字化技术在景观设计、文旅规划项目实际工作时的运用,探索“理性分析与感性美学相结合”的最佳模式。我们将工作重心锁定在了五个板块,即:参数化设计(Parametric design)、可视化分析(Visual analysis)、深化设计(Deepening design)、摄影测量(Photogrammetry),以及数字多媒体(Digital multimedia)。五大核心板块全方位助力设计团队,有针对性地解决在“设计、分析、表达、建造”四个阶段中出现的问题。




Part 1

参数化设计

Parametric Design



参数化设计的核心是“逻辑建模” ,就是利用物体自身的关联逻辑建立这个物体。比如我们说:“两点相连成一条直线”,这句话本身有一个逻辑在里面:两个不重合的空间坐标点(参量),互相连结(关系),形成一条直线(结果)。当参量与关系发生改变,结果也会随之改变。如坐标点发生位移时,直线的长度、位置会随之改变。利用这种关联逻辑,可以实现设计过程的自动化,提高模型生成与修改的速度。与传统建模方法相比,参数化设计在方案推敲、图纸输出和建造阶段,带来了更高的精确度和更高效的工作流程。




重庆万州吉祥街城市更新

梭影之门


以重庆万州吉祥街城市更新入口“梭影之门”设计为例。这个梭影之门由30万根钢丝组成,钢丝材质均选用纯洁、超脱凡尘的白色。为了保证安装完成的效果,项目团队决定在工厂内对拱门进行成品模块拆分,再运输到现场进行组装打磨喷漆,最后安装到位。这样既解决了场地制约问题,又节约了现场组装的工期,同时保障拱门构架的完美呈现。



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▲“梭影之门”设计过程



上图演示了“梭影之门”的几何形态演变过程:基础box在三个方向圆弧段的切割下,进行了布尔运算。在grasshopper内部进行钢丝密度、间距、方向等细节推敲。在结构成立的基础上完善设计,进行最终图纸的输出。



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▲“梭影之门”以包容的姿态,轻盈的形式凝集居民与游客,也在夜晚点亮了万巷的深处




Part 2

可视化分析

Visual Analysis



随着计算机图形技术的发展,设计方法亦完成了从二维到三维的过渡。与传统二维图纸的不同之处在于,我们可以借助千变万化的算法与实际工作相结合,对项目进行中的各类硬性指标和参数实施监控,在可反复查阅、可随时编辑、可快速核验的工作模式中,完成方案的深化与调整。


例如,在规划设计中我们时常关注的建筑密度、容积率、绿地率等指标,以及建筑强排中的日照分析是否满足规范,均会影响方案的成立性。为高效解决这一问题,可视化分析辅助设计应运而生。在景观设计中,我们借助数据分析、环境气候分析、地理信息系统来研究场地设计前与设计后的关系,进而验证景观手法对环境的积极作用,形成景观策略闭环;通过现状信息反馈结论,借助视线最优解、概率最优解等方法,科学严谨地为景观场景选址落位。同时,针对植栽设计当中,上中下层植物受光照条件制约而出现的生长不良,进而影响景观效果及可能增加额外的维护成本,我们通过长期的课题研究,借助微观尺度的光照分析,可以在设计前期提出适宜的建议。




杭州蓝城安吉天使小镇

最佳观月点


中秋赏月,是我们千百年来的传统文化,更是阖家团圆的美好时刻。在蓝城天使小镇这个适老化地产项目中,我们想要找到地块中最佳的赏月位置,来支撑 “金桂赏月”的主题场景。受到日本桂离宫的设计思路启发,我们对整个地-月-日系统的运行规则进行了深入的研究,借助算法编写了一套自主知识产权的可视化分析系统,在这个系统中,可以较准确地模拟出地球上任意一个区域,月亮运行的轨迹,从而计算出月相状态与观月的角度。



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▲在真实地-月-日的运行系统中模拟月亮位置



将分析结论与方案诉求相结合,我们最终确定了社区中的最佳观月点位,及中秋时节月亮所处的方位,这成为我们所设计主题场景的重要依据。项目落成后连续两年的中秋佳节,业主方都为我们发回了现场照片,完美验证了这套模拟系统帮助设计想法成功落地的准确性。以科学严谨的推导,来确定景观场所的落位,精确还原设计初衷,保障设计效果,这便是可视化分析为我们打开的新世界。


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▲最佳观月点:模拟与实际的月亮位置




Part 3

深化设计

Deepening Design



细节控制是非线性设计的成败关键,精准把控形态、转化为可实施的图纸,从每一个焊接点位到整体形态的优化调整,都要回到最原始的点、线、面关系去考量。


在实际工作中,由于方案对形态的控制要求较高,为配合后端图纸及建造施工,通常需要精度更高的软件来进行推敲。其中一些不乏涉及到物理学模拟的应用场景。




重庆融创鹿角公园

大滑梯


以重庆融创鹿角公园大滑梯设计为例。对于人体感官来说,对加速度的感知即可转化为刺激感受,受到的加速度越大,中枢神经感受到的兴奋越强烈。在大滑梯的设计中,我们需要通过模拟计算来调控整体形态。通常来讲,滑梯使用者从顶部滑到底部,需要经历先加速再匀速最后减速停止的三个过程:匀速时达到的最大速度需保障在安全阈值内,减速停止的最短距离也需要提前设计考虑。


我们将滑梯进行等距分段设置检查点,通过设置重力场与摩擦力来模拟使用者的运动状态,并逐一通过检查点分析数值。分别从能量(动能、势能转换及摩擦力消耗的能量)、坡度(通过检查点时速度方向与水平面的夹角)、速度与加速度四个方面的变化进行监测。保证最大坡度、最大速度处于安全范围内。这样一来,我们只需要调整一根曲线就能达到对滑梯形态的控制,并结合监测数据即可完成初步设计。



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▲鹿角公园概念设计:大滑梯形态深化




环球融创曹山未来城

景观构筑物


在曹山未来城这个项目中,借助场地自身高差,我们在从入口下降6米高差的临湖处,设置了一处观景台。观景台正对整个湖面,拥有最佳视野,与对岸建筑群形成互望,也是项目中观赏日落的一处打卡点。蛇形廊架以常见的标准矩管作为主体结构,并进行横向加固,防止其变形晃动。其造型通过参数化建模深化,呈现出自由轻盈的形态。



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▲框景呈现效果



在确定采用非线性设计的方向后,我们在grasshopper中对形态进行优化调整。由于整体方案对曲率的流畅度要求极高,但整体构建逻辑不变,于是我们考虑将形态始终拟合在一个初始曲面上,在整个过程中只需要对该surface进行调整,即可联动生成最终的结果。



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▲参数化推敲过程



除此之外,构筑物在整体方案中的生产加工和现场安装环节也具有不小的挑战。首先我们需要保证每一片异形格栅均为正垂面切割,使得其力学结构成立,并将格栅展开至二维空间用于标注。同时,我们还需要精准表达构筑物的横向焊接点。在高精度的图纸控制下,现场建造中只需要按图精准施工即可。



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▲通体雪白的构筑物横卧于绵延的粉黛花海和青翠茶田间,在乌桕林的掩映下,犹如森林里漂浮的云朵。




Part 4

摄影测量

Photogrammetry



近年来,由于民用无人机的迅速普及,倾斜摄影技术也愈加成熟。通过无人机协助现场踏勘人员,从规划航线、采集信息、内业生产,到完成摄影测量任务,生成优质、专业、精准的三维实景模型。在RTK实时差分定位技术的帮助下,倾斜摄影精度最大可达平面精度2CM、高程精度5CM,满足测绘要求。



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▲无人机倾斜摄影技术



将这项技术完整引入景观规划设计行业,助力设计团队在工作前期迅速了解场地现状,对植被覆盖情况、周边业态、交通、设施等信息全盘掌握。除此之外,借用倾斜摄影测量,我们还能输出DOM数字正射影像、DEM数字高程模型、DSM数字表面模型等衍生产品。针对GIS地理信息系统、地形测绘、土方测算和建筑单体化等相关应用,摄影测量有不错的延展空间。


同时,摄影测量技术的成熟使用,一方面积极响应了国土空间规划基础信息平台建设与“城市信息模型(CIM)”技术相融合的提前布局,另一方面也是拓展元宇宙相关板块的技术积累之一。



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▲实景三维模型:超高精度的细节还原周边现状

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▲倾斜摄影与可视化分析



高精度实景三维模型,所包含的空间信息数据,均可以合理利用,并结合可视化分析的方法,对空间信息数据进行分析、统计、算量和展示。例如,在城市旧改项目中,可结合建筑单体化操作,对现状的各类信息进行统计分析,例如容积率、建筑密度、业态占比、建筑平均层数等指标;在工程应用方面,可以根据堆体模型模拟进行土方测算、平场设计等;在项目监理工作中,可以通过正射影像对施工质量进行把控和检查。从实用功能的角度出发,倾斜摄影测量还有更多的使用场景等待发掘。



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▲壹江郡塑石挡墙现场施工问题反馈

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▲壹江郡建成实景照片




Part 5

数字多媒体

Digital Multimedia



随着影视行业和游戏行业的工业化愈加成熟,渲染器、引擎和节点式编程等都成为了数字化技术中耳熟能详的词汇。类似Processing、Houdini等数字艺术表现的分支也层出不穷。对于方案效果的表现,业内也在不断拔高要求,提升上限,追求更优的质量和更高的效率。为满足日益增长的需求,数字化研发团队也将该内容作为研究核心,不断从相关行业中吸取力量,持续输出,服务团队。


目前,动画在实际项目中应用最广。而在动画场景表现中,想要提升画面效果,精准还原设计意图,还需从每处细节着手。




重庆国浩中央公园

数字资产研发


例如,在重庆国浩中央公园这个项目中,设计师想要营造身在旷野,开阔、纯粹的场景感,我们通过对细叶针芒的细致化建模,赋予实景扫描的超真实材质肌理、绑定被风吹动的动态效果,去模拟自然界植物表现,营造动画表现的电影感和代入感。


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▲细叶针芒制作过程

▲国浩中央公园概念设计动画

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▲动画视频-国浩中央公园



从概念方案到深化设计,再到扩初图纸,数字化协同设计扮演着一个多面手的角色,包容着一切可能性。作为一种逻辑性严密的设计方法,它使得细部的推敲更加精准;在方案优化中,逻辑关联性大大减少了重复性工作,进而成为了一种高效率、高连贯性、高精准度的设计方法;在设计创意的表达与传递中,我们引入了多项数字化相关技术保质保量完成相关环节的设计任务,力求完美贯彻设计初衷,减少原创内容在落地过程中的逐级衰减。


在工业技术蓬勃发展的今天,越来越多的项目都在寻找“爆点”。这种“爆点”来源于设计本身的美感与创新要素。脱离了美学素养的基础,作品只会显得机械而零碎;而没有强大的后端力量,又会使其落地性显得乏力。只有将数字化设计与传统设计结合,链接前后端,才能做出兼并艺术感与独特性的设计。


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