社会的发展致使建筑不断的复杂化，这种复杂化不仅包括功能的复杂化，还包括形式的复杂化。形式的复杂化最直接的体现就是以弗兰克.盖里、扎哈.哈迪德等为代表的以不规则曲面为建筑形体处理手法的建筑师。这种现象出现的直接原因是先进计算机技术的发展。
一、建筑参数化设计的起源
人类历史上发生过三次参数化浪潮：
（1）秦朝时期秦始皇下令统一全国度量衡，开始有了较为准确并且标准相同的度量衡。
（2）宋代时期借助图纸来展开设计，建筑行业的图纸设计方式由此开始。
（3）借助计算机等技术进行的参数化设计。
现代参数化设计的基本思想起源于上世纪70年代末，是基于计算机辅助设计技术之上一种全新的设计方式。参数化设计的思想最早是应用在工业设计、生产、制造等方面，例如飞机、船舶的设计制造等。
到上世纪90年代初，国外建筑师开始对参数化设计在建筑设计领域的应用进行探索，例如英国建筑联盟学院AA、荷兰FOA事务所以及建筑师格雷格.林恩、弗兰克.盖里、扎哈.哈迪德等。
建筑的参数化设计的趋向，一种是基于复杂性科学理论的趋向。对建筑作品复杂性的表达受制于大脑的空间想象能力，而参数化技术提供了一种方法。即设定初始参数、施加影响因子、设置生成逻辑，最终由参数化生成图解信息，如平面的构图关系，形体的生长趋势，建筑的形态雏形等。例如格雷格.林恩、弗兰克.盖里、扎哈.哈迪德等。
另一种趋势是作为一种优化设计过程，解决设计问题的工具，以更加合理和便利的方式处理在传统建筑设计中存在的复杂问题。
例如北京的凤凰中心，是一个典型的莫比乌斯环形态，利用莫比乌斯环的逻辑关系，可以快速生成建筑形体。
二、结构设计的挑战与探索
参数化设计给建筑设计带来了极大方便，他们认为建筑设计应该是没有僵硬的形式，不是简单的重复，不是孤立的，不相关的元素的拼贴，建筑形式应该是柔软的，是连续渐变的。但这对我们结构设计带来了极大的挑战。
我们的结构规范要求我们的结构布置尽量对称、结构简单、传力路径直接，我们的规范中对结构指标的规定也都是规则的建筑形体提出的。对于像北京凤凰中心这样异形建筑，基本没法套用规范。
同时，对于这种异形建筑，很多时候用传统方法建模计算，也是非常费力的。特别是在方案阶段，建筑外型不稳定，往往我们刚刚还没配完一个方案，建筑体型又变了。所谓"建筑一条线，结构两行泪"。
因此，针对这种异形建筑，我们只能拥抱到参数化的浪潮中。结合建筑体型的特征，根据建筑与结构的逻辑关系，建立参数化的结构模型。这样不仅可以大大提高我们的设计效率，也能更好的帮助我们在前期比选方案。
例如上文中的北京凤凰中心，我们根据建筑表皮的走势，沿着建筑表皮，建立纵向和径向的结构构件。
ARUP、SOM在超高层结构参数化设计方面研究比较深入。对于超高层结构，在方案初期，建筑表皮、高度、楼层数往往都存在较大变数。传统建模方法工作量巨大，但是由于其逻辑关系比较明了。根据建筑表皮和结构之间的逻辑关系，可以方便确定结构几何模型。
当建筑外皮固定时，ARUP根据已有的建筑外皮，可以快速得到不同的结构体系方案，并自动进行比选。
目前常用的结构参数化工具
Rhino是最常用的参数化建模工具之一。对于一些不规则、异形的复杂形态的建筑建模，正是Rhino的优势所在，因此大多数结构参数化工具是以Rhino为平台。
（1）Karamba3D
Karamba3D是基于grasshopper的一款有限元分析（FEA）插件，主要应用于结构分析与优化，结合gh中遗传算法或者退火算法，可以对结构布置进行自动优化。
（2）Kangaroo
在grasshopper上的插件，主要功能是进行动力学分析及运算。例如利用circle packing处理曲面转化均匀网格。目前这个插件已经被Rhino收购，在最新的Rhino中会内置这个插件。
（3）Salamander
Salamander是ARUP发布的一款免费插件，可以自动将rhino模型导入到etabs、GWA以及Robot中。在众多项目中得到了应用，后文中将会进行相关介绍。
（4）Ameba
Ameba是谢亿民院士根据双向渐进结构优化法（BESO），研发的基于该算法的拓扑优化设计软件。可根据设计需要，对初始设计区域施加力学等边界条件，通过软件计算进行优化，求解时设计区域会像变形虫那样进化成各种形状，最终获得传力合理且仿生的形态。
三、建筑与结构模型的联结
结构参数化设计的第一步，是要根据建筑和结构之间逻辑关系，得到包含结构信息的几何模型的参数化，然后我们可以通过一定途径实现结构几何模型和有限元模型的关联，这个过程可以利用上文中介绍的已有插件，例如salamander，亦或可以自己编写。
小编在探索的过程中，尝试写了一些可用的工具：
（1）RTE工具：Rhino to Etabs
（2）RTS工具：Rhino to Sap2000
（3）RTM工具：Rhino to Midas Gen
四、后续工作
建筑与结构模型的参数化联结是实现结构参数化设计的前提，也是小编和同事在结构参数化设计之路上迈出的第一步。与建筑设计一样，小编也希望借助参数化手段更加游刃有余的实现更优的结构设计目标，并且尝试探索结构设计新的可能性。也欢迎感兴趣的各位共同探讨。
来源： 结构札记 ；作者：严从志
