故宫算法生形看不见的城市 埃乌萨皮娅

本课程是北京服装学院环境设计系媒体建造专业方向本科三年级第二学期的设计课。课程是在算法环境的基础之上，通过编程进行算法生成城市设计。21世纪的生产生活已经全面进入数字化时代，随着5G、人工智能与大数据、物联网的发展，人类将在近几年内进入全面数字化时代。本课程的设计方法论与设计思维方式是建立在全面数字化基础之上，学习参数化，算法化，涌现式的非线性设计方法与创新。理解基于实证性的社会空间动力学原理，初步学习基于复杂性科学的计算机模拟的基本方法，在设计分析与设计生形中初步运用算法，实现一定程度的涌现式设计。

本次课程的导师是车飞教授，课程的主题是“故宫算法生形看不见的城市”。整个课程分为两个阶段：第一阶段：故宫算法。每组同学选择以故宫的一组建筑空间元素为主题开展研究并编写计算机算法。第二阶段：看不见的城市。每组同学首先阅读卡尔维诺的著作《看不见的城市》，并从中选择一座自己最感兴趣的城市为主题，运用此前完成的故宫算法去生形城市设计。

This course is the second semester of the third year undergraduate of media fabrication in the Department of Environmental Design, Beijing Institute of Fashion Technology (BIFT).  The course is based on the algorithm environment, and the algorithm is used to generate urbanism through scripting. The production and everyday life of the 21st century have entered the total-digital era. With the development of 5G, artificial intelligence, big data and the Internet of Things, human beings will enter the era of comprehensive digitalization in recent years. The design methodology and design thinking methods of this course are based on comprehensive digitalization, learning parametric, algorithmic, and emerging nonlinear design methods and innovations. Understand the empirical principles of social space dynamics, initially learn the basic methods of computer simulation based on complexity science, and initially use algorithms in design analysis and design shaping to achieve a certain degree of emergent design.

The instructor of this course is Professor CHE Fei. The theme of the course is "Algorithmic Figuration: form forbidden city to invisible city".  The entire course is divided into two stages: the first stage: the forbidden city Algorithm.  Each group of students chose to conduct research and write computer algorithms on the theme of a group of architectural space elements in the Forbidden City.  The second stage: the invisible city.  Each group of students first read Calvino's book "The Invisible City", and select a city that interests them most as a theme, and use the previously completed Forbidden City algorithm to shape the city design.

小组主题/Topic:

房顶算法生形埃乌萨皮娅

课程导师/Instructor：车飞/Prof. Dr.- Ing. CHE Fei

学生/Students：张思悦 王天宇

故宫屋顶与看不见的城市结合算法：通过对故宫屋顶梁架的调研，设定屋顶梁架的檩、梁、开间：进深为故宫规则的x/y/z，在此设定上对故宫屋顶的每个大分类屋顶进行分别设定，得出每个大分类屋顶下z不同的小分类屋顶框架。在此过程中得到屋顶的应用频率排列以及屋顶排布规则。

1.前期调研

建筑

绿化

水

总图

开间+进深统计

我们选择调研的细部是屋顶，而屋顶与梁架密不可分，所以我们深入调研了每个故宫屋顶 梁架的开间和进深。

D > E > A > B > G > C > F（ 等级比）我们将开间和进深的比例统计出来，然后将每种屋顶类型的开间和进深的比例的数量也统计出来了。

2.类比与参数化

x,y,z的设定

檩为x，梁为y，柱为z。将支撑屋顶不同方向的檩，梁，柱按照xyz三个方向进行归类统计。

由于每个建筑的开间不同，影响着z方向的柱子数量也有所不同，所以我们将故宫的开间进行统计归类，用开间比来代替柱子的数量统计。

在故宫内建立平面直角坐标系，上述四张图是每个屋顶在平面直角坐标系里面的坐标点的整理。

3.规则设计

用A/B/C/D/E/F/G代表不同的屋顶类型，这七个大分类的基础下按照开间和 进深比在进行细分类，形成故宫最后的规则。

4.算法

最终点坐标设定

将整个故宫当作轴网并用坐标轴将场地划分为四部分，把故宫的中心作为坐标原点，每一个建筑当作轴网上的一个坐标点。

根据前面设定的规则将不同的屋顶类型进行对应。

5.基本原型

故宫初始模型展示

1.城市概述

城市与死者之三——埃乌萨皮娅

生者在地下建立了一座与上面一摸一样的城市，居民可以选择死 后与生前一样的生活也可以选择更喜欢的生活。两个城市的居民互相都不能穿梭到对方的城市，只有兄弟会的成员才可以上下走动。上下两个城市随着时间的推移都在进行着相同的变化，一模一样。

2.城市理解

首先，第一个词是上上下下。虽然是两座城市，一个是生者城，一个是死者城， 但是两个城市之间需要连通，因为兄弟会的成员要来回走动，死去的尸体也需 要处理完后送到下面的城市。所以从这一点可以看出上下是贯通的。

另外一个关键词是姊妹城，因为文章中交代了上面的城市和下面的城市其实在兄弟会成员的描述中不断地对自己的城市进行改变，以至于，两座城市成为了姊妹城，所以这个词代表的含义是，两座城市其实是一模一样的。

3.意向图

看不见的城市意向图

4.城市形态结构分析

形态结构图

Morphological structure diagram

看不见的城市初始模型设定

经过调整后，最终决定使用上下相同的两个半圆，近似沙漏的形状作为看不见城市的初始形态。

5.城市案例分析

看不见的城市参考案例是以威尼斯音乐博物馆为中心，以225m 为半径的一个区域取样，所以地块调研也以音乐博物馆为中心，进行中心区， 边缘区一步步进行功能区调研。

在调研过程中对选取地块进行框选，以50m/150m/225m 圈出三个区域， 进行建筑功能的详细调研。

6.初始设计

看不见的城市&故宫规则结合

威尼斯城市数据统计以及分析

M>I>L>K>J>H>N

故宫数据统计以及分析

D>E>A>B>G>C>F

将案例城市的建筑以功能数量进行排序，将故宫屋顶类型的应用频率进行排序，两种类比进行结合。D=M E=I A=L B=K G=J C=H F=N

A/B/C分区等同于：开间＋进深比A区>B区>C区，对应开间＋进深比的数量排比。

比如A区的 M 就等于故宫等级的D-e（5:3）B区的M就等于 故宫等级的D-a（3:3）C区的M就等于故宫等级的D-i（7:3）

案例城市为现代化城市，统计案例城市的功能分类，对案例 城市每个功能类别的数量进行统计。对故宫屋顶每个类型的数量进行统计。将案例城市的建筑以功能数量进行排序，将故宫屋顶类型的 应用频率进行排序，两种类比进行结合。D=M E=I A=L B=K G=J C=H F=N A/B/C 区里面每种功能类别对应相同的屋顶类型（也就是说A/B/C区里面相同建筑功能类型的x/y相同），但是每个区的功能类别对应的屋顶类型的细分类也就是z不同。下面对z的不同进行解释。A/B/C区为样本案例的中心区、次中心区和边缘区，将每种类别的屋顶的x/y/z的细分类进行类比排序，A区对应每种类型屋顶细分类里面应用频率最高的，B区为应用频率次高的，C区为应用频率频率第三的。

模型展示

按照地块调研的功能排布的点坐标基础上，将看不见的城市&故宫的规则设定代入，得出上图的模型。

7.涌现与模式

我们对模型整体进行了一个分层涌现的算法设计，划分层数的依据为城市中心一点点向外延伸生长。我们通过建立以3*3为小单位，整体体积为120*90*90的柱网，通过算法生成在柱网内的城市生长。

模型展示

模型展示

8.功能分析

功能分区

爆炸轴侧

9.多方案比较

五个方案

方案一

方案二

方案三

方案四

方案五

最终我们选择了方案五作为我们最终的方案。

10.制图、模型与渲染

平面图

立面图

东立面图

西立面图

剖面图

效果图

效果图

最终方案设计说明：

我们在五个方案中选择了方案五，放弃了最开始的沙漏外形的刻板印象选择用城市 涌现本身做出生长和上下城市的效果，具体算法是，在最中心一个建筑的基础上上 下方向分别生长，涌现出一层一层城市，最后形成一座完整的上下巨型城市。方案五不仅加了屋顶和地面的平面，也加上了玻璃的外壳。更加生活化。

小组成员：