参数化软件Grasshopper在小区组团设计中的应用分析

2023年4月26日发(作者：人造大理石和石英石的区别)

建筑设计

Architectural Design

参数化软件Ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ在小区组团设计中的应用分析

罗逸

（广西荣泰建筑设计有限责任公司，广西 柳州 ５４５００７）

摘 要：本案选取夏热冬暖地区的南宁市作为背景分析城市，对当地小区组团进行了参数化设计应用，试图将参数化设

计手段应用于建筑的可持续设计，利用更科学、客观与高效的方法来实现建筑组团在可持续评价体系中的设计与优化。

关键词：参数化；可持续建筑；Ｇｒａｓｓｈｏｐｐｅｒ；小区组团；南宁

参数化设计软件Grasshopper是一款基于犀牛Rhino平台的3 优化体系

插件，参数化在建筑设计上的应用，让建筑师的角色发生了转3.1 优化目标模型建立

变，建筑师不再是凭借个人喜好与经验来控制建筑设计，而是以上所搭建的小区组团模型可通过调节控制拉杆呈现多种不

借助参数化去引导整个设计的发展，这样的设计更加客观与具同的小区形态，优化目的则是在所有形态中寻求室外微环境评价

有可预见性。体系下的最优解。在优化体系中最重要的即明确目标量，参考文

[2]

1 研究框架的优化设计目标为小区的容积率和室外风环境：容积率反映小区

本次探索借鉴了《基于Grasshopper的绿色建筑技术分析方法开发的强度，Grasshopper计算模块见图2，它受建筑基本形态和建

应用研究》（申杰，华南理工大学，2012）所提供的研究思路，

对Grasshopper在住宅小区的设计上进行了应用。住宅小区开发的

容积率是开发商利益衡量的重要因素，高容积率是开发商追求的

目标，然后容积率过大会影响到组团的风环境，从而影响环境的

热舒适性，故容积率与风环境呈现负相关。如何合理地权衡两者

的关系，兼顾考虑，得出适宜的小区排列形态即为本案例探索的

目的。

2 条件设定及模型构建

2.1 条件设定

选取夏热冬暖地区的南宁市作为背景分析城市，本土基础

数据将以南宁市气象参数以及《南宁市城市规划管理技术规定》

（以下简称《规定》）中所规定的南宁市日照及防火最小间距控

制为依据展开。

2.2 基础模型建立

把影响小区组团形态的控制条件归纳为三点，即：建设用

地、建筑体块、建筑间距，三者相互之间亦存在制约。第一步首

先设定基地为200m*300m矩形用地，建筑布局为南北朝向（±15°

以内）；其次需要对基地进行纵横向的划分来确定建筑单体的

位置，间距控制依据来源于《规定》，根据楼间距控制条件进

行Grasshopper中VB的程序写入，通过这两条VB命令即可将建筑南

北、东西间距的控制条件设定成功，可以看到建筑间距是与建筑

高度密切相关的量。第三步则为生成建筑形态，主要有四个控制

拉杆即建筑的开间、进深、层数（设定层高为3m）、旋转角度，

在第二步中也提到层数与建筑间距具有相关性，在电池控制中将

两者联系起来。

通过以上的逻辑搭建即可把行列式布局小区形态模型生成，

该模型可自动控制建筑的开间、进深、层数以及旋转角度，小区

形态即可根据所编写命令自动生成，故各种形态的小区组团均可

通过这组电池连接实现（见图1）。

[作者简介] 罗逸（1982- ），男,广西桂平人，毕业于广西工学院

建筑学专业、本科，中级建筑师。多个负责项目荣获自治区、市级建

筑设计优秀奖。

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献《基于Grasshopper的绿色建筑技术分析方法应用研究》所提出

角度 建设用地 建筑位置 建筑单体 建筑旋转角度

图1 小区形态模型电池图

图2 容积率计算电池图

图3 平均迎风面积比电池图

图4 优化模块电池图

筑密度的影响；将平均风速比作为室外风环境的评价指标，所反

映的即建筑存在时对室外风环境的影响程度，其中通风阻塞比为

建筑密度与主导风向的平均迎风面积比的乘积，平均迎风面积比

是一个随建筑形态和旋转角度变换的量，通过Grasshopper控制几

何方法进行求解，带入迎风比计算模块（见图3）,再将迎风面积

比带入平均风速比计算模块，即可得到随着建筑形态和旋转角度

等变化所对应的室外风环境评价指标。至此，两个优化目标量的

基本模型已搭建完毕。

3.2 组合优化

容积率代表了小区地块的开放强度，容积率越高则用地开

发强度越大，土地的利用率越高；平均风速比作为室外风环境的

评价指标，其值越大则小区的通风环境越好，热舒适性就越佳，

并有利于其绿色节能。在优化中容积率和平均风速比均为越大越

好，故我们的优化目标是两者相加能达到最大值，然而我们知道

容积率和平均风速比呈现负相关，如何权衡两者相加之和的最大

值即为我们优化过程所需探讨的问题。

利用Grasshopper中遗传算法运算器Galapagos寻找模型的最

优解。Galapagos是一种基于达尔文生物进化论（优胜劣汰、适者

生存）的“适者生存”原理的自适应全局优化概率搜索算法。遗

传算法通过模仿生物进化过程，即选择、交叉、变异，来寻求最

优解。优化模块见图4，将基础自变量拉杆，包括建筑的进深、

[1]

面宽、层数以及旋转角度连入Galapagos运算器中的Genome，定义

基因子；将基础自变量影响下的容积率和平均风速比之和的公式

连入Fitness，定义匹配的目标值为两者之和最大。进行运算，

Galapagos则能够自动调节自变量来寻求所匹配的最优解。

3.3 优化结果分析

通过分析计算结果，可得平均风速比与容积率并非同一量

级，在实现两者和最大的运算过程中，容积率的影响因子占绝对

主导地位，故容积率达最大值则两者之和最大，这个结果并不能

达到真正的优化目的。尝试通过将平均风速比乘以10进行权重的

n

调节，而该权重的选择缺乏依据，参考文献提供思路即限制容积

率，在区间内寻求最优解。根据用地规模，结合《规定》对容积

率的限定，将容积率区间设定在3.0-3.5之间，在区间内寻求容积

率与平均风速比之和的最大值，计算结果为：建筑面宽27m、进

深17m、层数31层，建筑旋转角度为南偏西15度。此时的容积率为

3.499875，平均风速比为0.762758，即为最优解下相应的建筑基础

数据。

4 评价体系

针对以上所得到的最优解进行数值模拟测评，在评价过程

中选用Grasshopper的插件Geco来完成。对限制容积率下最优的小

区组团形态进行日照时数分析。按《规定》，南宁市住宅建筑日

照间距要求满足大寒日（1月20日）日照时数≥3h，分析结果如图

5所示，可见建筑间距均能满足该要求，即前期VB间距设置起到

了作用。运用Ecotect的Winair插件对小区组团模型进行风环境分

析，选取限制容积率下的最优解和不控制容积率下的最优解进行

比较分析，可见在限制容积率下建筑的风影区明显减少，小区的

风环境也较佳（见图6）。

Modern Property Management

现代物业

图5 小区日照时数分析

图6 控制容积率小区风环境情况

5 结语

建筑师王振飞曾说：“参数化的数理逻辑是自然科学的关

系和逻辑，建筑设计其实是将美学和艺术的逻辑加在自然科学上

面，我们是要在解决问题之后才能再谈艺术。参数化的方法提

供了相对更客观的解决问题的方法。”参数化的介入让建筑设

[7]

计，或更具体的建筑可持续设计更加科学，同时由于操作的便捷

性、逻辑性和协同性让工作效率大大提升。

参考文献:

[1]申杰.基于Grasshopper的绿色建筑技术分析方法应用研究

[D].华南理工大学,2012.

[2]建筑自发展论——Self-Developing Theory.2014.

[3]《中国大百科全书》总编辑委员会.中国大百科全书:建

筑园林城市规划[M].北京:中国大百科全书出版社,1988.

[4]黄蔚欣,徐卫国.非线性建筑设计中的“找形”[J].建筑学

报,2009(11):96-99.

[5]南宁市城市规划技术管理规定.2014.

[6]JGJ 286-2013 城市居住区热环境设计标准（征求意见稿

初稿）[S].

[7]刘爱华.参数化思维及其本土策略——建筑师王振飞访谈

[J].建筑学报,2012(09):44-45.

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